對農村沼氣甲烷氣的認知

【摘 要】隨著我國社會主義新農村建設的逐步展開，新型的農村村居、整潔的農村環境、友好的自然生態，都將是實現“中國夢”不可或缺的重要部分。本文通過對農村“沼氣工程”的了解，以期更深層次的認知農村沼氣（甲烷氣）產生的基本過程及未來的發展前景。

【關鍵詞】沼氣；過程；前景

隨著我國經濟的不斷發展，人民生活水平的逐步提高，工業、農業、養殖業的協調并進，“大廢棄物發酵沼氣工程”已經成為我國可再生能源利用和環境保護的切實有效方法。近幾年來，社會主義新農村建設在我老家豫東平原的大地上蓬勃發展，政府正在積極地推廣沼氣事業，使之廣泛應用于農村家庭的炊事，并將逐漸發展到照明和取暖。對此，鑒于我所學的專業原因，這激發了我對農村“沼氣（甲烷氣）”應用的濃厚興趣，迫切地希望更多的了解“沼氣（甲烷氣）”。

0.概況

沼氣是有機物質在厭氧條件下，經過微生物的發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現的，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，在厭氧（沒有氧氣）條件下發酵，即被種類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化，從而產生沼氣。

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，由于沼氣中含有少量硫化氫，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。

沼氣中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可燃燒，每立方米純甲烷的發熱最為 34000千焦，每立方米沼氣的發熱量約為20800-23600千焦，即1立方米沼氣完全燃燒后，能產生相當于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。

沼氣是一種混合氣體，可以燃燒，它是有機物經微生物厭氧消化而產生的可燃性氣體，它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、烘干農副產品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內燃機的燃料以及生產甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料，經沼氣裝置發酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養物質，可用作肥料和飼料。

1.沼氣產生的基本過程

1.1液化階段

用作沼氣發酵原料的有機物種類繁多，如：禽畜糞便、作物秸稈、食品加工廢物和廢水以及酒精廢料等，其主要化學成分為多糖、蛋白質和脂類，其中，多糖類物質是發酵原料的主要成分，它包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質等，這些復雜有機物大多數在水中不能溶解，必須首先被發酵細菌所分泌的胞外酶水解為可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用，發酵性細菌將上述可溶性物質吸收進入細胞后，經過發酵作用將它們轉化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。在沼氣發酵測定過程中，發酵液中的乙酸、丙酸、丁酸總量稱為中揮發酸（TVA），蛋白質類物質被發酵性細菌分解為氨基酸，又可被細菌合成細胞物質而加以利用，多余時也可以進一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氫等。蛋白質含量的多少，直接影響沼氣中氨及硫化氫的含量，而氨基酸分解時所生成的有機酸類，則可繼續轉化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂類物質在細菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可進一步按糖代謝途徑被分解，脂肪酸則進一步被微生物分解為多個乙酸。

1.2產酸階段

產氫產乙酸菌：發酵性細菌將復雜有機物分解發酵所產生的有機酸和醇類，除甲酸、乙酸和甲醇外，均不能被產甲烷菌所利用，必須由產氫產乙酸菌將其分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。

耗氫產乙酸菌：耗氫產乙酸菌也稱同型乙酸菌，這是一類既能自養生活，又能異養生活的混合營養型細菌。它們既能利用 H2+CO2生成乙酸，也能代謝產生乙酸。通過上述微生物的活動，各種復雜有機物可生成有機酸和H2/CO2等。

1.3產甲烷階段

產甲烷菌的類群：產甲烷菌包括食氫產甲烷菌和食乙酸產甲烷菌兩大類群，在沼氣發酵過程中，甲烷的形成是由一群生理上高度專業化的古細菌——產甲烷菌所引起的，產甲烷菌包括食氫產甲烷菌和食乙酸產甲烷菌，它們是厭氧消化過程食物鏈中的最后一組成員，盡管它們具有各種各樣的形態，但它們在食物鏈中的地位使它們具有共同的生理特性。它們在厭氧條件下將前三群細菌代謝終產物，在沒有外源受氫體的情況下把乙酸和H2/CO2轉化為氣體，產生CH4/CO2，使有機物在厭氧條件下的分解作用得以順利完成。目前已知的甲烷產生過程由以上兩組不同的產甲烷菌完成。

（1）由CO2和H2產生甲烷反應為：CO2+4H2—CH4+H2O

（2）由乙酸或乙酸化合物產生甲烷反應為：CH3C00H—CH4+CO2；CH3COONH4+H20—CH4+NH4 HCO3

（3）產甲烷菌的生理特性：產甲烷菌的生長要求嚴格厭氧環境，產甲烷菌廣泛存在于水底沉積物和動物消化道等極端厭氧的環境中；產甲烷菌食物簡單產甲烷菌，只能代謝少數幾種碳素底物生成甲烷；產甲烷菌適宜生存在pH值中性條件下；產甲烷菌生長緩慢。

2.結束語

沼氣是可再生的清潔能源，既可替代秸稈、薪柴等傳統生物質能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等。

中國農業資源和環境的承載力十分有限，發展農業和農村經濟，不能以消耗農業資源、犧牲農業環境為代價，農村沼氣把能源建設、生態建設、環境建設、農民增收鏈接起來，促進了生產發展和生活文明。發展農村沼氣，優化廣大農村地區能源消費結構，是中國能源戰略的重要組成部分，對增加優質能源供應、緩解國家能源壓力具有重大的現實意義。

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