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厌氧消化 – 从废料中创造价值

用于沼气生产的沼气池
Anne Palmio
Published: Jan 29, 2019
Biogas Production

废料是我们面临的最大的全球性挑战之一。同时,人类一直在探索减少和回收废料的新方法 – 几乎所有类型的废料都在通过不同物质和养分的循环经济寻找新的解决之道。同样,越来越多的生物废料通过使用厌氧消化被转化为沼气、沼渣、废水和其他副产品。它们可以用于制造各种各样的其他产品。在本博客文章中,我们将近距离了解沼气工业的基本情况,以及它如何帮助从废料中创造价值。

什么是沼气和厌氧消化?
沼气是厌氧消化过程产生的气体混合物,它是甲烷、二氧化碳和一些微量气体的混合气。沼气的成分可能会变化,但是通常都包含大约 60–65% 的甲烷和 30–35% 二氧化碳(体积比)以及 ppm 级别的其他气体。沼气由厌氧消化 (AD) 过程产生,离开沼气池时原始气体的含水量取决于细菌加工过程的温度和沼气池内的相对湿度(通常为 100%)。

AD 过程
AD 过程是一种需要厌氧条件和几种微生物的酶催化过程,每种微生物在整个过程中都是必不可少的。消化从水解开始,将蛋白质、碳水化合物和脂类分解为较小的分子片段。在酸化过程中,这些片段转化为挥发性脂肪酸,产生氨气 (NH3)、二氧化碳 (CO2) 和硫化氢 (H2S)。乙酰生产时,一些挥发性脂肪酸转化为醋酸 (CH3COOH)、氢气 (H2) 和 CO2。这些物质在甲烷化阶段处理很方便,生产甲烷的细菌采用不同的生化过程将它们转化为甲烷 (CH4)。

不同的沼气类型
国际命名法和国际能源机构根据用作原料的废料来源和它的后续处理方式将沼气分为以下几类:

  • 污水污泥气体 = 污泥的甲烷化来自废水处理
  • 填埋气体 = 沼气产生自无害废料的存储
  • 其他沼气 = 无害废料或植物原料的甲烷化

现在还出现了第四个有趣的子类别,即“来自热加工过程的沼气”,它是指固体生物量(主要为森林残渣或可发酵的生活垃圾)高温分解或气化产生的沼气。此过程产生 H2 和一氧化碳 (CO),它们可转化为合成沼气来替代天然气。欧洲可再生能源推广协会 (EurObserv’Er) 已将此类沼气归入“其他沼气”类别。

为什么生产沼气?
沼气生产有两方面的原因:一方面,各个国家/地区想通过废料消化、堆肥以环境友好方式处理生物废料并将有机废料中的养分返还给农业;另一方面,沼气是一种可再生能源,用途很广。最常见的解决方案是在 AD 池使用热电联产发动机 (CHP) 进行热电联产。现在越来越多的沼气被提纯并转化为生物甲烷,后者可分布在天然气管网或作为液化天然气存储。生物甲烷可作为绿色能源替代选项之一,支持走生物碳循环之路。


一些研究人员将沼气生产视为农村地区致富的一种手段,在这些地区,有机废料是一种天然的可再生资源。尽管从长远来看,沼气生产只是我们迈向以光合作用为基础的能源之旅中的一步,但在未来几十年间,它仍有很大的潜力和迫切的需求,尤其是在太阳能和风能贫乏的地区。


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来源:
- EurObserv’Er. https://www.eurobserv-er.org.
- Caruana, D. 和 Olsen, A. 2011,《厌氧消化》,Nova 科学出版社,ProQuest Ebook Central 综合学术类国际版。

 

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