沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)?？吹?，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來，如果我們劃著火柴，可把它點(diǎn)燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機(jī)物質(zhì)，在隔絕空氣（還原條件），并必適宜的溫度、濕度下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。

中文名稱：沼氣
　　英文名稱：biogas
　　定義1：有機(jī)物質(zhì)在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經(jīng)各種微生物發(fā)酵及分解作用而產(chǎn)生的一種以甲烷為主要成分的混合可燃?xì)怏w。
　　應(yīng)用學(xué)科：電力（一級(jí)學(xué)科）；可再生能源（二級(jí)學(xué)科）
　　定義2：有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種以甲烷為主的可燃混合氣體。這種氣體最早發(fā)現(xiàn)于沼澤、池塘等地。
　　應(yīng)用學(xué)科：資源科技（一級(jí)學(xué)科）；能源資源學(xué)（二級(jí)學(xué)科）以上內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布。　　

       沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種可燃?xì)怏w。由于這種氣體最先是在沼澤中發(fā)現(xiàn)的，所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機(jī)物在密閉的沼氣池內(nèi)，在厭氧（沒有氧氣）條件下發(fā)酵，即被種類繁多的沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生沼氣。

         沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50%～70％，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等，由于含有少量硫化氫，故略帶臭味。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.6%～20.8％（按體積計(jì)）的沼氣時(shí)，就會(huì)形成爆炸性的混合氣體。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機(jī)的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。

        農(nóng)村沼氣發(fā)酵種類根據(jù)原料和進(jìn)料方式，常采用以秸稈為主的一次性投料和以禽畜糞便為主的連續(xù)進(jìn)料兩種發(fā)酵方式?，F(xiàn)以后一種方式舉例說明。中國農(nóng)村一般的家庭宜修建6立方米水壓式沼氣池，發(fā)酵有效容積
沼氣工藝流程圖約5立方米。由于不同種類畜禽糞便的干物質(zhì)含量不同，現(xiàn)以豬糞為例計(jì)算如何配制沼氣發(fā)酵原料。豬糞的干物質(zhì)含量為18%左右，南方發(fā)酵濃度宜為6%左右，則需要豬糞1200公斤，制備的接種物500公斤（視接種物干物質(zhì)含量與豬糞一樣），添加清水3300公斤；北方發(fā)酵濃度宜在8%左右，則需豬糞約1700公斤左右，制備的接種物500公斤，添加清水2800公斤，在發(fā)酵過程中由于沼氣池與豬圈、廁所修在一起，可自行補(bǔ)料。
        制備沼氣發(fā)酵接種物，農(nóng)村沼氣發(fā)酵接種物一般采用老沼氣池的發(fā)酵液添加一定數(shù)量的人畜糞便。比如，要制備500公斤發(fā)酵接種物，一般添加200公斤的沼氣發(fā)酵液和300公斤的人畜糞便混合，堆漚在不滲水的坑里并用塑料薄膜密閉封口，1周后即可作為接種物。如果沒有沼氣發(fā)酵液，可以用農(nóng)村較為肥沃的陰溝污泥250公斤，添加250公斤人畜糞便堆漚1周左右即可；如果沒有污泥，可直接用人畜糞便500公斤進(jìn)行密閉堆漚，10天后便可作沼氣發(fā)酵接種物。

發(fā)酵微生物 沼氣發(fā)酵微生物是一個(gè)統(tǒng)稱，包括發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌、食乙酸產(chǎn)甲烷菌五大類群。這些微生物按照各自的營養(yǎng)需要，起著不同的物質(zhì)轉(zhuǎn)化作用。在沼氣發(fā)酵過程中，五大類群細(xì)菌構(gòu)成一條食物鏈，從各群細(xì)菌的生理代謝產(chǎn)物或它們的活動(dòng)對(duì)發(fā)酵液pH值的影響來看，沼氣發(fā)酵過程可分為水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段。前三類群細(xì)菌的活動(dòng)可使有機(jī)物形成各種有機(jī)酸，因此，將其統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。后二類群細(xì)菌的活動(dòng)可使各種有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成甲烷，因此，將其統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌。

1.不產(chǎn)甲烷菌
不產(chǎn)甲烷菌能將復(fù)雜的大分子有機(jī)物變成簡單的小分子量的物質(zhì)。它們的種類繁多，根據(jù)作用基質(zhì)來分，有纖維分解菌、半纖維分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的細(xì)菌，如產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌等。

2.產(chǎn)甲烷菌
產(chǎn)甲烷菌是沼氣發(fā)酵的主要成分——甲烷的產(chǎn)生者。是沼氣發(fā)酵微生物的核心，它們嚴(yán)格厭氧，對(duì)氧和氧化劑非常敏感，最適宜的pH值范圍為中性或微堿性。它們依靠二氧化碳和氫生長，并以廢物的形式排出甲烷，是要求生長物質(zhì)最簡單的微生物。

發(fā)酵過程

發(fā)酵是復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有許多微生物參與。反應(yīng)大致分兩個(gè)階段：

（1）微生物把復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)降解成簡單的物質(zhì)，如低級(jí)脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氫氣和硫化氫等。

（2）由甲烷菌種的作用，使一些簡單的物質(zhì)變成甲烷。要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件，使它能生存、繁殖。沼氣池必須符合多種條件。首先，沼氣池要密閉。有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵成沼氣，是多種厭氧菌活動(dòng)的結(jié)果，因此要造成一個(gè)厭氧菌活動(dòng)的缺氧環(huán)境。在建造沼氣池時(shí)要注意隔絕空氣，不透氣、不滲水。其次，沼氣池里要維持20～40℃，因?yàn)橥ǔＴ谶@種溫度下產(chǎn)氣率最高。第三，沼氣池要有充足的養(yǎng)分。微生物要生存、繁殖，必須從發(fā)酵物質(zhì)中吸取養(yǎng)分。在沼氣池的發(fā)酵原料中，人畜糞便能提供氮元素，農(nóng)作物的秸稈等纖維素能提供碳元素。第四，發(fā)酵原料要含適量水，一般要求沼氣池的發(fā)酵原料中含水80％左右，過多或過少都對(duì)產(chǎn)氣不利。第五，沼氣池的pH值一般控制在7～8.5。

沼氣是由意大利物理學(xué)家A.沃爾塔于1776年在沼澤地發(fā)現(xiàn)的。1916年俄國人Β.П.奧梅良斯基分離出了第一株甲烷菌（但不是純種）。目前世界上已分離出的甲烷菌種近20株，中國于1980年首次分離甲烷八疊球菌成功。世界上第一個(gè)沼氣發(fā)生器（又稱自動(dòng)凈化器）是由法國L.穆拉于1860年將簡易沉淀池改進(jìn)而成的。1925年在德國、1926年在美國分別建造了備有加熱設(shè)施及集氣裝置的消化池，這是現(xiàn)代大、中型沼氣發(fā)生裝置的原型。

第二次世界大戰(zhàn)后，沼氣發(fā)酵技術(shù)曾在西歐一些國家得到發(fā)展，但由于廉價(jià)的石油大量涌入市場而受到影響。后隨著世界性能源危機(jī)的出現(xiàn)，沼氣又重新引起人們重視。1955年新的沼氣發(fā)酵工藝流程──高速率厭氧消化工藝產(chǎn)生。它突破了傳統(tǒng)的工藝流程，使單位池容積產(chǎn)氣量(即產(chǎn)氣率)在中溫下由每天1立方米容積產(chǎn)生0.7～1.5立方米沼氣,提高到4～8立方米沼氣，滯留時(shí)間由15天或更長的時(shí)間縮短到幾天甚至幾個(gè)小時(shí)。中國于20世紀(jì)20年代初期由羅國瑞在廣東省潮梅地區(qū)建成了第一個(gè)沼氣池，隨之成立了中華國瑞瓦斯總行，以推廣沼氣技術(shù)。1985年中國農(nóng)村戶用沼氣池的數(shù)量達(dá)500萬個(gè)。

 

甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即可燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱最為34000焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為20800－23600焦耳。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供的熱量。世界各國已經(jīng)開始將沼氣用作燃料和用于照明。用沼氣代替汽油、柴油，發(fā)動(dòng)機(jī)器的效果也很好。將它作為農(nóng)村的能源，具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，修建一個(gè)平均每人l－1．5平方米的發(fā)酵池，就可以基本解決一年四季的燃柴和照明問題；人、畜的糞便以及各種作物秸稈、雜草等，通過發(fā)酵后，既產(chǎn)生了沼氣，還可作為肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，糞便等沼氣原料經(jīng)過發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條件，減少疾病的傳染。

世界上一些發(fā)達(dá)國家，也正在進(jìn)行利用微生物厭氧消化農(nóng)場廢物、生產(chǎn)甲烷的較大規(guī)模試驗(yàn)。英國建立了甲烷的自動(dòng)化工廠。據(jù)估計(jì)，在英國，利用人和動(dòng)物的各種有機(jī)廢物，通過微生物厭氧消化所產(chǎn)生的甲烷，可以替代整個(gè)英國25％的煤氣消耗量。蘇格蘭已設(shè)計(jì)出一種小型甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，可供村莊、農(nóng)場或家庭使用。美國一牧場興建了一座工廠，主體是一個(gè)寬30米、長213米的密封池組成的中烷發(fā)酵結(jié)構(gòu)，它的任務(wù)是把牧場廄肥和其他有機(jī)廢物，由微生物轉(zhuǎn)變成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。這座工廠每天可處理1650噸廄肥，每日可為牧場提供11.3萬立方米的甲烷，足夠1萬戶家庭使用。

從世界范圍看，利用各種微生物協(xié)同作用生產(chǎn)甲烷的研究和應(yīng)用，正處于方興未艾的階段。中國沼氣事業(yè)獲得了迅速的發(fā)展，沼氣池總數(shù)已達(dá)到1000多萬個(gè)。在四川、浙江、江蘇、廣東、上海等省市農(nóng)村，有些地方除用沼氣煮飯、點(diǎn)燈外，還辦起了小型沼氣發(fā)電站，利用沼氣能源作動(dòng)力進(jìn)行脫粒、加工食料、飼料和制茶等，闖出了用“土”辦法解決農(nóng)村電力問題的新路子。

專家們認(rèn)為，21世紀(jì)沼氣在農(nóng)村之所以能夠成為主要能源之一，是因?yàn)樗哂胁豢杀葦M的特點(diǎn)，特別是在中國的廣大農(nóng)村，這些特點(diǎn)就更為顯著。首先，沼氣能源在中國農(nóng)村分布廣泛，潛力很大，凡是有生物的地方都有可能獲得制取沼氣的原料，所以沼氣是一種取之不盡、用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，節(jié)省開支。沼氣電站建在農(nóng)村，發(fā)酵原料一般不必外求。興辦一個(gè)小型沼氣動(dòng)力站和發(fā)電站，設(shè)備和技術(shù)都比較簡單，管理和維修也很方便，大多數(shù)農(nóng)村都能辦到。據(jù)調(diào)查對(duì)比，小型沼氣電站每千瓦投資只要400元左右，僅為小型水力電站的1/2－1/3，比風(fēng)力、潮汐和太陽能發(fā)電低得多。小型沼氣電站的建設(shè)周期短，只要幾個(gè)月時(shí)問就能投產(chǎn)使用，基本上不受自然條件變化的影響。采用沼氣與柴油混合燃燒，還可以節(jié)省17％的柴油。中國地廣人多，生物能資源豐富。研究表明，在21世紀(jì)無論在農(nóng)村還是城鎮(zhèn)，都可以根據(jù)本地的實(shí)際情況，就地利用糞便、秸稈、雜草、廢渣、廢料等生產(chǎn)的沼氣來發(fā)電。