在農村基本上都是把秸杆當作燃料燒掉,不僅熱效率很低,能量浪費很大,而且嚴重影響秸杆還田,使耕地有機質大量損失。像我國農村能源消耗量有50%來源於生物質能源,而其中主要是柴草、秸杆的直接燃燒,每年總量竟有兩億多噸。為提高能源利用率,一是推廣先進的節柴灶,熱效率可提高到30%;二是推廣先進的農村沼氣技術,把秸杆作為沼氣發酵原料,既可獲得優質氣體燃料,又可使優質沼渣肥還田,一舉兩得,這是解決農村能源的重要途徑。
要獲得大量的薪柴燃料,就要依靠充足的林木資源。森林覆蓋率的高低,既是決定農業生態優劣循環的關鍵之一,又是提供生物質固體燃料能力的重要標誌。目前,森林覆蓋率美國為332%,前蘇聯為344%,日本已達68%。而我國僅為127%,而且分布極不均勻。我國政府提出到本世紀末力爭將我國的森林覆蓋率提高到20%。
專門用作薪柴的林種,稱為“薪炭林”。目前,國際上普遍提倡營造“能源林”,就是要選擇速生、密植、高產、高發熱量、有固氮能力的具有多種用途的樹種,以獲取高產木質燃料。這樣,就不僅可以解決一般木炭燃料問題,而且還可獲得高品位熱值的發電燃料。
菲律賓的新銀合歡和桉樹的產量每畝年產已達1000公斤以上。現在又在發展“速生優質能源林”,就是為了將來可取代礦物燃料發電。瑞典采用優良樹種和現代化的造林技術,使其“能源林”的薪柴產量每畝年產高達2300公斤。我國現有薪柴林麵積很小,僅有367萬公頃,隻占全國育林麵積的3%。因此,凡在適宜造林的地區都要大力發展植樹造林,以擴大能源燃料來源。
“變廢為寶”——沼氣池中的“綠色革命”
高效利用生物質能的另一最佳途徑就是用生物質產生沼氣。
所謂“沼氣”,就是一種可以燃燒的氣體,在沼澤地、河流、湖泊、汙水渠、下水道等地所冒出的氣泡,就是沼氣。沼氣是一種高效的氣體燃料,可以用於生活能源,也可以用於動力能源。沼氣的主要成分是甲烷,約占55%~70%,其次是二氧化碳,約占30%~35%,還有少量的硫化氫、氫氣、氨氣、磷化三氫和水蒸氣等。沼氣的產生實質上就是微生物作用的結果。
甲烷是沼氣的主要成分,它是一種無色無臭的氣體,它的熱值比較高,每立方米有9350千卡,沼氣中的甲烷含量超過50%時就可以燃燒。甲烷在完全燃燒時,發出藍色火焰,並放出大量熱。為什麼人們聞到沼氣還有臭味呢?就是由於沼氣中所含有的少量硫化氫,氨和磷化三氫的緣故,這些氣體是有毒氣體。沼氣因有這些雜質,使單位熱值降低了,以隻含60%甲烷的沼氣論,其熱值每立方米隻有5300~5800千卡。為了確保使用安全,在使用沼氣之前一定要經過淨化處理,脫掉那些有毒氣體。
說起沼氣的發現,還要追溯到18世紀。1776年,意大利物理學家伏爾泰首先發現,在厭氧狀態下有機物質變腐過程中能產生甲烷氣體(即沼氣)。差不多經過100年後,到1881年,歐洲第一個市政有機廢水處理的厭氧消化工程在法國建成並投入運行。由於歐洲能源緊張,在第二次世界大戰前後,生產沼氣的發酵工藝迅速發展起來,從1941年到1947年間,法國、德國都興建了一批小型沼氣發酵工程。到五六十年代,由於礦石燃料價格便宜,“沼氣熱”
被冷落了,一些沼氣工程相繼停產。那時的沼氣發酵工藝已比較成熟,其中許多技術一直沿用至今。
到1973年發生了世界性石油危機後不久,沼氣又被重新重視起來,許多人對“綠色革命”興趣很濃,積極主張發展沼氣能源。瑞士在蒙塞裏特於1976年率先建成一個75立方米容積處理牛糞的沼氣發酵裝置,隨後一大批沼氣發酵工程發展起來了。截至1987年底,10年時間西歐各國就興建起來743個沼氣工程,其中大型工程有71%是農場沼氣工程,29%是工業沼氣工程。發酵罐總容積最大的有445萬立方米。沼氣發酵罐的平均產氣率,在一般情況下為每天每立方米罐容可造1立方米沼氣,有的運用厭氧過濾器等新工藝,產量可達4立方米。其中30%用於自身能源消耗,70%可作為能源輸出。