秸秆生产沼气利用现状和预处理建议

徐文波 濉溪县农村社会事业服务中心

一、引言

当前，人类可持续发展中环境污染与能源稀缺是主要难题之一，大力减少对化石能源的依赖，寻求可再生能源与资源，保护环境是我们研究的重要课题。地球上有一种继续性资源--生物质能，生物质能的主要存在形式一般是制氢、沼气、生物柴油以及燃料乙醇。其中，在汽油中加入一定比例的乙醇能够作为代替汽油的汽车燃料；内燃机可以使用生物柴油，生物柴油是代替柴油石油的有效能源；沼气的主要成分是甲烷，它是一类混合可燃气，在燃烧后形成二氧化碳和水，沼气热值很高，1立方米沼气燃烧所释放的能量与0.8千克汽油或1.3千克煤炭燃烧所释放的热量相同；氢气燃烧后只会生成水，不会对环境产生然和污染，是一种高效清洁型能源。所以说，当前解决环境污染与能源稀缺问题的有效手段就是大力发展生物质能。

我国是世界农业国家之一，秸秆资源丰富，秸秆产量大约为6.78亿吨。所以说，有效处理秸秆问题，不仅仅能够解决当前能源稀缺问题，还能够有效防止二次环境污染。

二、秸秆的结构特性以及化学组成

农作物秸秆主要由少许无机物、大量有机物以及部分水构成，有机物主要是木质素、碳水化合物，这都是纤维类有机物，除此之外还有少许粗脂肪、组蛋白质以及可溶性糖。木质素、半纤维素和纤维素共同构成了植物细胞壁的基本骨架。在农作物秸秆里，这三种组成成分所占其总质量分数的七成左右，所占比例因秸秆种类而异。

三、当前秸秆现状及存在的主要问题

随着世界经济不断发展，生产力不断进步，人们对能源有着越来越广泛的需求。据有关部门统计，地球上植物每年通过光合作用所固定的碳达到2022t，这些碳的能量为3063焦耳。通过光合作用，植物会在其叶、枝、茎中储存太阳能，其储存量相当于全世界每年耗费能量的11倍。但是这其中能被有效利用的生物质能缺不足百分之一。

在地球上，每年大约可以形成1012t木质纤维素生物质能，是自然界中含量最高，分布最广泛，同时地价格低廉的可再生能源。当前，世界第一大能源消费与生产国是美国，其相关部门在20世纪90年代就已经提出生物质能发电计划。近几年来，我国能源形势面临严峻挑战，我国相关部门在2006年也提出来相应的生物质能源发展策略，同时启动十一五国家科技支撑计划以及农林生物质工程等大型项目。当下转化亩植纤维素类生物质的主要形式是沼气与燃料乙醇。

秸秆中木质纤维素含量非常高，纤维素自身结构非常复杂，在其分子内部有大量氢键、结晶区与非结晶区，非常难以溶入常见溶剂里。所以说，氧化菌消化起来比较困难，最终造成经济效益低下、发酵产气量不高的结果，这也就致使无法利用秸秆大规模生产沼气。

当下解决这个问题的最好方法就是在厌氧发酵之前对秸秆进行预处理工作。预处理的主要目的在于将包裹纤维素的木质素解除、将纤维素中的结晶区破坏掉，这样能够将其结晶度与聚合度降低，进而使得其在溶剂中的溶解性增强，最终能够提升转化速率。由此可以看出，在将木质纤维素转化降解为沼气的工作中，预处理是非常重要且不可缺少的一步。

四、秸秆预处理建议

农作物秸秆属于农业生态系统中宝贵的生物质能资源。据统计，我国每年可生成秸秆逾8亿t。秸秆还田能改善土壤的理化性状，增加土壤有机质。农作物秸秆可用来代替煤发电、气化、炭化的燃料等，同时是造纸的优质原料、良好的饲料和很好的肥料资源，还是生产建筑用压板的理想材料。总而言之，提高农作物秸秆综合利用率，对促进社会主义新农村建设将起到巨大的推动作用，濉溪县是农业大县，春秋两季农作物种植面积可达400万亩以上，除去机械化还田可收集秸秆量200万吨以上，在“五化”利用中秸秆制沼气只占1%，秸秆制沼气气利用较大空间，提高农作物秸秆制沼气一直是濉溪县农业农村部门探讨的重要课题。

氢离子浓度决定了秸秆预处理工作的效果，在水解过程中，虽然无机强酸能够提供充足的氢离子，保证水解效果。但是，在利用秸秆生产沼气时并不适合使用无机强酸进行与处理工作。在某种条件下，也可以是使用有机酸对秸秆进行预处理工作，有机酸不仅能够促进秸秆水解，还能够不对水解液中的糖产生副作用。但是有机酸的酸性不够强，所能提供的氢离子浓度有限，这势必会增加成本。因此应当在其中添加适当的助催化剂，这样不仅能够促进预处理秸秆的工作效率，还能够降低生产沼气的成本，同时又解决了使用无机强酸进行预处理时带来的各种麻烦。

研究发现，在秸秆水解过程中，金属离子也可以起到一定催化作用。金属离子能够促使秸秆生成有机酸，进而增强酸度，或是促进秸秆中的多酚类和有机酸氧化为自由基，这能够大大增强其自身氧化效果，易于秸秆内部链接纤维素、木质素以及半纤维素结构键的打开，促进半纤维素降解的效果。

五、常用的预处理方法

在利用秸秆生产沼气时，沼气池板结硬化是当前亟须解决的问题，预处理工作能够将秸秆中的木质素祛除，将其晶体结构破坏，最终提升其转换效率。在进行预处理工作时，应当注意以下几点：第一，应尽可能促进糖的生成，这样有利于后续发酵；第二，避免糖出现降解现象；第三，尽量避免出现对后续酸化有反作用的产物；第四，节约成本，提高效率。一般来讲可以将预处理方法分成生物法、化学法、物理法或化学物理结合法。当前，化学物理法与化学法是最主要的研究与使用方法。

六、秸秆其他处理方式

秸秆还田。秸秆还田能够充分平衡与补充土壤中各类养分，能够有效改善土壤质量，亩产量增强在12%之上，是当前建设高产良田的主要方式之一。

秸秆基料化，作为食用菌基质；秸秆饲料化，利用秸秆生物发酵、高效生化蛋白、秸秆热喷、氨化青贮或直接粉碎鉰喂；秸秆肥料化，高温堆肥、发酵菌及氨基酸液制肥；秸秆工业化，人造板材、清洁制浆；秸秆能源化，秸秆电厂、固化成型燃料、热解制气。

将秸秆还田或“五化”利用也是一种对秸秆的回收利用方式，虽然无法直接产生沼气，但是也从其他方面保护了环境，促进了可再生资源的利用与发展。

七、结束语

综上所述，当前应当重视秸秆预处理方式，不断促进秸秆生产沼气工作的开展，寻找经济高效的预处理方法，促进农业可持续发展，提高农村能源有效利用。