生物能源——沼气能

沼气是一种可燃气体，由于这种气体最早是在沼泽、池塘中发现的，所以人们称它“沼气”。我们通常所说的沼气，并不是天然产生的，而是人工制取的，所以它属于二次能源。尽管早在 1857 年，德国化学家凯库勒就已查明了沼气的化学成分，但这个“出身低微”的气体能源，始终没有引起人们的重视。直到最近一、二十年来，随着对能源的需求不断增长，它才逐渐受到人们的注意，并开始崭露头角。由于作为能源的沼气，至今尚未得到广泛的应用，所以它还属于现代新能源的成员。

沼气的主要成分是甲烷（CH4）气体。通常，沼气中含有 60～70％的甲烷，30～35％的二氧化碳，以及少量的氢气、氮气、硫化氢、一氧化碳、水蒸汽和少量高级的碳氢化合物。近年来，在沼气中还发现有少量剧毒的磷化氢气体，这可能是沼气会使人中毒的原因之一。

甲烷气体的发热值较高，因而沼气的发热值也较高，所以说沼气是一种优质的人工气体燃料。甲烷在常温下是一种无色、无味、无毒的气体，它比空气要轻。由于甲烷在水中的溶解度很低，因而可用水封的容器来储存它。甲烷在燃烧时产生淡蓝色的火焰，并放出大量的热。甲烷气体虽然无味，但由于沼气中掺杂有硫化氢气体，所以沼气常常带有一种臭蒜味或臭鸡蛋味。生产沼气的原料丰富，来源广泛。人畜粪便、动植物遗体、工农业有机

物废渣和废液等，在一定温度、湿度、酸度和缺氧的条件下，经厌氧性微生物的发酵作用，就能产生出沼气。

沼气是一种可以不断再生、就地生产就地消费、干净卫生、使用方便的新能源。在目前，它可以代替供应紧张的汽油、柴油，开动内燃机发电，驱动农机具加工农副产品，也可以用来煮饭照明。

从现今情况看来，使用沼气具有以下的优点：

沼气不仅能解决农村能源问题，而且能增加有机肥料资源，提高质量和增加肥效，从而提高农作物产量，改良土壤。
使用沼气，能大量节省秸杆、干草等有机物，以便用来生产牲畜饲料和作为造纸原料及手工业原材料。
兴办沼气可以减少乱砍树木和乱铲草皮的现象，保护植被，使农业生产系统逐步向良性循环发展。
兴办沼气，有利于净化环境和减少疾病的发生。这是因为在沼气池发酵处理过程中，人畜粪便中的病菌大量死亡，使环境卫生条件得到改善。

现在，世界上一些发达国家和能源短缺的发展中国家，如美国、德国、日本、法国、尼泊尔、菲律宾、印度等，都在积极开发和利用沼气。美国芝加哥市已建成连接市内各个垃圾坑的地下管道，垃圾腐烂后产生的大量沼气和二氧化碳，经过备有加热器和冷却器的沼气管道把二氧化碳排除掉，使沼气通过纵横交错的地下管道送到用户家中。尼泊尔的牛粪资源丰富，便利用牛粪制取的沼气，并从 1976 年开始推广使用。据计算，一头成年牛每天排出的粪便用来制取的沼气，可供一人一天做饭和照明之用。如果尼泊尔将全国的牛所产生的粪便都用来制取沼气，就可满足全国三分之二的人生活、燃料

需要。

我国也是世界上积极开发利用沼气的国家之一。目前，全国有一千八百多个县的二千多万农民用上了这种新能源，共兴建沼气池四百多万个，沼气集中供应站 1580 处。我国的沼气建设也发展很快，已从单纯炊事、照明发展到综合利用的新阶段。

沼气可以用人工制取。制取的方法是，将有机物质如人畜粪便、动植物遗体等投入到沼气发酵池中，经过多种微生物的作用即可得到沼气。

那么，沼气中为什么有能量存在呢？这是因为自然界的植物不断地吸收太阳辐射的能量，并利用叶绿素将二氧化碳和水经光合作用合成有机物质，从而把太阳能储备起来。人和动物在吃了植物之后，约有一半左右的能量又随粪便排出体外。因此，人畜粪便或动植物遗体的生物能量经发酵后就可转换成可以燃烧的沼气。

人工制取沼气的关键，是创造一个适合于沼气细菌进行正常生命活动所需要的基本条件。因此，沼气的发酵必须在专门的沼气池进行。为了生产更多的沼气，就必须对发酵进行有效的控制。为此，在制取沼气的过程中，应注意以下两方面的问题：

一是严格密闭沼气池。沼气发酵中起主要作用的微生物是厌氧菌，只要有微量的氧气或氧化剂存在，就会阻碍发酵作用的正常进行。因此，密闭沼气池，杜绝氧气进入，是保证人工制取沼气成功的先决条件。

二是选用合适的原料。一般来说，所有的有机物质，包括人畜粪便、作物秸杆、青草、含有机物质的垃圾、工业废水和污泥等都可作为制取沼气的原料。然而，不同的原料所产生的沼气量也不同，所以，应根据需要选用合适的原料。

实践经验表明，作物秸杆、干草等原料，产生的沼气虽然缓慢，但较持久；人畜粪便、青草等原料产生气快但不持久；通常，是将两者合理搭配，以达到产气快而持久的目的。

在发酵的过程中，应经常搅拌发酵池中的发酵液，这可起到以下作用： (1)使池内发酵原料与沼气细菌充分、均匀地接触，从而可使沼气细菌繁

殖快、产气多。

产生的沼气往往附着在发酵原料上，经过搅拌，可使小气泡聚集成大气泡，上升到储气间里。
可以使上、下层产生的沼气都释放出来，进入储气间。

沼气对于目前我国广大农村来说，是一种比较理想的家庭燃料。它可以用来煮饭、照明，既方便，又干净，还可节约大量柴草生产饲料。使用沼气时，需要配备一定的用具，如炉具、灯具、水柱压力计、开关等。它们的作用在于使沼气与空气以适当的比例混合，并使之得到充分的燃烧。

沼气还可以用作农村机械的动力能源。在作为动力能源使用时，它既可直接用作煤气机的燃料，又可用作以汽油机或柴油机改装而成的沼气机的燃料，用这些动力机械可完成碾米、磨面、抽水、发电等工作。有的地区还用沼气开动汽车和拖拉机，使它的应用不断扩大。沼气作为机械动力能源有以下几方面的优点：

首先，沼气的价格比汽油、柴油便宜，因而用于农业机械可降低生产成本。

其次，沼气多为就地制取、就地使用的能源，不需要远距离运输和传送，

减轻了国家交通运输的负担，也减轻了农民的经济负担。

第三，沼气不像煤炭、石油等主要工业能源受储量和产量所限，它可以根据需要大量制取，所以有着广阔的发展前景。

沼气不仅是一种干净的能源，而且在工业生产上可作为化工原料使用。沼气的主要成分是甲烷，这种气体在高温下能分解成碳和氢，因此，沼气可用来制造氢气和碳黑，并能进一步制造乙炔、合成汽油、酒精、塑料、人造纤维和人造皮革等各种化工产品，用途日益广泛。

在农村大力发展推广沼气，是我国实现农业现代化的一项重大措施，它不仅涉及到农村能源建设，而且是农村肥源建设、环境保护和卫生建设的重要内容。因此，我国对发展沼气很重视，一直在积极推广使用这种新能源。发展沼气，可对农作物秸杆进行综合利用，即一部分农作物秸杆可作为

牲畜饲料，而牲畜的排泄物及不能食用的秸杆则成为沼气的原料，所制得沼气作为燃料使用。农作物秸杆直接作燃料时，其热能利用率仅有 10％；如果将秸杆作为发酵原料投进沼气池生产沼气，则其热能利用率可提高到 80％，而且沼气池中的残存水及污泥则是优质的有机肥料。

农作物在生长发育过程中，氮、磷、钾这三种元素起着重要的作用，而且需要量大。然而，土壤中这三种元素一般含量较少，或者以一种难以吸收的状态存在着，需要人们通过施肥去补充。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，因此沼气只利用粪便和作物秸杆中的碳、氢、氧等元素，而氮、磷、钾等元素则仍留在沼气池内，并通过微生物的作用变成了易为农作物吸收的速效氮和磷。另外，在沼气池沉渣中还含有许多有机质和腐殖酸，所以施加沼气肥对于增加土壤有机质含量，稳定和提高土壤肥力，以及提高农作物的产量，都有着十分重要的意义。

另外需要指出的是，人畜粪便经过沼气池密封发酵后，对沉淀及杀灭血吸虫和钩虫等寄生虫卵及一些病菌有着显著的效果，因此，发展沼气对于农村除害防病和搞好卫生也是件非常有利的事情。

我国广大农村有着丰富的沼气资源。预计，如果将全国的农作物秸杆和人畜粪便的一半利用起来，就可年产沼气 650 亿立方米。仅就它所产生的热能来说，就相当于节约一亿多吨的煤炭。由此可以看出，沼气在我国未来农村能源建设中有着多么重要的作用，而我们在农村推广沼气的使用又是一件多么紧迫的事情。