在德国，容积高达6?000?m3的沼气生产设备不断增加，仅去年一年就新增了1?000套这种大容积的沼气生产设备。它们大量地消耗可再生的生物质原材料，这种原材料大多数来自邻国的禽畜粪便。但是，从事沼气生产的工作者面临着一个棘手的问题，如何尽可能高效地利用这些生物质生产出更多的沼气。因为这些生物质原材料的成分不固定，波动性很大，从而使得沼气生产设备中发酵的微生物往往不能在最佳的环境中发酵，无法百分之百降解这些生物质。尤其是纤维材料，它们在沼气生产设备中的滞留时间过长。

德国巴登-符腾堡州Tannhausen市的沼气设备总承包商Lipp公司研发设计了一套复合式反应装置，这一反应装置成功地解决了这一难题。安装在前级的水解设备使得发酵分解设备中的酶能够更好地发挥催化作用。

“我们的目标是设计最经济的沼气生产设备，这种设备能够用最少的投入、最低的能源消耗获得最大的收益。”Lipp公司的沼气设备设计师Manfred Thalmann先生说道。我们研发的这一新型沼气设备能够生产的能量相当于370?kW的电力。由其生产的电能和热能总效率高达70%~80%。而目前，核反应堆、风力和太阳能发电设备的总效率只有30%~40%。

原材料的分级反应

每天向这一沼气生产设备中投入800?kg谷物、2?000?kg草、14?000?kg玉米以及10?m3的粪便。整个沼气池的容积大约为1?800 m3。设备的高效率能够保证沼气的高产量。为了使这一沼气生产设备能够分解一些难降解的大分子原材料，在发酵池下方另建了一个水解池。这样，整个气化过程在两个分割开来的空间里完成。

在水解酸化过程中，pH值设为5.2~6.3的弱酸性环境，环境温度大约35℃，发酵微生物在这种环境中完成发酵。因为这样的发酵环境能够使这些微生物在很短的时间内完成分解过程，微生物把大分子的碳水化合物、脂肪、蛋白质分解为低聚糖、脂肪酸和多肽。每间隔40?min两台搅拌机各自运行8?min，从而加快沼气原材料的液化。

据沼气生产厂家介绍，二次发酵后水解池中固体物质的含量就能降低到10%~15%。这样，非均质的沼气原材料就能够更好地混合在一起，同时也大大地减少了漂浮物的数量，明显地缩短了搅拌时间和泵送时间。负责这一沼气生产设备的农机设备工程师Anton Abele先生计划进一步提高干性物质含量，以便减少用电。为了避免池中气体成分的溢出，水解池中设计了水密性结构。

在初级水解之后，偏心螺杆泵把水解物质泵送到发酵池中。把发酵池设置为酵母菌最佳的生存环境，温度40℃，酸碱度呈弱碱性，这也是产生乙酸和甲烷的最佳环境。在水解池中生成的CO2和H2的混合气体也由抽气设备输送到发酵池中。这样，就可以把水解池中产生的所有气体充分利用起来。Thalmann先生介绍说道：“高效的使用和快速的分解，使水解池中通常残留的物质都充分被分解。”

反应器除了采用水解技术以外，还由不锈钢材料制成。这样，不锈钢反应器的使用寿命比水泥反应器更长。“因为水泥粗糙的表面，更容易受到腐蚀，在使用一年之后就会受到强烈的腐蚀。”农业机械工程师Abele先生根据他的经验解释说道。
Lipp公司生产的不锈钢沼气设备至少可以使用20年，因为设备使用的Verinox公司生产的不锈钢材料有着非常光洁的表面，所以搅拌机工作时也非常轻便，被搅拌的物质也不会粘附在容器壁上。缩短了混合搅拌的时间，节约了电能消耗。由于不锈钢传热性能非常好，Abele先生把换热设备安装在容器的外部，从而使得容器内的热分布非常均匀。尽管生成沼气的反应器体积最大，但它所消耗的能源只占整个沼气生产设备的0.8%。反应器中生成的气体由具有特殊无压缓冲空间的集气设备收集起来。集气设备由柔韧性强的聚酯涂层布制成。

反应器旁边的二级发酵池是带有不锈钢材料顶盖的气密性发酵池。Abele先生说：“这样几乎就不会有沼气溢出，这对于沼气设备的安全非常重要。”当发酵池中的被分解物质过多时，输送管道会自动将这些物质输送到二次发酵池中。通过使用沼气存放池使得沼气生产厂能够至少保存沼气180天，满足当地的法律法规要求。在存放池中大约存放了沼气总量的6%左右，这些沼气可以经回气管回送到二级发酵池中。

安装简便

生产出来的沼气都被送到当地局部供暖设备或中央供暖站中，它所产生的电能集中输送到公共电网中。目前，已经允许Abele先生在距Tannhausen市1?km的工业园区建造第二个热电联产发电站，为工业园里的企业提供电能。第二套热电联产发电站的发电能力将提高到560?kW，可以减少使用200?000?L的燃料油。

这一热电联产发电站所使用的发酵池、二级发酵池所需要的设备仍然由Lipp公司提供。钢质设备分别加工制成后运到现场拼装起来即可。在自动化技术帮助下，工作人员可以在几天时间里完成整套沼气生产设备的安装。使用了特殊的、申请了专利保护的扣缝技术，安装时省略了焊接工序，保证了沼气生产容器的表面光滑无接缝。Abele先生使用了特殊的生产制造方式，保证沼气生产用容器与现场的空间位置达到最佳的匹配。            

题图 沼气生产设备的总效率达70%~80%，Tannhausen的沼气生产设备是德国效率最高的沼气设备