秸秆产沼气研究进展_梁晓辉

全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集秸秆产沼气研究进展梁晓辉`,2,华栋梁`,2,许海朋’,2,张杰’,2,李岩`,2,张晓东’,2(l.山东省科学院能源研究所,济南250014:2.山东省生物质气化重点实验室,济南250014)摘要:秸秆沼气技术是沼气工程领域的一个重要研究内容。发展秸秆沼气工程能够实现农业废弃物的资源化利用,保护农村生态环境,并能解决以粪便为原料的沼气工程所面临的原料短缺问题。该文阐述了当前秸秆沼气关键技术的研究进展,主要从秸秆原料的预处理技术(物理、化学及生物方法)、发酵工艺、沼气发酵菌群、工艺控制、反应器类型以及沼渣处理等方面进行了简要叙述,对目前存在的问题和发展方向进行了展望,提出秸秆沼气的研究重点是发展高效原料预处理技术,研制适合秸秆性能的反应器并提高保温性能是提高秸秆沼气生产效率的根本。关键词:沼气,桔秆,发酵,控制,反应器中图分类号:X382文献标志码:A梁晓辉,华栋梁,许海朋,等.秸秆产沼气研究进展【C]刀全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集.郑州,2011.4LiangXiaohui,uHaDongllang,XuHaiPeng,etal.eReenterseaerhProgerssofhetkeyteehnologiesforbiogasformstarws[C]P/oreeedingsofhetSylnPoslumofRuarlRenewableEnegriesand切w一C的oneTehnoloisesinCh由aZhenghz叭2011.40引言中国是一个农业大国,每年农作物秸秆产量可达7亿t左右(其中稻草、麦秸和玉米秸占70%以上l[],其中约4亿t秸秆可用于沼气及其他生物质能源的生产2[一。目前中国农作物秸秆利用率很低,除部分还田及用于饲料生产外,大多数秸秆未实现合理应用。随着农业生产及农村生活方式的转变,秸秆的剩余问题已呈逐年加重的趋势。在经济较为发达的地区及城市郊区,秸秆剩余量高达70%~80%l5]。因秸秆大量堆积,难以处理,故焚烧己成为对其处理的主要方式。每逢夏秋季节,焚烧秸秆现象屡禁不止,造成空气污染、土壤矿化等环境问题,并己经演变成为生态问题和社会问题l5]。因此利用农作物秸秆生产沼气对于环境保护及发展可再生能源有着极为重要的意义,是实现循环生态农业的关键问题。作为燃料,秸秆燃烧效率极低,其使用的热效率仅为10%~30%,若Ikg秸秆转化为沼气,其有效热值可提高到64卜7]。秸秆的理论产气率为0.53时/纯(Ts),与粪便理论产气率接近l5],且含硫量低,平均不到0.15%,是煤炭的1/98[],是生产沼气的优良原料(表l)。中国农作物秸秆产沼气潜力很大,较之传统沼气原料,秸秆具有生物抗性屏障,很难充分降解,故需要进行适当预处理,且厌氧发酵工艺、厌氧反应器类型均有自身特点。中国在秸秆沼气方面有较多实践,但在其基础研究领域长期徘徊不前,影响了其开发利用。中国是一个农业大国,且目前由于经济快速发展,能源形势极为严峻。农作物秸秆的能源化利用对中国农村经济可持续发展有着至为重要的作用。本文综述了近年来秸秆沼气技术的研究进展,对目前秸秆沼气工程中存在的一些问题进行了探讨,并展望了中国秸秆沼气的发展前景,以期对我国秸秆沼气技术的发展提供一些借鉴。表1中国主要秸秆的碳氮比及产沼气效率l0]TableIC加artiosandbiogasaeutalProdueitonarteofmainikndofstrawsinChina秸秆实际产气效率l(m又kg·,)干麦秸卜稻草卜玉米秸87670.450.400.50收稿日期:2010一12一l修订日期:2011一2一8基金项目:山东省科学院科技发展基金项目(博士基金:201008)作者简介:梁晓辉(1978一),男,河北无极人,博士,主要从事生物质降解及综合利用方面的研究。济南山东省科学院能源研究所,250014。Emall:ilanLxlaohu议002@126.eom1秸秆预处理工艺秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素等。因秸秆中纤维素的结晶度及聚合度很高,具有天然抗性屏障,难以被微生物分解l[。一川。若秸秆在自然状态下进行沼气发酵,则存在启动慢、产气率低、结壳严重等问题1。一川,需要进行预处理才能作为沼气发酵原料。现在秸秆主要处理工艺有化学法、物理法及生物法等。通过预处理,秸秆变得柔软疏松,有助于微生物菌群降解利用,从而可以提高产气速率和原料利用率。秸秆预处理效果直接关系到秸秆沼气工程的成败,具有十分重要的意义。目前己经针对秸秆厌氧消化研究出多种预处理添加剂(表2),可以提高秸秆降解率和产气率。物理方法主要采用机械力、热能及压力等方法改变秸秆的物理形态和内部结构,主要手段有气爆、机械粉碎、高温/高压蒸煮以及辐射处理等。