沼氣能源 - 定義及優勢

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簡介

沼氣能源是從生物質透過物理和化學過程獲得的。能量守恆定律指出 - 對於一個孤立系統，任何化學或物理過程中的總能量始終守恆。這意味著它不會增加或減少，而只是改變其形式。但我們經常聽到世界很快就會面臨能源危機。這是因為，在某些過程中，能量會轉化為我們無法使用的形式。能量有各種形式，例如 - 光、聲、熱等。我們可以重複利用某些形式，而某些形式則無法重複利用，儘管它們存在於宇宙中。能源可以大致分為兩類。

• 可再生能源

• 不可再生能源。

可再生能源可以反覆使用，太陽能、風能和生物質能是這一類別的常見例子。煤炭、天然氣和核能是不可再生能源的常見例子，因為它們只能使用一次。如今，全世界都希望增加對可再生能源的依賴，因為不可再生能源是有限的。生物能源可以成為傳統能源的良好替代品。

生物質和生物能源

能量可以從植物產生的有機物質中獲取。這被稱為生物能源。這些有機物質稱為生物質。生物質有兩種型別 -

• 原始生物質：它來源於原材料。例如 - 草、作物、森林產品

• 次生生物質：一些最初是原始生物質但現在發生了重大變化的材料稱為次生生物質。例如：紙張、棉花、橡膠等。

生物質中的能量來自光合作用，能量儲存在化學鍵中。這些鍵在燃燒或分解時斷裂並釋放其中儲存的化學能。牛糞餅是農村生物質的常見例子。它可以用作燃料。但它是一種產量很低的生物質。這意味著它的能量輸出非常低。此外，它會產生大量煙霧，這對環境不利。

木炭是高產生物質，可以透過在適當條件下燃燒木材獲得。它的熱量產生能力非常高。還有其他方法可以將生物質轉化為能源。沼氣技術被廣泛用於將植物材料轉化為能源。這些材料在氧氣存在下分解，產生沼氣。沼氣廠在沒有其他能源的地方非常有用。人們也可以以液態形式使用沼氣作為燃料，而且在那裡非常有效。

沼氣的優勢

以下是沼氣的優勢。

可再生

只要工廠中有足夠的廢物，沼氣的生產就會持續不斷。我們唯一需要做的是定期清除用過的汙泥並新增新的廢料。

無汙染

它是一種清潔能源。在工廠中，會發生生物消化過程，該過程不會產生任何汙染性氣體。由於在此過程中不會發生燃燒，因此它還可以控制溫室氣體。它不會像燃燒木材那樣留下任何殘留物。

廉價

它的成本非常低。隨著新興技術的出現，這種成本將大幅降低。它可以用於供暖和發電。用沼氣烹飪也可以作為傳統氣體的替代品。

肥料

從工廠排出的消化物可以用作肥料。因此，它可以替代對土壤產生不利影響的化肥。

減少廢料

沼氣廠主要利用廢料。因此，它也有助於我們應對水汙染和土地汙染。

沼氣的缺點

毫無疑問，沼氣在生產可再生能源方面非常有用。但是，它也存在一些缺點。

• 技術進步不足 - 儘管該領域正在進行大量研究，但不幸的是，新技術未能簡化流程並降低成本。因此，大規模生產以滿足大規模人口的需求並不便宜。

• 不穩定 - 沼氣的主要成分是甲烷。如果暴露於氧氣中，它很容易燃燒。因此，存在爆炸的危險。

• 雜質 - 儘管沼氣經過提煉，但它仍然含有許多雜質。它們在發動機上充當腐蝕劑並對其產生不利影響。

• 在人口稠密地區不可行 - 沼氣生產僅在有大量原材料的地方才可行。因此，它僅適用於農村或半城市地區。

沼氣和沼氣池

沼氣主要成分是甲烷，幾乎 75% 的沼氣是甲烷。它還含有二氧化碳和甲烷。

它是利用厭氧發酵原理生產的。動物糞便、植物廢棄物、工業廢棄物和人類排洩物等形式的生物質都可以在沼氣池中使用。它也被稱為 गोबर गैस (gobar-gas) 工廠。

沼氣池是一種圓頂狀結構。它具有以下部件 -

• 混合室

• 消化池

• 進水管和出水管

• 沼氣管

• 膨脹室

Fmarree，沼氣池草圖 ENG

過程

• 在混合室中製備生物質和水的混合物。它通常位於地面。這種混合物稱為汙泥。

• 汙泥透過稱為進水管的管道移動到進水室。這個氣密的室被稱為消化池。

• 該工廠放置 2-3 個月。在此期間不新增新的汙泥。

• 在此期間，室內部發生厭氧消化。它產生沼氣。

• 沼氣是一種非常輕的氣體，會上升並在氣體收集器附近聚集。由於該室是氣密的，因此額外的氣體隨後開始推動汙泥本身。然後，用過的汙泥通過出水管移動到膨脹室。

• 在氣體收集器附近收集的氣體可以透過沼氣管使用。用過的汙泥含有氮和磷。因此，它可以用於植物的生長。

結論

生物能源是可再生能源的來源。它非常清潔且環保。生物質用於生產此類能源。它在許多方面優於其他發電方法，但也面臨著挑戰。沼氣池的主要成分是甲烷。它可以用於生產燃料、熱能或電能。但是，它仍然需要許多技術創新來提高其產量。

常見問題

Q1. 寫出光合作用反應。

答：這個過程對於植物的營養至關重要。水和二氧化碳在陽光和葉綠素的存在下產生葡萄糖。

$$\mathrm{6CO_2 +6H_2 O \:\rightarrow C_6 H_12 O_6+6CO_2+6H_2 O}$$

Q2. 未來可再生能源的其他能源可能是什麼？

答：海洋、地熱和氫燃料可能成為未來非常重要的能源來源

Q3. 沼氣中氣體的成分是什麼？

答：甲烷是沼氣 (75%) 的主要成分。二氧化碳佔 25-50%，氮佔 2-8% 左右

Q4. 什麼是生物燃料？

答：生物燃料是從生物質中獲得的燃料。生物乙醇和生物柴油是它們的一些常見例子。

Q5. 哪些細菌負責生物質的發酵？

答：甲烷菌負責生物質的厭氧發酵。