沼气厂的优缺点

什么是沼气？

沼气是一种可持续燃料，当食物残渣和动物粪便等有机物质分解时产生。了解沼气是如何产生的，以及如何用它来发电、供暖和为汽车提供燃料。

沼气是如何产生的？

沼气是一种环保的可再生能源。它是通过一种称为厌氧消化（anaerobic digestion）的过程产生的，在这个过程中，微生物在没有氧气的情况下分解有机物质，如食物或动物粪便。废物必须在无氧环境中进行。

沼气可以通过人工或有机方式作为工业燃料生产。

什么类型的垃圾适合生产沼气？

沼气在动物粪便、污水、植物材料以及城市垃圾等各种废物的分解过程中产生。

沼气中含有哪些气体？

沼气主要由甲烷和CO₂组成。此外，它可能含有少量水分、有机硅和硫化氢。这些相对数量会根据用于生产沼气的废物类型而变化。

沼气可以做什么用？

压缩后，沼气可以用作汽车燃料。如果沼气提纯至天然气标准并净化，则称为生物甲烷（biomethane），可用于类似甲烷的用途，如供暖和烹饪。

什么是沼气厂？

沼气厂是一个提供无氧厌氧消化条件的结构。简单来说，它是一种人造技术，可以将废物转化为环保肥料和可持续能源。

沼气厂产生沼气的主要三个部分如下：

1. 接收区
2. 发酵罐（或发酵罐）
3. 储气罐

在接收区，原材料被运入并为厌氧消化做准备。沼气生产过程的持续时间因所用原材料而异，因为每种生物质都有其独特的发酵过程。工业沼气厂通常采用预处理来加速发酵并提高沼气产量。农作物残渣、城市和商业污水、农业废弃物、牲畜粪便、海藻、食品加工废物和纸张废物是最常见的生物质选择，但使用的原材料范围要广泛得多。

发酵罐是一个不漏水、不漏气的容器，带有进料口。在这里，原料被转化为能量。生物质经常被搅拌器搅动，以释放气体并阻止分层。此外，发酵罐还设有管道，用于在发酵完成后排出消化物。

储气罐是储存发酵过程中产生的气体的容器。最好由钢制成，并且密封。一个设施可能包含多个发酵罐和储气罐，具体取决于您想从生态系统中清除多少废物或生产多少沼气。

沼气厂是如何工作的？

2019年，全球有超过132,000个大、中、小型发酵罐在运行，直接或间接雇佣了超过344,000人。这些地方是如何运作的？沼气厂采用一种自动化的、简单的过程，旨在在人工环境中模拟厌氧发酵的自然机制，从而轻松、碳中性地产生沼气。

尽管某些阶段可能会因沼气厂的不同而有所变化，但大多数设施都采用相同的技术来生产沼气。以下是该过程的描述，同时侧重于其长期优势。

步骤 1：预处理和发酵罐填充

发酵罐接收各种有机材料，通常称为底物。粪便浆、可再生天然材料（如玉米或草）和食品工业废物是一些底物的例子。在将它们添加到密封罐之前，其中一些需要进行预处理并储存在水泥容器中。根据规模，一个设施可能有多个发酵罐。

步骤 2：发酵过程

在发酵罐内，底物被加热到不同程度，多种微生物在没有阳光和氧气的情况下开始分解有机物质。在此过程中，有机物会被搅动，以防止在罐的顶部和底部形成分层。

步骤 3：产生沼气

作为发酵的结果，在发酵罐内产生以甲烷为主要成分的沼气。容器应由钢制成的关键原因之一是，在此过程阶段，气体除了甲烷和二氧化碳外，还含有水和硫化氢。钢材以其能长期承受气体影响而闻名。

步骤 4：清除残留物

发酵后，消化物残留物从罐中取出，用于生产高质量、环保的肥料。通过这种方式，沼气生产过程变成了一个零废物系统，将垃圾从垃圾填埋场清除，同时为改善作物提供解决方案。

步骤 5：清除杂质

在净化过程中，将沼气中的水分、硫化氢和其他污染物去除，以生产生物甲烷，然后可以用于提供能源和热量。沼气的纯度会持续进行检查，以确保其产量。

沼气厂的用途是什么？

沼气厂可以有多种用途，并为生态和经济做出贡献。一方面，工厂可以为我们提供碳中性的温暖和能源。沼气是完全可再生的，燃烧时没有净碳排放。此外，生产过程阻止甲烷释放到大气中，有利于环境。

经过简短处理后，沼气适用于家用炉灶烹饪。如果没有，它可用于产生热量、电力，或在热电联产（CHP）工厂中同时产生热量和电力。根据沼气厂的规模，产生的能源可以直接注入电网，为一座或多座城镇供电。此外，在生产过程中产生的热量可用于加热建筑物或游泳池。

如果沼气厂通过压制沼气生产生物甲烷，那么生物甲烷可以替代天然气用于家庭、商业和工业用途。汽油可以轻松地运输到加油站。

另一方面，这些工厂成为废物管理计划的一部分，通过生产沼气来防止垃圾进入垃圾填埋场。为了减少对自然的影响，通常会丢弃到环境中的生物质会被收集和处理。此外，鉴于我们每年在全球范围内浪费13亿吨食物，沼气厂也可以帮助解决食物浪费问题。更不用说，这些废物是极好的肥料，为化学品提供了一种可持续的替代品。

沼气厂的优点

沼气厂的大部分优势在于环境方面，因为它们为家庭和工业用途产生清洁能源。通过储存这种能源或将其添加到电网，我们可以减少对化石燃料能源的依赖，从而有助于减少我们的碳足迹。换句话说，沼气厂可以帮助对抗全球变暖。当家庭和工业消费者减少对化石燃料发电的依赖时，温室气体排放量就会减少。此外，通过收集有机废物和管理发酵过程，可以减少甲烷排放，从而改善空气质量。

社区管理食物浪费，阻止垃圾进入垃圾填埋场，从而实现这些成果。除了其他好处外，回收有机废物意味着减少异味，降低疾病传播的可能性，并保护水体。

沼气厂的另一个好处是它们能够用消化物替代合成肥料，从而消除了对它们的需要。它回收了多种营养物质，包括对作物生长至关重要的磷。

除了对环境产生积极影响外，沼气厂还有助于创造一个循环经济，使更多的企业能够利用其废物作为能源或热量的来源，从而变得更加自给自足和可持续。随着设施数量的增加，在各个行业创造新的就业机会对世界许多城镇的生活水平产生了重大影响。

沼气厂的缺点

尽管过程很简单，但成本很高。许多城镇由于建设成本高昂而难以投资沼气厂。目前的方法对于需要大量能源但缺乏足够沼气生产所需原材料的大型城市来说也是不切实际的。

许多沼气厂的内部技术需要改进，以使其更有效率和经济。通过这种方式，沼气厂可以轻松地扩大规模，并且燃料将发展成为一种廉价的可再生能源。故意种植的玉米是另一个与甲烷产生相关的问题。只要用于生产沼气的建筑材料能解决废物管理问题，这个过程就是可持续的。如果沼气厂将废物替换为能源作物，这些种植园可能会迅速变得不可持续，甚至对环境有害。