SMC新型高密度复合材料沼气池的研发

武志峰，杨 春，张艳丽，郑 超，卢秋红

(1. 河北工程大学 河北邯郸 056038；2. 河北盛伟基业玻璃钢制品有限公司 河北衡水 053100)

能源是人类社会存续和发展的物质基础，是支撑社会经济发展的必要条件。随着我国经济水平的快速发展，能源消费所导致的环境污染也带来了高昂的经济成本和人类健康成本。因此，加快清洁能源技术的发展，特别是再生能源的开发与利用，是我国经济可持续发展的首选。

沼气作为一种可再生的清洁能源，是一种利用废弃物资源进行厌氧发酵而产生的可燃性气体，以“种植-养殖-沼气”为农业生态循环经济发展模式，不仅可利用清洁能源，且对改善农民的生活条件和农村环境卫生起着重要的作用。

1 国内外沼气利用技术的发展状况

众所周知，美国传统能源利用在世界上占据主导地位，但其对沼气的利用曾经一度发展比较缓慢。截止 20世纪 90年代，美国约建有 150个沼气工程，而这些沼气工程建设的设备比较简陋，设计不甚合理，安装也不够规范，在管理上也异常混乱，致使大多数沼气池的发酵设备无法正常使用而不得已做报废处理。随着美国与诸多石油大国之间关系的不断恶化，美国不得不再次重新认识生物能源技术，从而使国内相关的沼气研究和沼气工程建设相继展开并得到重新建设。 德国是世界上沼气工程建设和沼气技术水平较高的国家之一。截止到2010年，德国已经成功建成沼气工程6,000余座，其中约有98%的沼气用于发电，总装机容量达到2,700,MW，其中装机容量 2,MW 以上的沼气发电厂有 40余家，沼气年发电量可达200亿度以上。[1]同样日本、印度等国家的沼气建设发展也非常迅猛，在亚洲，除我国外，印度是沼气利用较广的国家之一，[2]截止2005年底，印度已建成380万户用沼气池。[3]

中国是最早发现和利用沼气技术的国家之一。随着经济和科学技术的不断发展，沼气已越来越多地融入我国农村的日常生产生活，也使得我国成为沼气使用规模最大的国家之一。近年来，我国对沼气建设的投资力度逐步加大，到2006年底，我国沼气用户已经达到 2,200余万户，约有 5,300万处养殖场大中型沼气工程和 13万处生活污水净化沼气池，沼气年产量约为90亿m3。

但随着我国农村产业结构的调整、农村劳动力的转移、农民生活方式的改变，我国沼气产业的发展也面临着不少问题。①随着农村养殖业规模化的形成和集约化发展，使得沼气池发酵原料愈发紧缺；②农村主要劳动力的城市化转移，导致农村劳动力不足，部分沼气池日常维护管理困难；③目前我国农村的沼气池技术相对滞后，使沼气池的利用率大大降低，严重影响了农民使用沼气的积极性。随着我国化工技术的发展，新型复合材料在沼气池研制中的应用，使沼气池的日常维护越发简易，沼气利用率也将得到进一步提高。

2 新型复合材料在沼气池研制中的应用

复合材料是一种能够适应现代科学技术发展并具有强大生命力的新型材料，这种材料在提高产品性能和结构减重等方面起着重要作用。目前，在新能源、航空航天、交通运输等领域已经得到广泛应用，对节能减排和快速发展清洁能源等低碳经济具有积极意义。

由于农村条件所限，沼气池主要以手工砌建的混凝土沼气池为主，这种建设方式不仅费工、耗时，严重浪费材料，且存在着密闭性差等安全隐患，建设质量难以保证，更不容易实现工业化生产和商品化生产。混凝土导热系数为5.44,kJ/(m·h·℃)，玻璃钢/复合材料的导热系数为 1.42,kJ/(m·h·℃)。[4]玻璃钢/复合材料保温沼气池的导热系数为 0.59,kJ/(m·h·℃)，通过比较可知，玻璃钢/复合材料保温沼气池的导热系数为混凝土导热系数的1/9，主要原因是玻璃钢/复合材料保温沼气池池壁采用蜂窝保温层结构，大大降低了导热性。通过实验得知，在环境温度降至-30,℃时，玻璃钢保温沼气池依然能够正常产气和使用。如1个8,m3的玻璃钢保温沼气池，沼气年生产量为800～900,m3，平均节煤在 2,000,t左右。沼气池设计寿命在 30年以上。预计 2015年全国的沼气池总量将达到 5,000万户以上，沼气池新增用户约 3,000万户，约有 1/5的农户用上沼气，适宜地区普及率将达到 35%以上。沼气池广泛的普及和应用将会大大提高农村能源的利用水平，从而使清洁能源燃料比重达到 80%以上。商品化沼气池的市场需求也会相当可观。由此可见，普及发展玻璃钢/复合材料沼气池，在改善农村环境，促进农业增产、农民增收和农村经济的可持续发展的同时还能优化能源结构，对农村走向生态之路、发展低碳经济有重要的现实意义。[8]

3 SMC复合材料沼气池研究

SMC是一种新型高密度复合材料，具有强度高、质量轻、气密性好、耐腐蚀、使用寿命长等优点。

2005年6月，河北省枣强玻璃钢集团有限公司(以下简称“枣强玻璃钢”)利用模压工艺，开始研发和建设 10片拼装成型玻璃钢沼气池，也称之为第一代模压工艺 10片拼装成型玻璃钢沼气池，由于存在设计缺陷，致使其在进料和出料时均有困难，从而使用成本大大提高，因此未能得到有效推广和广泛应用。2007年，枣强玻璃钢在第一代玻璃钢沼气池的基础上开始研发第二代产品，第二代玻璃钢沼气池改进了第一代产品的进料和出料设计系统。试用发现，第二代沼气池的密闭性差，容易漏气，后期维护成本较高，未能得到有效推广，主要原因是该产品采用10片拼装结构，接缝太多所致。

经过不断的技术革新，枣强玻璃钢开始研发第三代玻璃钢沼气池，第三代产品利用 SMC高密度复合材料进行生产，该产品采用上、下双半球结构(见图1)，该设计不仅解决了一、二代产品进、出料困难和焊缝多、后期维护复杂等方面的缺点，同时缩短了生产周期，降低了生产成本。

图1 第三代SMC高密度复合材料沼气池Fig.1 A 3rd generation SMC high density composite methane pool

枣强玻璃钢的第三代 SMC高密度复合材料沼气池充分利用了SMC新型高密度复合材料的物理、化学特性，采用上、下双半球拼装连接和凹凸槽密封式、背负式进、出料口，水压间一体化和双重出料结构，充分提高了沼气池的承压能力和密封性能，操作方便，维护简单。该产品的研制成功填补了国内在新型复合材料沼气池研发方面的空白，总体技术水平处于国际领先地位。

4 结 语

基于新型复合材料的商品化沼气池的出现，有效解决了我国农村推广应用沼气的问题，在保护环境的同时有效促进了农村低碳经济的发展。由于采用工厂化方式生产，容易实现标准化和规模化的加工生产，保证了产品质量，同时也大大提高了建池速度，降低了建池成本，为农村沼气池的建设和广泛利用提供了必要保证。■

［1］ 张俐敏. 德国沼气产业发展现状及对我国的启示[J].中国农垦，2011(12)：40-42.

［2］ 杨辅仁. 世界沼气概述[J]. 世界科学，1985(09)：47-48.

［3］ 胡启春，夏邦寿. 亚洲农村户用沼气推广技术研究[J]. 中国沼气，2006，24(4)：32-35.

［4］ 李达生. 玻璃钢沼气池生产应用现状浅析[J]. 辽宁农业职业技术学院学报，2008，10(1)：36-38.

［5］ 薛忠民，孙超明，柴红梅. 浅析复合材料在发展低碳经济中的重要作用[J]. 新材料产业，2010(3)：30-34.