我們都知道厭氧發酵技術，最大的價值在于能產生沼氣，而沼氣的主要成分是甲烷（甲烷含量約50~75%），提純后就是所謂的生物天然氣（甲烷含量一般在95%以上）。

但做厭氧多年的人都知道，沼氣行業之所以一直發展的不好，“沼氣”這個大寶貝，真是又愛又恨。愛，是因為它是能源，是厭氧最大的價值所在，也是所有厭氧從業者想要追求的東西。恨，是因為這么多年，能發揮其最大價值的項目少之又少。有時候去項目現場，看著一把火將沼氣燒成灰燼，真是心疼。

不過，隨著我國碳達峰和碳中和目標的推進，以及國內外越來越短缺的能源形勢，近期天然氣市場價格不斷攀升，沼氣行業也跟著熱了起來。用沼氣制生物天然氣不但技術成熟可靠，原料來源也十分廣泛，而且可以利用廢物，起到保護環境和資源循環的效果，這條路感覺上是非常好的。

于是，當前越來越多的人開始關心如何低成本獲得沼氣，以及如何高效利用沼氣。而且也有越來越多的人注意到這條路的不順暢，并開始思考如何解決，這讓一直不看好這個行業的人（比如我）又一次看到了希望。所以，我也打算圍繞沼氣寫一些文章，希能和更多的同行互通有無，攜手共進。

本文，我先來梳理一下什么是沼氣、沼氣的主要成分、不同物料產沼氣性能，以及沼氣的主要利用方式等一些基礎信息。

1

沼氣的主要成分

沼氣是有機物質在厭氧條件下，經過微生物的發酵作用而生成的一種混合氣體。

沼氣由50%-75%甲烷（CH4）、25%-45%二氧化碳（CO2）、0%-2%氮氣（N2）、小于1%的氫氣（H2）、小于2%的氧氣（O2）與少量硫化氫（H2S）等氣體組成 。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6-20.8%（按體積計）的沼氣時，就會形成爆炸性的混合氣體。

可以看出沼氣的主要成分是甲烷，而甲烷是一種理想的氣體燃料。每立方米純甲烷的發熱量約為35807KJ，因此每立方米沼氣的發熱量約為17900－26900KJ。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。

沼氣成分及雜質影響可參考下表。

注：本表引自董仁杰，伯恩哈特·藍寧閣《沼氣工程與技術》

注：本表引自鄧良偉等《沼氣工程》；

注：本表部分信息引自鄧良偉等《沼氣工程》；

2

沼氣中甲烷含量決定因素

甲烷是沼氣利用的重點。那么我們肯定希望沼氣中甲烷含量越高越好。那甲烷含量取決于什么呢？

沼氣中甲烷含量基本上取決于底物組成，也就是與物料中的蛋白質、脂肪、碳水化合物的比例有關。這幾種物質中，蛋白質產甲烷量最高，其次是脂肪，最低的是碳水化合物。每種組分的沼氣產量和甲烷含量可參見表2。

注：本表引自董仁杰，伯恩哈特·藍寧閣《沼氣工程與技術》，VS表示有機干物質含量。

說到沼氣中甲烷含量基本由底物決定，我再給大家拓展兩點。

一是，根據這個規律，我們可以對不同物料的沼氣成分進行預判，比如秸稈產生的沼氣甲烷含量絕對不可能超過糞便，牛糞的甲烷含量不會高于豬糞、雞糞和餐廚垃圾。這個預判在缺少工程實際數據的情況下，還是有一定作用的。

記得我曾做過一個尾菜厭氧的方案，由于當時國內還沒有尾菜厭氧項目，沒有工程數據可參考。我按照尾菜特性預測甲烷含量應在50%左右。但其他廠家給出數據卻在60%以上。銷售回來說業主質疑我們技術，發電量比起別家少了很多。我為此還專門寫了一篇報告給業主。后來，又在實驗室做了很久的測試，測試結果與我預測的也基本一致。

當然業主對工藝技術產生質疑，也不是全無道理，因為甲烷含量除了與底物相關外，與發酵工藝也確實有些許相關。

有機質的厭氧消化，分為水解、酸化、產甲烷幾個階段（詳見圖1）。在酸化過程中，會產生氫氣和二氧化碳。如果項目采用兩相厭氧，水解酸化罐產生的氣體，若采取放空或去除臭系統的方式，而不是進入后端產甲烷罐（即厭氧罐），那么厭氧罐產生的沼氣里面二氧化碳相對會少一些，也就是說甲烷含量相對就會高一些。不過這種操作有很大安全隱患，而且氫氣和二氧化碳本身也是產甲烷的來源，雖然甲烷含量相對高了，但絕對量卻減少了。所以沒必要用這種方式去提高甲烷含量。

圖1 厭氧發酵示意圖

第二個拓展點，沼氣甲烷含量基本由底物決定這個特性是可以用來監測厭氧罐運行的穩定性的。根據這個特性，如果項目來料變化不大，正常狀態下甲烷含量也基本穩定。如果運行中甲烷含量出現了較大波動，而發現來料并沒有變化，而那大概率是厭氧罐甲烷化過程受到抑制，有酸化的跡象，最好趕緊減少/停止進料，同時還應趕緊觀察揮發性有機酸、堿度、PH等指標的變化。如發現有酸化跡象，應立即采取措施。用甲烷含量的變化是判斷厭氧罐的穩定性的一個重要先行指標，會比其他指標更快捷。

3

不同物料產沼氣/產甲烷性能

我們說到各種原料的產甲烷性能，既然是由底物決定的，那么只要知道物料的總量和產沼氣/產甲烷性能，就能推算出沼氣產量/甲烷產量。關于沼氣產量的計算方法，我之前寫過一篇文章

《一次性教會你6種沼氣產量估算方法》

，感興趣的可以參考。

其實絕大多數有機物都能作為產沼氣的原料，當然我們現在用最多的是一些農業有機廢物，如畜禽糞便和秸稈，以及市政類有機廢物，如餐廚垃圾/廚余垃圾等。每種物料特性不一樣，所選用的發酵技術也應符合其特性（當然這又是一個比較大的課題，以后慢慢再說），但每種物料的理論產沼氣/產甲烷性能一般是比較穩定的。如果遇到沒有參考數據的新物料，可以委托檢測機構做產甲烷潛力測試。

本文放一些總結較為全面的產氣特性數據，供大家參考。

注：本表引自《大中型沼氣工程技術規范》GB/T 51063-2014，TS表示總固體含量。本表物料特性數據不太準確，產氣率數據可以參考。

注：本表引自農業部《2015年農村沼氣工程轉型升級工作方案》，TS表示總固體含量。

注：本表引自鄧良偉等《沼氣工程》；FM表示鮮重，TS表示總固體含量，VS表示有機干物質含量。

注：本表引自董仁杰，伯恩哈特·藍寧閣《沼氣工程與技術》；FM表示鮮重，TS表示總固體含量，VS表示有機干物質含量。

4

沼氣主要利用方式

前面說了沼氣的主要成分是甲烷，而甲烷是一種高熱值的清潔能源，因而沼氣的利用，也主要是對甲烷進行利用。

目前我國沼氣主要的利用方式有：鍋爐供熱、沼氣發電/熱電聯產、沼氣提純制生物天然氣。另外，近幾年氫能也受到了越來越多的關注，用沼氣制氫氣也被越來越多被提及。這些利用方式，國內外都有相應的技術和成功的運行案例，技術方面不存在壁壘。關于沼氣利用，過去還有直接供氣的說法，但是直接供沼氣需要修建專用管網，較難實現，也不經濟，我這里就不提了。各種利用方式具體情況及其優缺點可參考下圖。