从低劣生物质到清洁能源——生物甲烷

曹逊

南京工业大学／生物与制药工程学院

关键词：低劣生物质、生物甲烷

近些年来，国际社会面临能源紧缺的窘境，而环境污染问题也日趋严重。为了满足未来人类对于清洁能源的需求，如何将秸秆、家禽粪便等低劣生物质转化为可再生能源成为国际关注的热点之一。中国是传统的农业大国，可利用的秸秆资源丰富。据不完全统计，2015和2016年的农作物秸秆产量均在7 亿吨以上 [1]。然而，其中一大部分的秸秆被就地燃烧，这不仅造成了生物质能源的浪费，而且会引起大气污染等多种环境问题。

通过微生物厌氧发酵的方式，可以将农作物秸秆、家禽粪便等低劣生物质转化为沼气，再净化沼气成为高纯度的生物甲烷，而生物甲烷可以作为汽车燃料使用。这在减少污染物排放的同时可以获得清洁能源。虽然国内外对于利用农作物秸秆厌氧发酵产沼气取得了许多突破性的成果，但是大规模的建立沼气工程仍然存在着诸多难点。这些难点包括：如何利用有效的手段（物理法、化学法、生物法）对农作物秸秆进行预处理以提高微生物对其的利用；筛选、改造能高效利用农作物秸秆的菌株；厌氧发酵生物反应器的设计与发酵工艺的开发；微生物厌氧发酵过程中精细的检测调控技术等。

在另一方面，微生物厌氧发酵产生的沼气通常含有50%~65%的甲烷，35%~50%的二氧化碳，以及极少量的水与硫化氢。沼气中的二氧化碳不仅降低了沼气的热值，而且会对气体运输的管道造成腐蚀。因此，为了满足市场上的需求，微生物厌氧发酵产生的沼气必须经过气体净化转化成为高纯度的生物甲烷（二氧化碳的含量低于2%）。气体净化手段包括：高压水洗、化学吸附、膜分离与变压吸附 [2]。如何低成本的净化沼气，且能够有效的控制其中二氧化碳的排放也成为研究的焦点。

《中国人民共和国大气污染防治法》已经明文规定：禁止在人口集中地区、机场周围、交通干线附近以及当地人民政府划定的区域露天焚烧秸秆、落叶等产生烟尘污染的物质。国务院办公厅下发了《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，国家发改委、农业部联合下发了通知，要求省、市、县三级政府完成秸秆综合利用规划的编制工作，规划中明确要求鼓励农作物秸秆综合利用的政策保障体系的建立，秸秆利用的产业布局和重点项目的开展。虽然，对于农作物秸秆综合利用仍然存在着许多问题，但是我们依然有信心相信通过政府、广大农民以及拥有前沿科学技术的高校与研究机构的合作，克服困难，解决问题，实现对低劣生物质有效的利用。

参考文献：

[1] L.K.; L.R.. A review of methane production from agricultural. Renew.Sust.Energ.Rev.2016, 54:857-865.

[2] Z.J.; C.X.. Effects of various factors on biogas purification and nano-CaCO₃ synthesis in a membrane reactor. Energy.2010, 53(4):1702-1706.

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