沼氣提純有前景，沼氣利用價值大
沼氣，化學名;甲烷，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)常看到，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來，如果我們劃著火柴，可把它點燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機物質(zhì)，在隔絕空氣(還原條件)，并在適宜的溫度、PH值下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣屬于二次能源，并且是可再生能源。
沼氣是有機物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種可燃氣體。由于這種氣體最先是在沼 澤中發(fā)現(xiàn)的，所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內(nèi)，在厭氧（沒有氧氣）條件下發(fā)酵，即被種類繁多的沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生沼氣。沼氣是一種混合氣體，可以燃燒。沼氣是有機物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體。
沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50～70%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6～20.8%（按體積計）的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。
沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%～80%甲烷(CH4)、20%～40%二氧化碳(CO₂)、0%～5%氮氣(N2)、小于1%的氫氣(H2)、小于0．4%的氧氣(O2)與0．1%～3%硫化氫(H2S)等氣體組成 。由于沼氣含
有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6～20.8%（按體積計）的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。
沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即對燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱值為 34000千焦，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為20800－23600千焦。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。與其它燃氣相比，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。
沼氣作為能源利用已有很長的歷史。我國的沼氣最初主要為農(nóng)村戶用沼氣池，20世紀70年代初，為解決的秸稈焚燒和燃料供應(yīng)．不足的問題，我國政府在農(nóng)村推廣沼氣事業(yè)，沼氣池產(chǎn)生的沼氣用于農(nóng)村家庭的炊事來逐漸發(fā)展到照明和取暖。目前，戶用沼氣在我國農(nóng)村仍在廣泛使用。我國的大中型沼氣工程始于1936年，此后，大中型廢水、養(yǎng)殖業(yè)污水、村鎮(zhèn)生物質(zhì)廢棄物、城市垃圾沼氣的建立拓寬了沼氣的生產(chǎn)和使用范圍。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展人民生活水平的提高，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，大廢棄物發(fā)酵沼氣工程仍將是我國可再生能源利用和環(huán)護的切實有效的方法。
沼氣發(fā)電技術(shù)
沼氣燃燒發(fā)電是隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù)，它將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能。沼氣發(fā)電具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。
沼氣發(fā)電在發(fā)達國家已受到廣泛重視和積極推廣。生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)在西歐一些國家占能源總量的10%左右。
沼氣燃料電池技術(shù)
燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能， 直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。當源源不斷地從外部向燃料電池供 給燃料和氧化劑 時，它可以連續(xù) 發(fā)電。依據(jù) 電解質(zhì)的不同，燃料電池分為堿性燃料電池(AFC)等。
燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，潔凈、無污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)、積木性強、比功率高，既可 以集中供電，也適合分散供電。 燃料電池將是21世紀最有競爭力的高效、清潔的發(fā)電方式 ，它將在潔凈煤燃料電站 、電動汽車、移動 電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面 ，有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場。
沼氣燃料電池是最新出現(xiàn)的一種清潔、高效、低噪音的 電裝置 ，與沼氣發(fā)電機發(fā)電相比，不僅出電效率和能量利用率高，而且振動和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物濃度低 ，因此是很有發(fā)展前途的沼氣利用工藝，將沼氣用于燃料 電池發(fā)電，是有效利用沼氣 資源的一條重要途。我國的燃料電池研究始于1958年。但是 ，由于多年來在燃料電池研究方面投入資金數(shù)量很少，就燃料電池技術(shù)的總體水平來看，與發(fā)達國家尚有較大差距。燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展，將會給便 攜式電子設(shè)備帶來一場深刻 的革命，并且還會波及到汽車業(yè)、住宅以及社會各方面的集中供電系統(tǒng)。
近年來，我國風電、太陽能發(fā)電等新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，曾被普遍看好的沼氣應(yīng)用卻遇冷。“十一五”末，我國沼氣年利用量規(guī)劃目標是190億立方米，實際僅完成130億立方米。沼氣發(fā)展如何才能朝氣蓬勃，迎來發(fā)展的暖春？記者近日做了一番調(diào)研。
原料少，后期維護難
部分農(nóng)村戶用沼氣成了擺設(shè)
內(nèi)蒙古赤峰市紅山區(qū)橋北鎮(zhèn)六大份村，農(nóng)民周學武家的豬圈、沼氣、廁所三位一體大棚已建成好幾年，豬圈里卻堆滿了雜物，空空的沼氣池里只有很少積水。
對沼氣戶來說，要想正常用氣，就得長期養(yǎng)畜。為了維持沼氣池正常產(chǎn)氣，一個8立方米的沼氣池要養(yǎng)3至5頭豬才能保證糞源供應(yīng)。“現(xiàn)在農(nóng)民最多養(yǎng)1頭豬，作為年豬自食。”周學武說，“生豬價格忽高忽低，大多數(shù)農(nóng)民都不愿養(yǎng)豬了。”
自2006年以來，村里在住宅和大棚里建了219座沼氣池，但全村的養(yǎng)豬戶不到1%，養(yǎng)牛、羊、驢的農(nóng)戶少，沒有糞源何來沼氣？現(xiàn)在，沼氣池、灶具都成了擺設(shè)，只有改建過的廁所還能用上。
隨著近年來我國養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，個體散養(yǎng)戶日益減少，規(guī)模養(yǎng)殖漸成趨勢，戶用沼氣原料不足尤為明顯。農(nóng)業(yè)部調(diào)查顯示，這給全國30%至40%的戶用沼氣帶來了不同程度的原料短缺問題。
沼氣是“三分建池七分管”，管理尤為重要。
現(xiàn)在，鄉(xiāng)村沼氣服務(wù)網(wǎng)點少，沼渣、沼液清理不易，沼氣設(shè)施維修也有一定門檻，農(nóng)戶很難靠自己解決。近年農(nóng)村外出打工人員明顯增加，常住人口減少，也是造成沼氣池閑置的原因之一。此外，沼氣使用還受到季節(jié)性因素的影響。冬季溫度低，沼氣生氣量減少，農(nóng)戶對沼氣使用需求卻上升，這成為制約沼氣使用的一大瓶頸。
內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)改委曾對8個沼氣建設(shè)重點盟市的23個旗縣做過深入調(diào)研，結(jié)果顯示，戶用沼氣利用率不是很高，全區(qū)正常使用6個月以上的僅為67.6%。
中國科學院農(nóng)業(yè)政策研究中心根據(jù)地區(qū)的代表性和沼氣分布，選取吉林、河北、安徽、四川、云南五個省進行調(diào)查，結(jié)果表明，農(nóng)戶沼氣池使用效率為64.8%，其中安徽省沼氣池使用效率僅為12.9%。
成本高，并網(wǎng)難
一些養(yǎng)殖企業(yè)不看好沼氣發(fā)電
沼氣發(fā)電情況如何？
在北京市新能源和可再生能源示范區(qū)—延慶縣的松山腳下，幾個墨綠色的大罐子煞是顯眼，一排排整齊的規(guī)模化雞舍伴著隆隆的發(fā)電機聲，這里是北京德青源農(nóng)業(yè)科技股份有限公司的“雞糞發(fā)電廠”。2009年5月，當時全國最大的沼氣發(fā)電廠—德青源沼氣發(fā)電廠正式并網(wǎng)發(fā)電。
德青源北京生態(tài)園是目前亞洲單場存欄最大的優(yōu)質(zhì)雞蛋生產(chǎn)基地，整個生態(tài)園每天產(chǎn)生雞糞210余噸，排出生產(chǎn)生活污水270余噸。為解決這些問題，德青源采用世界一流生物發(fā)酵技術(shù)和燃氣發(fā)電技術(shù)，將所有雞糞和污水收集起來，生產(chǎn)沼氣用于發(fā)電。
這個沼氣發(fā)電工程每年向電網(wǎng)提供1400萬度的綠色電力，同時減少8萬多噸的溫室氣體排放，還可為當?shù)剞r(nóng)民提供優(yōu)質(zhì)有機肥18萬噸。
然而，成本的問題，也困擾著這個沼氣發(fā)電廠。目前的上網(wǎng)電價為每度電0.345元，國家可再生能源補貼電價為每度電最低0.25元，即每度電大約能賣0.595元。每年發(fā)電加上賣熱和有機肥料的總收入為1312萬元，收支相抵后，一年虧損83萬元，很難保障項目長期穩(wěn)定運營。
成本還不是制約沼氣發(fā)電的唯一因素。“沼氣發(fā)電上網(wǎng)非常困難，最主要的原因是每個沼氣發(fā)電項目的發(fā)電量非常少，會為電網(wǎng)企業(yè)帶來非常高的管理成本，所以電網(wǎng)企業(yè)對此并不積極，為了這個項目上網(wǎng)我們爭取了兩年。”德青源市場總監(jiān)張煊表示。
農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站李景明處長告訴記者，“沼氣發(fā)電上網(wǎng)困難，能夠真正做到沼氣發(fā)電上網(wǎng)的企業(yè)少之又少。”
記者了解到，截至目前，在河北、浙江、安徽、山東、北京和內(nèi)蒙古，只有個別大型企業(yè)實現(xiàn)了沼氣發(fā)電并網(wǎng)。成本高、并網(wǎng)難，讓國內(nèi)眾多的養(yǎng)殖企業(yè)望而卻步，沼氣規(guī)模化利用仍是個難題。
沼氣提純，進村入戶
生物天然氣應(yīng)用效果好
傳統(tǒng)戶用沼氣維護麻煩閑置多，新興沼氣發(fā)電成本過高推廣難。沼氣難道就沒用了嗎？
傍晚時分，記者來到延慶縣張山營鎮(zhèn)前廟村農(nóng)戶韓書琴家，不見一縷炊煙，鍋里的土豆燉豆角騰騰地冒著熱氣。這飯是用什么做的？韓大娘笑瞇瞇地說，這可是地道的清潔能源—生物天然氣，用著很方便！
從2013年5月份開始，前廟村200戶村民用上了天然氣。下蘆鳳營村正在等待接氣入戶，中羊坊村等4個村的工程也在建設(shè)。
“沼氣中甲烷的含量只有60%左右，我們經(jīng)過提純，可使甲烷含量達到97%以上，也就是城市天然氣的標準。”德青源子公司—合力清源公司技術(shù)部副經(jīng)理李洪燕介紹。
自2010年開始，由德青源公司作為技術(shù)支撐單位，采用秸稈與沼液混合發(fā)酵的方式，延慶縣成功建設(shè)了中國首個“萬戶生物天然氣”工程，將沼氣制成高純度甲烷，經(jīng)過壓縮以后，通過天然氣槽車運送到各村。每村建設(shè)一個儲氣站，由儲氣站鋪設(shè)地下管線將燃氣送到農(nóng)戶家中。按照規(guī)劃，不遠的將來，延慶縣張山營鎮(zhèn)、康莊鎮(zhèn)超過萬家農(nóng)戶，有望在家擰開閥門就能用上生物天然氣。
德青源副總裁、北京合力清源科技股份有限公司總經(jīng)理潘文智給記者算了一筆賬：用1立方米沼氣能發(fā)兩度電，收益是0.69元；1立方米沼氣能制成0.6立方米生物天然氣，收益大于1.8 元。也就是說，同樣的沼氣用來制成生物天然氣，要比發(fā)電收益高1.6倍。
據(jù)測算，德青源日產(chǎn)沼氣1.26 萬立方米，可提純甲烷氣7650立方米，可以滿足12000多農(nóng)戶使用。生產(chǎn)中一天需要秸稈45噸，一年1.6萬噸左右。周圍數(shù)萬畝玉米的秸稈有了去處，還能為農(nóng)民增加一筆收入。同時，運營和維護沼氣進村工程，也為村民提供了更多的就業(yè)崗位。
延慶縣種植業(yè)服務(wù)中心主任田全升認為，發(fā)展生物天然氣產(chǎn)業(yè)不但可以消納養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)田廢棄物，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)生產(chǎn)，還能替代燃煤，減少大氣污染，希望能把這個經(jīng)驗推廣開來，讓更多的廢棄物變清潔能源，保護北京的碧水藍天。
中國農(nóng)業(yè)大學生物質(zhì)工程中心博士生導師、教授程序指出，長期以來，國內(nèi)大型養(yǎng)殖場配套的沼氣工程，面臨只有環(huán)保和社會效益而經(jīng)濟效益很少的困境，國家能源主管部門和沼氣主管部門將沼氣定位為“農(nóng)村能源”，對示范性沼氣工程的補貼往往是補工程建設(shè)而不是沼氣產(chǎn)出，因而“重建輕管”現(xiàn)象普遍，補貼的實際效果較差。
生物天然氣的一大優(yōu)勢，是可以完全替代車用汽油、柴油，乃至替代車用化石天然氣；并能充分利用現(xiàn)成的天然氣儲、運、加氣的基礎(chǔ)設(shè)施，從而大幅節(jié)省開發(fā)應(yīng)用的投資，市場前景廣闊。“中國沼氣行業(yè)擺脫困境的出路在于擺脫農(nóng)村能源的束縛，發(fā)展高品位能源商品、市場化運作的生物天然氣產(chǎn)業(yè)。”程序強調(diào)。
“我們希望國家有關(guān)部門能參考風能、太陽能等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展扶持政策，對生物天然氣運營企業(yè)進行氣價補貼，并予以相應(yīng)的稅收減免，推進傳統(tǒng)的沼氣工程轉(zhuǎn)型和技術(shù)升級，促進生物天然氣這一新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”潘文智說。
現(xiàn)如今，農(nóng)村的家家戶戶基本很少能看到養(yǎng)豬，養(yǎng)雞的人家了。首先是養(yǎng)豬不賺錢，在一點就是就算養(yǎng)也不可能大規(guī)模的養(yǎng)。沒有動物留下的糞便，就沒有沼氣的原料。就算是可以搞到牛糞的話，一來一回出車拉糞的錢也是夠不上成本預算的。再就是，沼氣有一個特點就是不穩(wěn)定。要知道沼氣充分燃燒的需要的最理想狀態(tài)是：甲烷占60%—70%，二氧化碳30%—40%。但是現(xiàn)實情況卻是與理想相悖的，正式運行的沼氣池情況遠不能達到理想條件，往往是二氧化碳體積占比很大，甚至比甲烷還大，這樣導致的后果就是很難點燃，或者出氣不穩(wěn)定。和傳統(tǒng)的煤炭、木材等燃料相對比的話，它的缺陷就很明顯了。如果家里來了很多客人，但是炒菜炒著炒著就沒火了，還要等四五個小時才能用，真的很耽誤事情。還有就是沼氣不衛(wèi)生，不安全。原料少了很累心，但是如果原料多了的話會更鬧心。如果原料填多了的話，不及時使用，不巧有碰到高溫天氣的話。那么，池子里的沼氣會越聚越多，越聚越多，當達到上線的話就會從池頭部和尾部溢出來原料。會弄得到處都是，不干凈，不衛(wèi)生。在就是，如果我們碰巧不在家中，池子的體積是有限的，能夠承受的壓力也是有限的，出門久了，很有可能沼氣池內(nèi)壓力爆表，直接導致沼氣池爆炸，后果真的不堪設(shè)想。雖然說沼氣池最后的廢料可以作為化肥施肥，但是，由于沼氣池特殊的構(gòu)造來看，這是一項需要很多人力物力財力來完成的事情。并不是每個人都能夠隨便的清理廢料，需要花錢雇請專人來幫忙定時清理。是一件很費時間，很費精力的事。
由于沼氣提純技術(shù)問題，沼氣提純需要消耗大量的化學品參與到提純工序中，因此提純的成本非常之高，原有的污水處理廠的沼氣并入天燃氣官網(wǎng)的舉措，也因為純度不夠等各種因數(shù)被紛紛叫停。因此沼氣的應(yīng)用還在于提純技術(shù)的以及設(shè)備的研發(fā)，要能做到高效又節(jié)約成本。
因此沼氣要應(yīng)用起來還是需要技術(shù)支持，以及投入大量資金進行設(shè)備的研發(fā)，能有效解決沼氣的提純問題，以及后續(xù)廢料的處理問題，才能真正產(chǎn)生有效的經(jīng)濟價值。這是一個漫長的過程，希望國家以及農(nóng)業(yè)部能多方政策推進沼氣領(lǐng)域的研發(fā)應(yīng)用。
充分利用環(huán)保資源，節(jié)約石化能源的消耗。
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