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。
沼氣發酵原料十分廣泛而豐富，目前，“未利用資源”中，可用於沼氣發酵的種類甚多，僅西歐各國就有農業廢棄物37種，包括圈養和放養的牲畜糞便以及農作物廢物；工業廢水有21種，多為農作物加工和食品工業廢水；還有糖廠的廢渣、屠宰場的廢水等。充分利用這些“未利用資源”，開發沼氣能源，這對解決農村能源和處理城市垃圾，都是一條變廢為寶的現實途徑，而且潛力甚大，據歐共體國家宣布，可供生產沼氣的人畜糞便每年約有1410萬噸，農作物秸稈等約850萬噸，市政汙物890萬噸，這些總數達3150萬噸的廢棄物可產出相當歐共體1985年總能耗的3％左右的沼氣。如將海藻水生植物等也用來生產沼氣，總潛力還可增加三倍。
我國沼氣生產潛力也很大，據測算，我國全部農作物廢棄物和人畜糞便等，如全部入池發酵，每年就可製取沼氣1000多億立方米。除可全部滿足農村生活燃料需用外，還可供數百萬個5～8千瓦的沼氣動力站每天工作6小時。從80年代初以來，全國平均每年新建沼氣池近60萬個，產氣水平也逐步上升，沼氣的利用已從生活領域走向生產領域，並開始從農村走向城鎮。
沼氣是怎樣產生的呢？從根本上說，是一種“發酵”的結果，也就是說，在極嚴格的厭氧條件下，即在沒有氧氣的情況下，複雜的有機物經多種微生物的分解與轉化作用，特別是“產甲烷菌”的參與，使複雜有機物中的碳素化合物徹底氧化分解成二氧化碳，一部分碳素化合物徹底還原成甲烷的過程。在這種複雜的發酵過程中，二氧化碳是碳素氧化的最終產物，甲烷則是碳素還原的最終產物。被分解的有機碳化物中的能量大部分轉化儲存在甲烷中；一小部分有機碳化物被氧化成二氧化碳，所釋放出的能量則用以滿足微生物生命活動的需要。
沼氣池中生存著許多微生物，這些微生物由於在發酵過程中的作用不同，產生的產品不同，各自發揮功能，根據它們的作用不同，分為纖維素分解菌、脂肪分解菌、果膠分解菌。按它們的代謝產物不同，分為產酸細菌、產氫細菌、產甲烷細菌。實際上，在發酵過程中，它們的確是在相互協調、分工合作中完成沼氣發酵的。因此，“沼氣發酵”是集纖維素發酵、果膠發酵、氫發酵、甲烷發酵等多種單一發酵於一“罐”的混合發酵過程。