尽管生物质能在高新技术的参与下显示出了极大的魅力,但对于发展中国家来说,目前最现实、最经济的莫过于利用生物质制取气体燃料了。
沼气,最先发现存在于沼泽之中,所以被称为“沼气”。化学分析告诉我们,这种气体里含有60%多的甲烷。我们知道,甲烷是天然气的主要成分,那是很容易着火的,所以制取沼气来作为燃料也就不足为奇了。
在我国,沼气技术无论在生活还是在生产领域,其开发利用水平和规模都在国际上享有盛誉。全国已有525万农户建有沼气池,用人畜粪便和农业有机残余物生产优质沼气燃料,供炊事和照明。在城镇,我们已建造大中型沼气池3万多个,总容积超过137万立方米,年产沼气5499万立方米。
20世纪初,人们就开始建造沼气池,但真正受到人们重视还是最近一些年的事情。当地球上的煤、石油、天然气等显得越来越少,不能节流,必须开源的时候,除了开发核能、太阳能、风能等等之外,人们很自然地会去寻找一切可能的能源。更何况科学技术的发展,在世界各地并不那么均衡。地球上有很大一部分地区,有不少国家,在经济、技术、资源等方面还不具备发展高级能源的条件,但对能源的需求却同样紧迫,急待解决。这样,沼气的应用便应运而生。
因为沼气的主要原料是植物的枯枝败叶、动物的粪便,或者农业的废料,加工过程由厌氧型微生物的发醇分解作用来进行,因此原料易得,对设备的要求也很低。最初级的沼气发生器只要有一个隔绝空气,能保持适当温度和湿度的贮槽就可以。这样,沼气就特别适合在广大发展中国家推广。
到目前为止,沼气利用已经历了三代的进化和发展,最新的沼气池已经具备高浓度和高效率的特点。它能够模仿动物的消化系统,分级对原料进行消化,池内发酵物的含水率比第一、第二代沼气池减少10%以上,所以沼气池的体积要小得多。池内的温度受到严格的控制,厌氧菌被依附在池内多孔的壁上或由玻璃纤维制成的固定栅格上,这样许多驯化了的菌种不会在换料时损失掉。生物催化剂起着类似于酶的作用,大大地促进了厌氧消化作用。厌氧菌在理想的环境中,每隔十几分钟就能繁殖一代,于是沼气池的产气率就大大地提高了。据计算,第三代沼气池的产气率与第一代相比,已足足提高了近百倍。(www.daowen.com)
现代的沼气开发已经跨进了综合利用的层次。现在国外正在试验的“新能源村”,利用生物质能源循环再生,综合利用,已引起世界各国的重视。这种“新能源村”的人口规模在千人左右,利用有机废物制取沼气,作为生活燃料和供应发电,其电力供应农副产品加工和照明,发电余热用作供暖和沼气池加温,以免沼气池温度太低,影响产气率。沼气池中利用过的下脚料称为沼气肥,用作肥料或改良土壤,其肥效比农业废料或人畜粪便直接还田要高得多。
但生产沼气依靠发醇等生物化学过程,存在生产周期长等缺点,不适应工业的大规模使用,所以专家们还在研究加速生物质气化的工艺。
目前,将生物质能快速地转换成气体燃料的方法主要是干馏和气化。美国通用公司在纽约州的气化中间试验装置上将木屑和甘蔗渣以2∶1的比例混合,进行高温加压气化试验,所制得的气体热值比煤制气高而且含硫量低,是一种优质的气体燃料。经计算,这种气体如用于1.5~5万千瓦的燃气轮机发电,效率可达38%。在瑞典南部,也正准备建设由瑞典和芬兰两国共同开发的生物质加压气化设备,以林业加工中的木材废弃物为原料制造煤气,通过燃汽轮机和余热锅炉——蒸汽轮机联合循环发电,最后还可向外界供热,其综合热效率预计可达90%。
由于干馏和气化这两种热分解法系统设计及运行都比较复杂,在国际上实际应用还不多见,但在一些有条件的工业化国家,已经开始得到重视。
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