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第5章 俯拾皆是的生物能源(2)

沼气池的填料主要是猪粪、秸秆、污泥和水,也有较好的发酵原料,如人粪便、牛粪、鸡粪等。在沼气发酵过程中,两种元素最重要,即氮和碳。氮元素是构成微生物细胞的主要物质成分,碳元素是构成甲烷的主要成分。

20世纪90年代,沼气工程获得了较快的发展,特别是大型沼气工程发展迅速。这主要是为了适应农村经济发展,过去养猪以户养为主,而现今则为大型猪场取代;另一方面,乡镇企业的废水废渣也亟须处理。因此,需要建设大型沼气池。

大型沼气工程技术已有几种成熟类型,如厌氧接触发酵池(国内大型酒厂、屠宰场、制革厂多用此来处理有机废水)、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床等。其中上流式厌氧污泥床是国际上很先进的技术,它的体积很大,可达5000立方米,像糖厂、柠檬酸厂、化工医药厂处理有机废水多用这种技术。

这些新技术对处理工业废水和城市生活废水具有重要意义,大型沼气工程在我国有广阔的应用前景。以现今各种次级生物质量来看,如果我们将其中的一半全部加以规模利用,可以年产沼气650亿立方米,折合标准煤为1亿多吨。同时,这些装置可以净化处理水体,解决了北方大城市的“水荒”问题。

“吃”牛粪的沼气池

印度目前已有80多万个沼气池,这些沼气池以牛粪和植物性垃圾为原料,发酵室上盖有气罩,被称作浮罩式沼气池。

“马粪风波”

1884年春天,法国巴黎发生了一场轰动一时的“马粪风波”。

事情还得从巴黎马路上的街灯说起。那时,还没有明亮的荧光灯,更没有五彩缤纷的霓虹灯,巴黎街头点的是光线暗淡的煤气灯。法国科学院有一位在化学和微生物学上都享有盛名的路易斯·巴斯德教授,他别出心裁地提出了一个设想:用马粪发酵后产生的气体,来替代煤气作街灯的燃料。消息传出,风波顿起。一些顽固守旧的人声嘶力竭地表示反对,就连当时法国最有权威的《费加罗报》也马上发表评论,以刻薄的语言讽刺这位化学界的天才。接着,更有一些名人在巴黎各报纷纷撰文,有的谴责这位教授冒天下之大不韪,竟敢把又臭又脏的动物粪便去和素以豪华富丽而闻名世界的爱丽舍大街的街灯相提并论;有的则认为巴斯德的想法本身就是对法国和巴黎人民的侮辱。甚至还有人寄信给巴斯德,威胁他立即改正这个“错误”,否则将对他采取行动。

在沉重的舆论压力下,巴斯德不得不暂时停止了该项实验。但他的一些学生仍在悄悄地努力,事情并没有结束……粪中有“黄金”

从那以后,人们终于注意到对粪中所含能量的开发,有人对全世界人粪、畜粪和禽粪所含能量作了科学的统计,发现在所有的动物粪便中,黄牛粪所含的能量最高,猪粪次之,马粪则最低。

近年来,利用粪便发酵产生沼气作能源的工作已取得很大的成效。我国有许多农户,已将厕所、猪栏直接和沼气池相连,人、畜粪便自动落入沼气池,进行发酵,产生的沼气可供燃烧,沼气肥渣可喂鸡、养鱼、肥水、肥田,很好地协调了生态平衡。

从上世纪80年代至今,扬州市已建成厕所同沼气池相连的沼气式卫生厕所近10万个,其中包括乡镇企业、学校、卫生院等建造的大中型沼气公共厕所近百座。全市通过改厕所,建沼气池,开发了沼气能源,用沼气煮水烧饭,每年可省柴15.5万吨,折合标准煤10万吨。与此同时还为农民每年提供优质有机肥3000多万担,减少了化肥用量,减轻了农民负担。

“粪便煤”

有资料表明,动物的粪便经过某种处理,可以成为很好的燃料,全世界所有的黄牛每年可排出64.9亿吨粪便,这些粪便中含有的能量竟相当于7.53亿吨标准煤含有的能量,所以从某种角度来说,动物排出的不是粪便,而是煤!粪便的出路眼下在城市里,尤其是在大城市里,粪便找不到出路,例如上海现在日产粪便量高达6000吨,既要花钱拉出城去一倒了之,又污染了环境。

然而,当粪便发酵产电技术传入我国后,这些麻烦就有可能一扫而空。据报载,1995年加拿大某环境技术有限公司和我国上海市有关部门就利用粪便发电问题的洽谈已进入实质性阶段。加拿大公司准备提供技术和资金,和上海一起先建一座日处理2000吨粪便,可产生5000立方米沼气的工厂,再用沼气发出可达数兆瓦的电力,最终把粪便的日处理量提高到6000吨,接近或超过上海市日产粪便水平。这项技术若在上海实施成功,不仅将给上海人民带来方便和实惠,而且为全国大中城市推广利用粪便发电技术展示出美好前景。

粮食变酒精

酒精是一种很好的燃料。平时,人们是用淀粉或糖的原料经过发酵取得酒精的。此外,还有更廉价的获取酒精的方法呢?

粮食变酒精

这种工艺主要是利用发酵工艺对甘蔗、玉米、高粱、木薯、木材、农产品加工后的生物质进行处理,由此得到酒精。这是一种将固体生物质转化为液体燃料的工艺,称为生物质液化。通常它可分为直接液化和间接液化两种技术。

直接液化是采用机械方法,用压榨或提取等工艺获得可燃性油品(如棉籽油之类的植物油),再提炼成可替代柴油的燃油。直接液化方法中的第一步压榨取油是不困难的,但是第二步变成燃油是较为困难的。如果利用自然界“恩赐”的柴油,那工艺就可以简单些了。例如,在越南、巴西和墨西哥有一种“柴油树”,从树上可以流出油质液体。我国西双版纳曾从越南引种柴油树,但产量不高。

间接液化是通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料(如甲醇、乙醇等)。这种方法很重要,特别是作为燃油的替代品,甲醇(也叫“木精”)和乙醇(也叫“酒精”)是理想的燃油替代品,并且还可以防止环境污染。我们知道,为了提高燃料的辛烷值,可以在汽油中加防爆剂四乙铅,这种汽油就是含铅汽油。由于污染问题,许多国家已禁止使用含铅汽油。如果在汽油中加甲醇或乙醇,这样也可以提高汽油的辛烷值。现在,美国汽车就往汽油中加甲醇或乙醇,其用量达每年几百万吨。德国大众汽车公司已研制出一种燃烧甲醇的汽车,性能也非常好。但是,世界上利用乙醇做燃料以替代汽油的是巴西。

在石油危机的年代,巴西决定利用国内丰富的甘蔗资源。在10年间,巴西酒精产量增加了15倍,因而大大降低了对进口石油的依赖性,并且节约外汇达70多亿美元。在巴西运营的以酒精为燃料的汽车约有200多万辆。

我国的酒精制取主要以粮食作物作为原料,一般来说,这样的酒精用作燃料是不合算的。我国科学家正在研究利用甜高粱秆或甜玉米秸生产乙醇,它们含糖较高,榨取的糖汁可发酵制取乙醇,剩渣还可以喂牛或生产纤维板,以取得较高的效益。沈阳农业大学的科学家进行甜高粱综合利用的研究。他们认为,以1亩地为单位种植甜高粱(并套种血豆),它可以得到高粱粒350千克(土豆500千克),叶子1500千克(可作燃料),茎秆3500千克。这些茎秆可用于榨取糖汁,而后发酵制取乙醇(225千克);茎秆残渣还可用于碳化成型制成生物质炭球(供火锅用),或生产纤维板原料,或作造纸原料,或作牛饲料,或用其纤维素来制取乙醇(还待开发的技术)。

“酒精树”

有一种廉价获取酒精的方法,那就是可以从一些植物直接提取酒精。近年在菲律宾北部发现的一种名叫汉加的野生树木就是这类植物。汉加生活在湿热的热带树林里,当地人很早就知道这种树了,它每年开花结果3次,每次结果15千克。其果实内含有16%的纯酒精。科学家的这个发现轰动了菲律宾,也引起了全世界科学家的重视。经调查,在菲律宾许多地方都长有这种“酒精树”。生物化学家们正在努力发掘这种树木的潜力,准备广泛利用这种树木,炼出酒精代替石油。“酒精树”的前途不可限量。

用酒精开汽车

人们在实践中发现木材的主要成分纤维素能代替含淀粉和糖的物质进行发酵,制取酒精,早在第二次世界大战之前,“木材酒精”已经作为液体燃料,供应汽车使用了。1946年,我国人民空军在东北老航校训练的时侯,就是用的酒精作为飞机发动机的燃料进行飞行练习,这些酒精很多就取自于木材。

当然,具体利用哪种纤维素来提取酒精,要根据各国的资源情况而定。北欧的瑞典、挪威、芬兰森林面积大,造纸工业发达,就用纸浆废液发酵产酒精;而南美的巴西、古巴等国盛产甘蔗,则全部用甘蔗作原料生产酒精。

说实在的,巴西在发展燃料酒精方面取得的成绩的确令人目瞪口呆。近些年来,巴西人普遍推广酒精或使用60%酒精、33%甲醇和7%的汽油混合液作为燃料开汽车。到了20世纪80年代初,巴西人每年就能生产54.5亿升酒精,这些酒精的大部分用作汽车燃料。全巴西目前年产酒精111亿升,已有近200万辆汽车使用酒精混合燃料。此外,酒精发酵工业的效率也高得惊人,如1吨甘蔗已能生产65升纯度为96%的酒精。1万平方米土地所种的甘蔗,竟可以提取相当于28吨石油的燃烧值的酒精。

在遥远的瑞典,全国也种下了300万平方米的“能源树”,它们主要用于提炼酒精燃料。这样,瑞典每年可获300万吨树叶,这些树叶转变成酒精以后,替代的石油居然相当于该国石油消耗量的50%。

澳大利亚人利用的“能源树”是木薯,一家澳大利亚的公司利用木薯为原料,在巴布亚新几内亚建造了酒精厂。据说,利用木薯作为原料得到的酒精质量好得出奇。

眼下,不少国家都在尝试利用酒精代替汽油。在美国,人们已将全国70%的汽油改成了仅含1/10汽油的混合型燃油。在印度,科学家找到了一种新型酒精酵母,这种酵母在不到48小时的时间里,可以生产酒精浓度为12%-16%的发酵液。而在德国,人们则利用卖剩的马铃薯和甜菜制取酒精,为了节约能源,人们想出了各种各样的办法,这真是殊途同归。

塑料污染变废为宝

塑料工业的发展,为人类的生产、生活带来了极大的便利,但同时也产生了大量的塑料垃圾。我国每年产生的废旧塑料约有50万吨,数量大得惊人。现在到菜场买菜,已不用带菜篮,买了菜,往塑料袋一塞,拎了就走;到超市买东西,也都有塑料袋包装,空手进,满载归;就是买米,也用不到拿布制的米袋,米店奉送塑料袋,有多方便!火车、轮船、街头,到处都有盒饭供应,吃了,将泡沫塑料饭盒往该扔的地方一扔,用不着再去洗碗。

农民要让蔬菜早上市,只要搭个塑料棚。还有种种器具、桌子、椅子,甚至汽车、房子都可以用塑料建造。从长远看,未来世界,塑料将用得更多,更广泛。

可以说塑料在人们的生活中随处可见,随着塑料的广泛使用,废旧塑料必将日趋增多。仅仅包装用的塑料,全世界每年就要消耗3000万吨。塑料为患,势必污染环境。铁路沿线被杂乱堆积的白色泡沫塑料饭盒掩盖,令人触目惊心;田头地边,随处可见废旧农用塑料;城市垃圾中,废旧塑料所占的比例也越来越高。而且,废旧塑料不像有的有机垃圾那样,会被微生物降解而分解,它不会自己烂掉……那么多的废弃塑料,怎么办?随着科学技术的迅猛发展,人们为这些令人烦心的废旧塑料找到“用武”之地而努力着,利用咱们先进的科技找出出路。

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