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能源草发酵产沼气最新进展

发布日期:2017-12-04 17:28:37

       本文针对当前世界能源的利用情况,从能源草的资源收集及培育、原料草种植及收获、原料预处理、微生物接种物类别、发酵条件控制以及气体成分分析等6个方面综述了国内外的研究进展。


随着常规能源的日益枯竭,开发利用新能源无疑是必经出路。能源植物是一种可再生的生物质资源,其中,能源草生物量大并且含有丰富的木质纤维素,通过厌氧发酵将木质纤维素材料转化为热值高的沼气是当前开发生物能源最有前景的方法之一。


    1、能源草的资源收集及培育
    寻找一种适合厌氧发酵生产沼气的草本能源植物,需要做大量的收集研究工作,还需利用育种和生物技术对目标植物进行改良,以提高生物质能的转化率和改善转化产品的质量。 

    如果能源植物细胞壁含有较高的木质素,将会影响其生物质能的转化效率。常瑞娜等克隆得到了五节芒(miscanthus floridulus)木质素合成的关键酶基因ccoaomt和4cl,这将有助于进一步改良能源植物。对于柳枝稷来说,未来要做的工作就是增加高产杂交种的品种数和使用转基因技术提高产量和纤维素含量。


    2、原料草种植及收获
    能源草原料是影响产业发展的一大因素,目前很多国家都已经开始大量种植能源草。在爱尔兰超过90%的供农业生产的土地都种上了能源草。美国计划到2030年,多年生能源植物所产生的生物质能将占所有生物可再生能源的35.2%。
能源植物在不同时期收获后,经厌氧发酵产沼气的量不同,主要原因是植物的化学组成随生长时间而变化。lehtomki等研究了收获时期对洋姜(helianthus tuberosus)、梯牧草(phleum pratense)-红三叶(trifolium pratense)混合以及草芦等多种能源植物沼气产量的影响,得出随着能源植物的成熟,大多数植物每吨湿重的沼气产量增加。在能源草的整个生长周期中哪些因素影响其沼气产量还需要更深入的研究。
    3、原料预处理

    近年来,有关能源草发酵预处理的研究较多。邹星星等对互花米草(spartina alterniflora)在厌氧发酵前进行蒸汽爆破处理,发酵实验结果表明,随着汽爆压力的增加,累积产气率呈下降趋势。jackowiak等研究了微波预处理的温度与处理时间对柳枝稷厌氧发酵率的影响,发现只有温度对其有明显的影响。


    4、微生物接种物类别
    由于在厌氧发酵过程中微生物起到了至关重要的作用,而能源草本身所附着的微生物菌群数量较少,所以在进行能源草厌氧发酵产沼气时需要准备大量的接种物。

    产甲烷菌在大自然中分布较广,如新鲜的动物粪便、污水处理厂的污泥以及腐败的河泥都能满足能源草发酵产沼气的要求。宋立等比较了羊粪、鸭粪和兔粪的厌氧发酵产沼气潜力,得出鸭粪最好,羊粪次之,兔粪最差。


    5、发酵条件控制
    厌氧发酵系统的温度、初始ph值以及系统中原料的浓度等因素一直是厌氧发酵产沼气所研究的领域。一般情况下,厌氧发酵反应在较高温度下能够较快地进行,因为此时微生物新陈代谢较快,但高温时反应系统稳定性较差。

    刘荣厚等以猪粪为发酵原料,研究了室温、中温(37℃)和高温(52℃)对其厌氧发酵产沼气的影响,结果表明,在发酵初、中期,室温和高温实验组微生物的活性受到影响进而抑制了甲烷化反应,发酵后期高温实验组的日产气量明显高于另两组。


    6、气体成分分析
在测量甲烷量程上,热催化元件检测法为0~5%,其余3种的测量量程为0~100%;气体成分分析时,奥氏气体分析方法和气相色谱gc分析方法还可测定二氧化碳和氧气的含量,红外检测方法除了可以测定二氧化碳和氧气的含量外,还可测定硫化氢的含量,而热催化元件检测法则只能测定甲烷的含量;粗略估算时可以通过观察沼气燃烧的火焰颜色来确定气体中甲烷的含量。

    世界能源问题日益突出,迫使各国开发和利用新能源以缓解国内能源的短缺。我国的能源草转化研究工作也在进行,但尚处于起步阶段,仍需研究工作者的继续努力,以及依靠国家政策推广种植能源草,实现能源草转化产业化,为国家能源问题做出贡献。


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