沼气技术
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2023年3月18日发(作者：有关感恩的故事)生物质能的概述
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生
物质能（biomassenergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生
物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液
态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。目
前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可
以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植
物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油
料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一
种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世
界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。
[编辑本段]生物质能的分类
依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工
业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
林业资源：林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭
林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过
程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。
农业资源：农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，
如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；
农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的
植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水：生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组
成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主
要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都
富含有机物。
城市固体废物：城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建
筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结
构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
畜禽粪便：畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物
秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
沼气：沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体，通常可以供农家用来烧饭、照明。
[编辑本段]生物质能的特点
1)可再生性
生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同
属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；
2)低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，
由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排
放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
3)广泛分布性
缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4)生物质燃料总量十分丰富。
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地
每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远
超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源
到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
应用：沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生
产生物柴油等。
[编辑本段]生物质能利用现状
2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜
禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口
提供了优质生活燃料。
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃
气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600
处，年生产生物质燃气2,000万立方米。
[编辑本段]生物质能的研究
目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学
家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工
程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。
目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美
国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占
该国一次能源消耗量的4％、16％和10％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000
兆瓦，单机容量达10～25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法
处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，
实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以
上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产
酒精2500吨。
[编辑本段]生物质能对中国的意义
开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴
等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质
能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨
标煤，占56.7％。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地
区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增
加了18.3％，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到
4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7％，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农
村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。
生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕
后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，
常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境
问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立
足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，
又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。
沼气含义
沼气沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，
有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。沼气，是
各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作
用产生的一种可燃烧气体。
[编辑本段]沼气成分组成
沼气的主要成分是甲烷。沼气由50％～80％甲烷(CH4)、20％～40％二氧化碳(CO2)、
0％～5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0．4％的氧气(O2)与0．1％～3％硫化氢(H2S)
等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如
含有8.6～20.8％（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。
沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即对
燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为34000千焦，每立方米沼气的发热量约为20800－23600
千焦。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气
相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、
供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原
料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。
[编辑本段]沼气的利用及前景
1沼气传统利用和综合利用技术
沼气作为能源利用已有很长的历史。我国的沼气最初主要为农村户用沼气池，20
世纪70年代初，为解决的秸秆焚烧和燃料供应不足的问题，我国政府在农村推广沼气事业，
沼气池产生的沼气用于农村家庭的炊事来逐渐发展到照明和取暖。目前，户用沼气在我国农
村仍在广泛使用。我国的大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、
村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立拓宽了沼气的生产和使用范围。随着我国经济发人
民生活水平的提高，工业、农业、养殖业的发展，大废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生
能源利用和环护的切实有效的方法。
自80年代以来建立起的沼气发酵综合利用技术沼气为纽带，物质多层次利用、能
量合理流动的高效农产模式，巳逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的
有效方法。通过沼气发酵综合利用技术沼气用于农户生活用能和农副产品生产、加工，沼液
用料、饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产，我国北方推广的塑料大
棚、沼气池、禽畜舍和相结合的“四位一体”沼气生态农业模式、中部地区的以沼气为纽
带的生态果园模式、南方建立的“猪一果”模式、以及其他地区因地制宜建立的“养殖一
沼气植”、“猪一沼一鱼”和“草一牛一沼”等模式都是以业为龙头，以沼气为纽带，对沼
气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式，沼气发酵综合利用生态农业模建立使农村沼
气和农业生态紧密结合起来，是改善农村环境卫生的有效措施，是发展绿色种植业、养殖业
的有效途径，已成为农村经济新的增长点。
2沼气发电技术
沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼
气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电
能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式
能源。
沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网在西欧一些国
家占能源总量的10%左右。
我国沼气发电有30多年的历史，在“十五”期间研制出20～600kW纯燃沼气发电
机组系列产品，气耗率0．6～0．8m0／kwh(沼气热值~>21MJ／m0)。但国内沼气发电研
究和应用市场都还处于不完善阶段，特别是适用于我国广大农村地区小型沼气发电技术研
究更少，我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较
为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。如能因地制宜地发展小沼电站，则可取长补
短就地供电。
3沼气燃料电池技术
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当
源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不
同，燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)等。
燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、
积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。燃料电池将是21世纪最有竞
争力的高效、清洁的发电方式，它将在洁净煤燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断
电源、潜艇及空间电源等方面，有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。
沼气燃料电池是最新出现的一种清洁、高效、低噪音的电装置，与沼气发电机发
电相比，不仅出电效率和能量利用率高，而且振动和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物浓度
低，因此是很有发展前途的沼气利用工艺，将沼气用于燃料电池发电，是有效利用沼气资
源的一条重要途。我国的燃料电池研究始于1958年。但是，由于多年来在燃料电池研究方
面投入资金数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与发达国家尚有较大差距。燃料电
池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业、
住宅以及社会各方面的集中供电系统。
4污染治理
对于以农业为主的中国，沼气技术在农业领域正发挥着很大的作用，目前，国家制
定法律法规中有许多发展农村沼气的有关政策规定，并在全国各地大力推动大中型沼气工程
建设，并且进一步提高设计、工艺和自动控制技术水平。预计到2015年，处理工业有机
废水的大中型沼气工程达2500座，形成年生产沼气能力40亿立方米，相当于343万吨
标准煤，年处理工业有机废水37500万立方米。农业废弃物沼气工程到2015年累计建成
近4100个，形成年生产沼气能力4.5亿立方米，相当于58万吨标准煤，年处理粪便量
1．23亿吨，从而解决全国集约化养殖场的污染治理问题，使粪便得到资源化利用。
中国沼气资源丰富，市场需求巨大。2005年，中国国主要秸秆产量约6亿吨，有3亿
吨农作物秸秆可作为能源使用，折合1.5亿吨标准煤。预计到2010年，中国主要农作物秸
秆产量将达到7.8亿吨，其中约4亿吨可作为农业生物质能的原料；预计到2015年中国主
要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右，其中约一半可作为农业生物质能的原料。预计到2010
年和2015年，中国规模化养殖场畜禽粪便资源的实物量将分别达到25亿吨和32.5亿吨，
约可产出沼气1500亿立方米和1950亿立方米，分别相当于替代标准煤2.4亿吨和3.1亿吨。
另外，中国城市垃圾和生活污水也潜藏着丰富的沼气资源。2020年，中国沼气开发量将达
到270亿立方米，是2000年的4倍之多，年增长率为9.1%，大大超过化石燃料（煤、油气）
的增长速度，相当于2122万吨标准煤量，也就是约3000万吨原煤的数量。总之，中国沼气
的开发和利用大有可为。
“十一五”期间，中国沼气发展的重点是农村户用沼气、规模化养殖场大中型沼气
工程和沼气技术支撑及服务体系的构建。规划2006-2010年，全国新建农村户用沼气将达到
2300万户左右，其中中央补助建设1300万户左右，带动地方建设1000多万户。到2010年
底，全国户用沼气总数将达到4000万户左右，约占适宜农户的30%左右。2006-2010年，
中国将在现有规模化养殖场中新建大中型沼气工程4000处左右。到2010年底，全国规模化
养殖场大中型沼气工程总数将达到4700处左右，占现有大中型畜禽养殖场总数的39%左右。
[编辑本段]中国发展沼气产业的现实意义
沼气是可再生的清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭
等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等。
中国农业资源和环境的承载力十分有限，发展农业和农村经济，不能以消耗农业资
源、牺牲农业环境为代价。农村沼气把能源建设、生态建设、环境建设、农民增收链接起来，
促进了生产发展和生活文明。发展农村沼气，优化广大农村地区能源消费结构，是中国能源
战略的重要组成部分，对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大的现实意义。沼气
知识的普及和应用并非纸上谈兵，是一个任重而道远的过程！
生物质发电能源林效益简单分析
近5年来，瑞典柳树无性系能源林的种植面积不断增大，主要与瑞典农民贸易协会及其
他各种机构把柳树作为一种农作物来推广有关。同时政府的补助金制度也为柳树能源林的大
面积推广提供了必要条件。目前，瑞典南部及中部柳树能源林约有11000hm，其中2000hm
是1994年种植的，1995年计划种植5000hm。这些能源林每年每公顷平均的生物量生产为
10～12t，相当于25～30m木材或4～5m燃油，约合25-30桶原油。如将所产的生物量用来
发电，按照我国国产直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.37kg/kwh计算，这些能
源林每年每公顷可供发电7300-8760kwh；若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料
消耗量1.05kg/kwh计算，则每年每公顷可供发电9500-11430kwh。如果以竹柳作为分析对象，
在超高密度（150000-20000万株/hm）、超短期轮伐（轮伐期1～2年）的情况下，其每年每
公顷平均的生物量生产可达37.8t以上，相当于94.5m木材或15.12m燃油，约合94桶原油。
受目前全球金融风暴影响，国际原油价格暴跌，按照当前跌后价格平均43美元/桶计算，每
年每公顷产值4042美元，折合人民币约27500元（汇率6.8）。如将所产的生物量用来发电，
按照我国国产直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.37kg/kwh计算，这些能源林每
年每公顷可供发电27560kwh；若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量
1.05kg/kwh计算，则每年每公顷可供发电36000kwh。电价按照0.5元/kwh计算，每年每公
顷产值为13780-18000元。
案例：
怀化市鹤城区鸭咀岩镇大力发展“猪（羊、鸽）—沼—菜（鱼、果）”生态农业经济模
式。一是农民增收渠道拓宽了。农村沼气建设带动了生态农业经济发展，涌现出了一大批养
殖、种植专业户。如鸭咀岩畜牧鱼业场的老板周军，建起了20m3沼气池，用沼液养猪催膘，
用沼液作饵料养鱼，养猪200多头，养肉鸡2000多只，养鱼水面5亩多，年底收入可观。
二是“无公害”绿色果菜基地增多了。家家户户利用沼渣种菜种果5亩多，少施农药化肥。
无公害果菜销往怀化等地深受居民青睐。三是农民居住环境变美了。大力发展沼气，推广“一
池三改”（即改厕、改厨、改栏），改变了过去到处蚊虫滋生，臭水乱流，烟熏火燎的局面。
案例：
（一）、应用情况
滁州市农户沼气池的容积多为8m3,设计使用期为10-15年，合理维护使用期可延长至
20年，甚至更长。
（二）应用效果
几位已经使用沼气的农户给调查组算了以下几笔帐：一个四口之家建一个8m3的沼气
池，用家养的三四头猪的粪便作产气的原料，即可常年产气使用。每年的产气量可达300m3
左右，相当于7罐液化气，完全可满足全家电日常生活需要。建池加上购买器具的总费用是
2000元。每年可节省燃料费、电费600多元；每年可产沼渣沼液2吨，是优质的有机肥，
施于农田、菜地可节约化肥200多元；由于沼渣沼液富含农作物所需的氮、磷、钾及微量元
素，营养均衡全面，使用后可促进农作物生长健壮、抗病虫能力强，大大降低了病虫害的发
生几率，几乎用不着打农药，不但可减少100-200元的农药费用，而且能提高粮食和蔬菜的
品质。沼液还可作喂猪的添加剂，同样饲养时间出栏的猪肉，添加沼液喂养比不添的每头可
增重30斤，3头就是90斤，按每斤5元计算就可增效450元。一般使用沼气的农户每年可
节本增效1100元，好的可达到1500元以上，不到两年就可收回全部投资。按群众的实践推
算，全市现有的每年可实现节本增效3300万元。依此类推，全市若有三分之一农户、即28
万户用上沼气，每年可节本增效3亿多元。
建议：国家及有关部门研发中。大型沼气工程成套设备和配套技术，国债沼气项目要将
大中型沼气工程列入补贴范围，而且制定补贴标准；对于大型可发电的沼气工程，所发电允
许上农电网，且上网电价应高于煤电上网价，同时在税收减免、信贷优惠等政策给予扶持。
只有这样才能鼓励生物质气电、沼气电（包括居民用沼气）的迅速发展。