据专家介绍,目前,生物质能的开发途径主要有三条:一是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷(沼气)。二是用热解法生成燃料气、生物油和生物炭(秸秆气化、秸秆致密)。三是用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。
我省农村目前主要采用第一种途径开发生物质能,其中秸秆生物气化技术是当前应用最广泛的一项技术。
据了解,新型秸秆生物气化技术是以农作物秸秆为主要原料,进行厌氧发酵生产沼气和有机肥料。该技术具有四大优势:一是沼气热值高,每立方米5500大卡。二是不存在焦油二次污染问题。三是发酵呈连续性,可以进行以村为单位的集中供气,管理方便,操作简便。四是发酵后,沼渣可生产有机肥料,大大提高了秸秆的资源化利用效益。
据专家介绍,秸秆气化技术原理如下:秸秆生物气化产生的沼气是由甲烷细菌和非甲烷细菌二类微生物协同作用而完成的。甲烷细菌是一群特殊的、严格厌氧性细菌,一般为中温性,少数高温,适宜于中性或微碱性。它们在生理上的共同特点是推动H2与CO2的氧化还原而生成甲烷,也能将醋酸或甲醇转化为甲烷,但不能利用碳水化合物、蛋白质或其它有机化合物作为能源和碳源。非甲烷细菌分解碳水化合物、脂肪、纤维素等复杂有机物,产生简单有机物,为甲烷细菌提供基质,甲烷细菌则利用这些简单有机物形成甲烷。
由于秸秆的主要成分为纤维素和木质素,因此选择纤维素、木质素代谢性能好的优势菌种作为甲烷细菌的协同菌种是必须的。
秸秆气化技术工艺流程如下:
原料:北方多用玉米、高梁、大豆秸秆,南方多为稻草。
原料预处理:原料的预处理主要指作物秸秆的机械破碎和发酵原料的堆沤过程。入池原料必须先剁成短条(5cm左右),然后进行生物堆沤。堆沤时须在秸秆中拌入一定量的碳铵,用以改善原料的碳氮比条件,再和入一定量的混合菌剂;堆沤的体积会影响堆沤效果,以偏大为好;堆沤过程中PH值有一个“高—低—高”的过程,堆沤以5-6天效果为佳,此时接种入池发酵,不会产生酸化现象;堆沤以腐熟为原则;堆沤时间过长会损失能量,对发酵反而有负面影响。
经过堆沤,原料可以富集混合产甲烷细菌。堆沤腐熟后,秸秆原料中的纤维素束变松散,扩大了纤维素分解菌与纤维素的接触面,加大纤维素的分解速度,同时,原料中的其它大分子化合物也能被分解为小分子物质,便于入池后马上被甲烷菌利用。农作物秸秆表面含有一层蜡质的原料,在堆沤过程中可破坏蜡质,释放出纤维素,便于细菌分解。此外,秸秆堆沤后,含水量加大,比重增加,入池后不易结壳。
接种:最好的接种物应是混合产生的甲烷微生物群体的驯化污泥。也可用正常产气的沼气池里的活性污泥来替代。
气体收集:与普通沼气池一样。