[科普中國]-沼氣的超能力：化腐朽為神奇

沼氣是何方“神圣”？

沼氣，就是沼澤里的氣體，是由意大利物理學(xué)家沃爾塔于1776年在沼澤地發(fā)現(xiàn)的。沼澤地、污水溝或糞池里，經(jīng)常冒出一些氣泡，我們在這些氣泡上劃著火柴，就可以把它點燃，這就是自然界的沼氣。由于沼氣能在空氣中燃燒，并且釋放大量的熱量，因此沼氣也是一種能源。

其實，沼氣是一種含有多種氣體的混合物，主要成分是甲烷，還包括二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等，如果沼氣占空氣總體積的8 %～20%，就很容易發(fā)生爆炸。在適宜的溫度和濕度下，農(nóng)作物的葉莖、雜草、樹葉、動物糞便以及生活廢棄物等有機(jī)物密封在一定的空間里，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用，都會產(chǎn)生沼氣，發(fā)酵后排出的料液和沉渣，還可以用作肥料和飼料，這種把廢物轉(zhuǎn)化為能源的措施令人贊嘆，可以說是“化腐朽為神奇”。

沼氣作為一種能源，優(yōu)點多多。廣大的農(nóng)村地區(qū)有很多產(chǎn)生沼氣的原料，農(nóng)村居民家庭修建的沼氣池產(chǎn)生的沼氣用來作為生活能源綽綽有余。例如，修建一個容積為10立方米的沼氣池，每天投入相當(dāng)于四頭豬所產(chǎn)糞便的生物殘渣，發(fā)酵后所產(chǎn)生的沼氣就能解決一家人做飯和照明需要的燃料。另一方面，經(jīng)過發(fā)酵的人畜的糞便，以及各種作物秸稈、雜草等既產(chǎn)生了沼氣，還可以用作肥料，營養(yǎng)豐富。

簡單的沼氣使用圖

產(chǎn)甲烷菌：隱身的“大功臣”

產(chǎn)生沼氣的過程實際上是一個微生物發(fā)酵的過程，簡單地說是，多種細(xì)菌在一定的溫濕度、酸堿度和厭氧的環(huán)境下，分解有機(jī)物，最后產(chǎn)生沼氣的過程。在這個過程中，一群隱身的“大功臣”起著重要的作用，它們是各種細(xì)菌，我們用肉眼是看不到它們的真實面目的，需要借助電子顯微鏡。

科學(xué)家根據(jù)各類細(xì)菌在沼氣發(fā)酵過程中所起的作用，將其分為兩大類：第一類細(xì)菌叫分解菌，第二類細(xì)菌叫產(chǎn)甲烷細(xì)菌，通常叫甲烷菌。分解菌的作用是將復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡單的有機(jī)物和二氧化碳（CO2）等，它們中專門分解纖維素的，叫做纖維分解菌，專門分解蛋白質(zhì)的，叫做蛋白分解菌，專門分解脂肪的，叫做脂肪分解菌；甲烷菌的作用是把簡單的有機(jī)物和二氧化碳氧化或還原成甲烷。沼氣的產(chǎn)生過程，類似工廠里生產(chǎn)一種產(chǎn)品，需要兩道工序：首先是分解細(xì)菌將秸稈、雜草、糞便等復(fù)雜的有機(jī)物加工成半成品（結(jié)構(gòu)簡單的化合物）；接著在甲烷細(xì)菌的作用下，將簡單的化合物加工成產(chǎn)品（甲烷）。

產(chǎn)甲烷菌是一種厭氧細(xì)菌，廣泛存在于水底沉積物和動物消化道等極端厭氧的環(huán)境中，只能分解和代謝幾種含碳底物，適宜生存在pH值為中性的條件下，并且生長速度緩慢。

顯微鏡下的產(chǎn)甲烷菌

沼氣池的建造特色

利用沼氣能源發(fā)電，在一定程度上解決了農(nóng)村生活用電的問題。小型沼氣電站優(yōu)點很多，不僅建設(shè)周期短，投資比小型水電站少，還可以進(jìn)行糧食脫粒和加工、飼料加工和制茶等。沼氣工程近年來在農(nóng)村地區(qū)風(fēng)生水起，那么沼氣池的建造有什么特色呢？或者說沼氣池的結(jié)構(gòu)要符合哪些規(guī)則呢？

1.小。小是指沼氣池的容積要小。沼氣池越大，不一定產(chǎn)氣越多。如果發(fā)酵原料不足，管理措施跟不上，池子修得太大，反而造成不必要的浪費。因此國家有關(guān)部門推薦了四種容積的沼氣池，即4、6、8、10立方米。

2.圓。圓是指沼氣池為圓筒形，這種結(jié)構(gòu)施工簡便、受力性能好、省材料、省人工，料液在發(fā)酵間能充分混合，同時，圓形沼氣池的內(nèi)壁沒有直角，這使池子的密封性更好。

3.淺。淺是指沼氣池的深度要淺。由于沼氣池底部是產(chǎn)氣的主要部位，這里發(fā)酵原料多，菌種也比較集中。首先，淺的圓池底增大了厭氧微生物與發(fā)酵原料的接觸面積，有利于提高產(chǎn)氣率；其次，淺池的池底壓力相對較小，有利于厭氧微生物的活動。因此，修建沼氣池時，適當(dāng)降低其深度，既便于維修管理，提高產(chǎn)氣量，又能減輕出料時的勞動量。

軟體沼氣池

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