沼气的发展前景

近年来，我国对环境保护高度重视，鼓励利用新技术、新能源，以减轻温室效应和促进生态良性循环。在此背景下，沼气作为一种具有较高燃值的清洁燃料，具有良好的经济效益和环境效益，得到国家政府的支持。
我国沼气发电前景巨大，因为我国制备沼气的原料来源更加丰富，更加广泛。据《可再生能源中长期发展规划》预计，2020年的沼气生产量为440亿立方米，如全用于发电，按每立方米沼气发电1.6kWh计算，气发电量超过700亿kWh，沼气发电将会有很大的发展空间。
前瞻产业研究院《沼气发电行业报告》指出，我国酒精、制糖、酿酒等20多个行业每年排放有机废水43.5亿吨、废渣9.5亿吨，可转化为沼气约300亿立方米；规模化畜禽养殖场粪便资源每年约8.4亿吨，生产沼气的潜力约400亿立方米。目前我国开发利用的沼气量不到两者之和的25%，根据可再生能源中长期规划，到2020年，沼气年利用量将达到240亿立方米。

农村发展沼气池经济性分析[研讨][]
共有6118位网友浏览此文2005-2-17



1 前言
沼气是我国农村可以普遍开发利用的优质可再生能源，国家很重视这一开发项目，把它列为西部生态建设的重要内容来抓。但农村沼气池到底有多大效益？科技人员评价不一，也缺乏相关依据。近年来，广西南宁地区农村沼气池发展速度加快，截至2003年底已拥有沼气用户26.2万户，入户率近24%，但大数农户是在"政府补助要我做”的前提下建池的，自发地“我要做”的并不多。其原因就在于农村沼气池的效益是“看不见”的效益，没有引起人们的足够的重视。因此，本文对农村沼气池的经济性进行了客观的分析评价，希望能够对人们正确认识沼气池的经济性，以及如何规划沼气事业的发展提供一定的理论依据。
2 农村沼气池经济性评价
（1）沼气燃料效益评价
沼气是利用人畜粪便等有机物，在厌氧条件下，通过沼气池内微生物能量代谢和呼吸作用产生的可燃性气体。普通农家5口人，正常存养4头猪、1头牛，年排放的人畜粪便，按理论计算每年可产810－950m3沼气，扣除粪便散失和沼气发酵压力损失，实际可利用沼气500－550m3。采用传统的人畜粪便堆沤制肥方法，这部分能量同样被微生物分解释放出来，但这些能量无法收集利用，只能散失到周围环境中。
沼气是一种优质的燃料，热值较高，热效率比较稳定，使用方便，其技术经济性仅次于液化石油气。因此，评价沼气燃料效益可参照石油气的有关参数。液化石油气热值为43126kJ/kg，热利用率与沼气相同。沼气热值因发酵原料种类不同而异，一般为18841－25122kJ/m3。广西南宁地区2001年农村人均炊事用能为3692kJ/d（不含照明用电及饲养、烤火用能），如果每户每年实产沼气500m3，就可以解决全家当年90%左右的生活用能，减少薪柴消耗2t左右。南宁地区农村普遍通电，沼气用于照明较少，故不另计效益。
一个农户每年实际用沼气500－550m3，与液化石油气等价比较，年可节省燃料费用795－874.5元。有人认为，投入沼气池发酵的原料实际上也是一种能源，但在南方农村不可能用人畜粪便作燃料，且直接燃烧人畜粪便（或其他有机物），只能够利用部分能源和灰分，其他营养成分全部被氧化散失，从生态学的角度来看是不合算的。
（2）沼肥效益评价
评价沼气肥肥效价值，关键是要了解投入沼气池发酵的有机物主要养分(氮、磷等)的保存率及 传统堆沤制造肥主法中主要养分的保存率。据广西卫生防疫站试验对比，人畜粪便的投入沼气发酵全氮保存率为114%，氨态氮增加20%以上，磷、钾等养分没有明显损失。据广西农业技术手册提供的资料，沼气发酵全氮保存率比敞口池沤肥保存率68%增加46个百分点，敞口池沤肥中磷、钾保存率仅为63.36%和66.67%。据此推算，每口沼气池每年所产沼肥与敞口池堆肥相比可增值200元左右。
沼气发酵是在厌氧条件下进行的，虽然微生物代谢过程也需要消耗一定的养分，但其数量很少，而且在微生物的作用下，还能分解一些植物不易吸收利用的养分(如脂肪类，难溶性物质等)，吸收固定游离氮，合成可溶性富含多种养分的活性肥料 。
(3)劳动力效益评价
在评价农村使用沼气节省劳动力的价值时，必须分析沼气池投料管理所用的劳动时间的用于施肥增加的劳动时间，再与传统的打柴、炊事、施肥所用的劳动时间进行比较，来评价农村使用沼气的劳动力效益比较合理。
按沼气池投料管理及畜禽圈卫生要求，每天需要清除粪便入池一次，每次约10min，每年折合劳动力8个；每年投入的有机物经发酵后，约有60%的有机物被消化，余下40%有机质(即腐殖质)形成有机质浓度约5%的沼肥15t。假设15t沼肥全部用于作物，共需施肥劳动力15个，与施用堆沤肥所需劳力(6个)相比，增加施肥劳力9个，两项合计共17个劳力。
根据本人多年生活在农村的经历，满足一家5口人炊事用能(不含饲养、烤火用能)，一年需要2.2t 柴草，一个劳动力一天可打柴草100kg(干物)，一年需要22个劳动力；每天还需要生火添柴1.5h，一年折68个劳动力，总计90个劳动力。使用沼气后，可节省上山打柴割草劳动力(饲养和烤火用能可用农作物剩余秸杆或果枝解决)，节省生火添柴时间，与传统的条柴、炊事、施肥所耗的90个劳力相比，农村使用沼气后实际年节省劳力73个。
(4)环境效益评价
人畜粪便投入沼气池发酵后，能有效地将寄生在人畜粪便的细菌性病源、病毒性病源、寄生性病源及蚊蝇虫卵沉降杀灭。据广西卫生防疫站试验对比，经沼气发酵后的人畜粪便，寄生虫卵数量从投入时平均值1774.9个/1，减少到83个/1，减少98.8%，蚊蝇虫卵末被要检出。其卫生效果目前在农村没有何种处理方法(化学和高温处理除外)可比。
人畜粪便直接投入沼气池发酵，在沼气池密闭条件下，微生物分解物质和能量代谢呼吸释放出的惰性物质可在池内循环利用，不存在堆沤方法产生的环境污染；人畜粪便经过沼气池发酵，可直接用于作物肥料、养鱼、喂猪、浸种或直接排入河流，不产生二次污染；农村使用沼气，还能有效地减少传统炊事烟熏火燎所带来的红眼病、哮喘病等疾病。
3 问题与讨论
(1)本文对沼气池经济性的评价，是在一定条件的前提下进行的，所列的评价依据和评价思路、评价结果大致合理，可供参考。由于农村人口结构不同、 能水平不同、畜禽养殖数量不同、建池质量不同、管理水平不同，其产生的经济效果也不一样，因此在评价农村沼气池效益时，分类评价比较合理。
(2)在农村，各种发酵原料很丰富，各种有机废弃物可作为沼气发酵原料。但发酵原料种类不同，碳氮比也不一样，产气量和肥效也不一样。如人粪便产气量达0.426m3/kg(TS)，猪粪便产气量0.425m3/kg(TS )，而牛粪便产气量仅有0.21m3/kg(TS) 。评价农村沼气池的效益，根据投入发酵原料的不同种类进行评价比较合理。
3)按照沼气发酵3伸阶段的理论，每个发酵阶段的碳氮比、浓度、pH值 、温度等，都必须符合微生物生存条件，才能产生最高的效益。但在农村投入的发酵原料比较复杂，加上未掌握沼气发酵原理，产生的效益也有较大的差异。 别是第一次投料，投入的富碳有机物越多，沼气发酵产酸阶段 越长，效益就会越低。

目前，世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油，发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源，具有许多优点。例如，修建一个平均每人l－1．5平方米的发酵池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。现在，沼气的应用正在各国广大农村推广，沼气能源的开发利用的普及等方面，已经取得了较好的成绩。
世界上一些发达国家，也正在进行利用微生物厌氧消化农场废物、生产甲烷的较大规模试验。英国建立了甲烷的自动化工厂。在厌氧消化器中有三个基本过程：
第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有机物。
第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。
第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。
据估计，在英国，利用人和动物的各种有机废物，通过微生物厌氧消化所产生的甲烷，可以替代整个英国25%的煤气消耗量。苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机，可供村庄、农场或家庭使用。美国一牧场兴建了一座工厂，主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的中烷发酵结构，它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物，由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。从世界范围看，利用各种微生物协同作用生产甲烷的研究和应用，正处于方兴未艾的阶段。近年来，中国沼气事业获得了迅速的发展，沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村，有些地方除用沼气煮饭、点灯外，还办起了小型沼气发电站，利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等，闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。专家们认为，21世纪沼气在农村之所以能够成为主要能源之一，是因为它具有不可比拟的特点，特别是在中国的广大农村，这些特点就更为显著了。首先，沼气能源在中国农村分布广泛，潜力很大，凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料，所以沼气是一种取之不尽，用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，节省开支。沼气电站建在农村，发酵原料一般不必外求。兴办一个小型沼气动力站和发电站，设备和技术都比较简单，管理和维修也很方便，大多数农村都能办到。据调查对比，小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右，仅为小型水力电站的1/2－1/3，比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短，只要几个月时问就能投产使用，基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧，还可以节省17%的柴油。中国地广人多，生物能资源丰富。研究表明，在21世纪无论在农村还是城镇，都可以根据本地的实际情况，就地利用粪便、秸秆、杂草、废渣、废料等生产的沼气来发电。