沼气的利用与可持续性发展
1、沼气的概念
沼气是有机质 (作物秸秆、人畜粪便、工业有机废物等)在厌氧的条件下，并在适宜的温度、PH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可再生能源。因为人们最初是从沼泽中发现这种气体的，所以称之为沼气，也有人称之为“瓦斯”。
2、发展沼气的重要性
目前，世界范围内的能源危机和环境污染问题已经开始阻碍全球经济的发展，各国都在加大对环境的污染治理工作，并致力于开发新型生物质能源。能源危机的产生是由于近200年来，世界各国对地球化石能源的无限制开发使用，导致现存的化石能源供应短缺，从而影响经济发展。而环境污染是指由于人类活动产生的有害物质或因子进入环境，引起环境系统的结构与功能发生变化，危害人体健康和生物的生命活动的现象。因此经济的发展与能源、环境之间形成了人类世界进步的主要矛盾之一。
世界范围内，许多科学家都在致力于开发研究新技和新工艺，以期望获得新型“清洁绿色能源”，健康可持续发展与循环经济是全球经济在21世纪发展的主要方向。在我国，“资源——产品——污染排放”的传统经济发展模式已经不再适应当前世界范围内的产业结构和经济发展模式。该模式要求人们不断的以越来越高的强度向大自然索取物质和能源，然后在人类的生产、生活和消费过程中产生的污染废物不加任何处理的排放达自然环境中去，严重污染了人类赖以生存的地球，“传统经济”对资源的利用是单链式的、粗放性的和一次性的。而“绿色经济”提倡的是一种物质循环流动，建立成一种循环式的产业结构链条，如“资源——产品——再生资源”，在整体经济结构中大大减少了污染物的排放，在保护环境的同时，发展绿色经济。为了保护全球环境,维护良好生态家园，我国近几年一直致力于产业结构的调整和经济发展模式改善，在党的十七大报告中，明确提出了这一点，并要求各级政府树立正确的政绩观和经济发展观[3一9]。
作为我国能源体系密不可分的组成部分,农村能源占据着十分重要的地位。为实现我国农村社会经济的长足发展,以及农村居民生活质量的有序提高,保障持续安全的能源供给是促进农村经济可持续发展的重要前提,也是减缓和应对气候变化的有力手段。我国农村社会经济的飞速发展,带来了农村地区持续增加的巨大的能源需求。
下图1-1给出了1995-2011年中国农村能源消费总量的具体数值。
图1-1中国农村能源消费总量
从图1-1可见,我国农村总的能源消费量在2000年为6. 7亿吨标准煤3,占
当年能源消费总量的48. 6%: 2007年为8. 84亿吨标准煤,相较2000年的需求量增长了 32.l%。随着社会经济的发展,我国农村能源供需缺口不断加大,至2011年,我国农村能源年需求量已达14. 97亿吨标准煤。为满足农村地区正常的生产生活,仅仅依靠常规能源的供应已不足够。
我国国土广袤,农村人口占人口总数较大比例。2005年,我国农村能源总消耗量约计9亿吨标准煤,但人均能耗仅为0. 77吨。预计到2020年,我国农村人均纯收入将与当前城市人均纯收入持平。根据居民收入与能源消费的经验比例关系,在己有能源利用技术水平下,农村能源消费的净增长量将超过10亿吨标准煤,约等于预测的届时全国一次能源增长总量。因此,随着我国社会主义新农村建设,如何保障农村能源的来源稳定和提高能源利用效率将成为解除农村经济与社会发展瓶颈重要要求。作为当前我国农村大部分地区主要的用能方式,直接燃烧稻秆、薪柴等能源利用仍占农村地区能源消费总量较大比例,约为60-70%。其他能源,如商品能源、新能源及可再生能源,仅仅起到补充或替代作用。近年来,新农村建设的发展推动商品能源的普及和农村新型能源的幵发利用,农村地区直接焚烧秸秆作为生活用能的情况虽有所减少,但稻秆的燃用量仍保持在35-40%左右。与此同时,我国农村能源消费仍存在诸多问题亟待解决,如用能品质不高、设备落后、浪费严重等。农村能源供求矛盾进一步加剧,供给侧的严重短缺,不仅限制了农村的经济发展,不利于农村居民生活水平的提高,更阻碍了社会主义新农村的生态文明建设。因此,我国农村地区亟须建立一种全新的、安全可靠的可持续清洁能源系统,以推动农村社会经济的发展,有效保护农村地区的生态环境。
沼气具有高效、可再生、清洁等特质,是一种特殊的优质生物质能源。目前已经作为清洁能源被广泛研究和使用。据统计,全世界的沼气使用量,以1.6%的
速率增长。沼气的使用越多,这就说明沼气对国家的能源安全和战略有着越大潜在的影响。而根据我国农村的能源使用情况,还存在着能源短缺和能源使用过程中污染排放严重的情况,所以对农村绍气的研究就具有意义。
全球的能源危机和环境问题使人类将注意力引向清洁可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能和生物质能。在我国生物质能的开发研究主要应用于农村，因此发展农村沼气，可以有效缓解我国的能源问题和污染问题，改变了以往农民依靠燃烧秸秆、树木和煤炭的生活方式，减轻了环境压力，保护森林生农村沼气建设可持续发展研究态系统，改善了农户的生活卫生条件，提高了生活质量；同
时国家为了缩短城乡差距，实施了新农村建设计划，而发展农村沼气既可以增加农户的收入，又能响应积极建设新型农村建设的国策，可谓一举两得。
3、人们对沼气的研究的发展
3.1国外对沼气的研究
意大利物理学家A.沃尔塔1776年在沼泽地首先发现沼气的存在，1916年第一株甲烷菌由俄国人B.II.奥梅良斯基分离出来，在1980年我国成功分离出甲烷八叠球菌，目前世界上已经分离出的甲烷菌将近20株。
1860年法国人L.穆拉将简易的沉淀池改进成世界上第一个沼气发生器；1925年和1926年，德国和美国分别建造了具有加热设施及集气装置的消化池，也就是现代的大中型沼气池的原型。
二战之后,沼气发酵工艺在西欧国家虽然得到一定的发展，但是由于当时石油的廉价而受到影响和限制"后来由于世界性能源危机的出现,沼气又开始逐渐受到人们的重视，1955年高速率厌氧消化工艺的产生标志了人类对于沼气的掌握进入一个新的台阶，它突破了传统的发酵工艺，大大提高了沼气池的产气率，由原来每立方米池容产0.7一1.5立方米沼气提高到4一8立方米。我国于20世纪20年代建立了第一个沼气池，是由罗国瑞在广东省潮梅地区建成的；随后成立了中华国瑞瓦斯总行，并以此来推广沼气技术。
农村户用沼气使用简图
