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木屑烘干机能源展望能源草发酵产沼气最新研究进展

【木屑烘干机】动力展望|<动力草发酵产沼气最新研讨进展>

跟着惯例动力的日益干涸,开发运用新动力无疑是必经出路。动力植物是一种可再生的生物质资源,其间,动力草生物量大而且含有丰厚的木质纤维素,经过厌氧发酵将木质纤维素资料转化为热值高的沼气是当时开发生物动力最有远景的办法之一。

寻觅一种合适厌氧发酵出产沼气的草本动力植物,需求做许多的搜集研讨作业,还需运用育种和生物技能对方针植物进行改进,以进步生物质能的转化率和改进转化产品的质量。

20世纪80年代,美国和欧洲就现已将多年生草本植物作为动力植物进行系统挑选与研讨,培养出了专用型动力草种类,完成了规模化栽培和开发运用。1984年,美国发动“动力草研讨计划”,会集对35种草本植物进行挑选,取得了18种具有开发运用潜力的动力草。欧洲对大约20种多年生草本植物进行研讨,终究挑选了芒草(Miscanthus sinensis)、虉草(Phalaris arundinacea)、柳枝稷(Panicum virgatum)和芦竹(Arundo donax)4种动力草做更深层次的研讨。

我国地域广阔,植物丰厚多样、散布广泛,草本动力植物种类繁多,在动力草种质资源搜集挑选方面现已展开了许多的研讨作业,并取得了重要的研讨成果。

中国农业科学院兰州畜牧与兽药研讨所自“八五”期间开端对国产狼尾草(Pennisetum alopecuroicles)种质资源进行搜集、判定和驯化培养研讨,一共搜集到7种47份资料。近10年来,北京草业与环境研讨开展中心搜集包含柳枝稷、芒草、芦竹、芨芨草(Achnatherum splendens)和杂交狼尾草(Pennisetum hybrid)等各类动力草资源208份。鄢家俊等经过对四川境内岷江流域、青衣江流域和沱江流域野生斑茅(Saccharum arundinaceum)的搜集以及其生物学性状的调查,主张将斑茅作为动力植物进行开发运用。

如果动力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功率。常瑞娜等克隆得到了五节芒(Miscanthus floridulus)木质素组成的关键酶基因CCoAOMT和4CL,这将有助于进一步改进动力植物。芒属动力草转化为生物质能是相对新式的工业,需求育种和生物技能的支撑。关于柳枝稷来说,未来要做的作业就是添加高产杂交种的种类数和运用转基因技能进步产值和纤维素含量。

动力草质料是影响工业开展的一大要素,现在许多国家都现已开端许多栽培动力草。在爱尔兰超越90%的供农业出产的土地都种上了动力草。美国计划到2030年,多年生动力植物所发生的生物质能将占一切生物可再生动力的35.2%。

动力植物在不同时期收成后,经厌氧发酵产沼气的量不同,首要原因是植物的化学组成随成长时刻而改变。Lehtomki等研讨了收成时期对洋姜(Helianthus tuberosus)、梯牧草(Phleum pratense)-红三叶(Trifolium pratense)混合以及草芦等多种动力植物沼气产值的影响,得出跟着动力植物的老练,大多数植物每吨湿重的沼气产值添加。而Massé等研讨了柳枝稷和草芦在中夏、晚夏和早秋三个时期收成,厌氧发酵后青贮草料所发生的沼气量改变,得出中夏时收成动力草发酵所产沼气量最高,推迟收成会下降沼气产值。在动力草的整个成长周期中哪些要素影响其沼气产值还需求更深化的研讨。

由于木质纤维素质料具有较高的结晶度和聚合度,质料转化之前要进行预处理以进步产品的产出率。预处理的效果首要是改变天然纤维的结构,下降纤维素的聚合度和结晶度,破坏木质素、半纤维素的结合层,脱去木质素。预处理的办法首要有物理法、化学法及生物法等。

近年来,有关动力草发酵预处理的研讨较多。邹星星等对互花米草(Spartina alterniflora)在厌氧发酵前进行蒸汽爆炸处理,发酵实验结果表明,跟着汽爆压力的添加,累积产气率呈下降趋势。Jackowiak等研讨了微波预处理的温度与处理时刻对柳枝稷厌氧发酵率的影响,发现只要温度对其有显着的影响。Frigon等研讨了冬夏两季收成的柳枝稷经过温度、声波降解、碱化、高压等预处理后发酵产沼气的状况,终究定论为温度、声波降解、高压对冬天收成的柳枝稷发酵产沼气无显着影响,但能进步夏日收成的柳枝稷发酵产沼气量。李连华等研讨了蒸汽加热、超声涉及冻融对华南地区多年生王草(Pennisetum purpureum×P.americanum)厌氧发酵功能的影响,比较而言,蒸汽加热能够显着下降王草的结晶度,进步沼气产气率。Li等选用热处理和微波对杂交狼尾草进行厌氧发酵预处理,结果表明热处理进步了其厌氧发酵的沼气产值,而微波处理却起到了相反的效果。肖正等运用沼液对巨菌草(Pennisetum sinese Roxb)进行堆沤处理,15天累积产气量为406ml/TS。

由于在厌氧发酵进程中微生物起到了至关重要的效果,而动力草自身所附着的微生物菌群数量较少,所以在进行动力草厌氧发酵产沼气时需求预备许多的接种物。

产甲烷菌在大自然中散布较广,如新鲜的动物粪便、污水处理厂的污泥以及糜烂的河泥都能满意动力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,出鸭粪最好,羊粪次之,兔粪最差。刘德江等设定了3个牛粪发酵浓度梯度(总固体物质含量为6%、8%和10%)来研讨其对厌氧发酵产沼气中甲烷和硫化氢含量的影响,结果表明8%为发酵最佳浓度。Xie等设定了1∶0、3∶1、1∶1、1∶3和0∶1五个猪粪与青贮草混合比,来研讨粪草比对厌氧发酵产沼气的影响,结果表明1∶1时沼气中甲烷含量最高。

厌氧发酵系统的温度、初始pH值以及系统中质料的浓度等要素一直是厌氧发酵产沼气所研讨的范畴。一般状况下,厌氧发酵反响在较高温度下能够较快地进行,由于此刻微生物推陈出新较快,但高温时反响系统稳定性较差。

刘荣厚等以猪粪为发酵质料,研讨了室温、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,室温文高温实验组微生物的活性受到影响进而按捺了甲烷化反响,发酵后期高温实验组的日产气量显着高于另两组。朱洪光等设置中温组(35±2)℃和室温组为15~33℃研讨互花米草产沼气状况,发现互花米草合适作为出产沼气的质料,中温组日均匀产气率为4.58ml/(g?d),常温组日均匀产气率为2.54ml/(g?d),不同非常显着。赵洪等设定了7个pH值梯度(5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5),剖析了pH值对新鲜猪粪厌氧发酵产气量和产气特性的影响,研讨发现pH值6.5组发动最快,pH值7.0组和pH值6.5组的总产气量最高,pH值7.0组的甲烷含量最高,得出发酵系统的pH值为6.5~7.0时可促进厌氧发酵的发动,进步沼气的质量。王晓曼以早熟禾(Poa annua L.)、佛手瓜(Sechium edule)茎叶和西红柿(Solanum lycopersicum)茎叶为发酵质料,研讨了3种质料的产气潜力,得出早熟禾累积产气量最高,影响产气量的首要素排序为接种量>发酵浓度>碳氮比,影响甲烷含量的首要素排序为接种量>碳氮比>发酵浓度。

沼气中甲烷及二氧化碳的含量是反映厌氧发酵进程运转状况的重要参数。为使厌氧发酵进程取得最大的出产功率,整个出产进程有必要处于最优化的运转参数和环境条件下。现在,沼气成分检测的首要办法有奥氏气体剖析办法、气相色谱GC剖析办法、热催化元件检测办法和红外检测办法等。

在丈量甲烷量程上,热催化元件检测法为0~5%,其他3种的丈量量程为0~100%;气体成分剖析时,奥氏气体剖析办法和气相色谱GC剖析办法还可测定二氧化碳和氧气的含量,红外检测办法除了能够测定二氧化碳和氧气的含量外,还可测定硫化氢的含量,而热催化元件检测规律只能测定甲烷的含量;4种剖析办法的气体剖析时刻分别为1h、30min、30s、5s;整体来看,红外检测办法在各方面优势显着。大略预算时能够经过调查沼气燃烧的火焰色彩来断定气体中甲烷的含量。

国际动力问题日益突出,迫使各国开发和运用新动力以缓解国内动力的缺少。我国的动力草转化研讨作业也在进行,但尚处于起步阶段,仍需研讨作业者的持续努力,以及依靠国家方针推行栽培动力草,完成动力草转化工业化,为国家动力问题做出贡献。

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