沼气厂：利用生物质灵活生产可再生能源
沼气技术采用环保的自然工艺

沼气的本质是有机物厌氧发酵所产生的易燃副产品。沼气是可再生能源组合中最灵活的元素之一。它能够以热或电的形式储存，以便在需要的时候使用能量。太阳能或风能的可靠性易出现波动并且难以调节，因此，沼气的这一灵活特性使其成为理想的替代能源。

福格申提供可靠组件，助力经济实用的经济生产。从泵送技术到切割、分解技术和固体物料进料系统，福格申为整个发酵过程提供全面的沼气技术组合。这正是我们以沼气行业可靠合作伙伴自居的原因。我们与客户紧密合作，一起不断携手开发沼气技术，使其适应不断变化的基础条件，提供高效生产沼气的解决方案。其中一大重要方面是每座沼气厂的个性化分析。这是找到并充分实现优化潜力的唯一途径。

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沼气行业的国际形势

目前，仅在德国，就有大约10,000座沼气厂（取决于使用的计数方法）为人们提供电力，而在整个欧洲，沼气厂有超过17,000座。根据所使用生物质的类型，不同国家或地区的沼气厂具有平均规模大小不同。这意味着在一些国家/地区，特别鼓励小型沼气厂。在德国，这类沼气厂最大规模为75kWel，几乎只回收农业废物。另一方面，也有发电量为数兆瓦 (MW) 的大型沼气厂。输入物料是回收的可再生材料，以及家庭有机废物和餐厨废物。

沼气厂的应用

建造沼气厂是为了能给沼气生产提供最佳条件：生物质储存在大型容器（“发酵罐”）中，在没有光和氧气的情况下发酵。这种厌氧发酵分四个阶段进行，在此期间，每种特定细菌逐步转化生物质，从而产生沼气。这些“步骤”（也称为“阶段”）如下：

第一步：水解（发酵原料）
第二步：产酸（酸化）
第三步：产酸（形成乙酸）
第四步：产甲烷（形成甲烷）

沼气本身主要由甲烷和二氧化碳组成，但同时包括许多其他气体，如硫化氢、氮气、氧气和氨气。发酵过程结束时会剩下“发酵”的发酵残渣，可用作农业肥料。自然循环至此结束；没有其他可用的副产品，因此沼气是高度可持续的。

沼气：混凝土牛

上述过程中的步骤与牛的消化系统非常相似，这正是沼气厂被称为混凝土牛的原因。在沼气站和反刍动物的消化系统中，细菌都将生物质转化为能量。现代沼气厂中称为“底物制备”的过程相当于牛的咀嚼。水解在牛的第一个胃（瘤胃）中进行。然后在胃和皱胃中发生酸化和形成乙酸，同时在小肠和大肠以及阑尾中产生能量（即吸收到牛的体内）。另一个惊人的相似之处在于固体输入材料（底物）。就像喂牛一样，许多农场主将可再生材料“喂给”沼气厂，如玉米青贮饲料和草料青贮饲料。

沼气厂的元素

每座沼气厂的重要核心要素如下：

底物/固体物料进料系统
发酵罐
用于在发酵罐中混合的搅拌机
储气装置
剩余发酵物料的发酵残渣储存
沼气通常用于热电联产装置，或在极少数情况下用于气体处理和储存在管网中

热电联产装置是一种燃气发动机，它与一台利用沼气能源发电的发电机联结。搅拌机是必要的设备，因为只有当发酵罐混合良好且均匀时，它们才能为沼气的产生创造最佳条件。而固体物料进料系统的目标正在于将固体生物质引入发酵罐中。理想情况下，无论生物质的类型如何，均可在低能耗和无故障运行的情况下完成此操作。

可用于沼气厂的固体物质取决于几个因素。首先，有机物含量应该非常稠密，因为只有这样才能转化为沼气。滞留时间也必须与使用的固体物质相匹配。滞留时间是指生物质在发酵罐中直至流出所花的平均时间。如果这一时间太短，那么细菌没有足够的时间如需分解大部分固体物质。因此，生物质中含有的能量得不到充分利用。从技术角度来看，这不是一个问题，但它确实影响了沼气厂具有成本效益的运行。高能量输入物料也不会自动提供最经济的产量。还需要考虑输入物料的成本和它能提供的实际能量。最后，必须为所选生物质申请官方许可。

湿发酵和干发酵——两种发酵方法

沼气厂通常根据不同的因素分类。例如，有湿发酵和干发酵之分。在湿发酵过程中，固体物质与液体混合。产生的有机悬浮液通常是可流动的，并使用泵进行移动。在干发酵期间，将可堆叠的生物质装入“箱式发酵罐”或“车库发酵罐”中，然后喷洒液体（“渗滤液”）。收集从底部泄漏的渗滤液并重新施加到生物质的顶部。这有助于发酵过程，从而能够产生沼气。这种类型的沼气厂没有得到广泛的使用，只是主要用于发酵有机废物，如砍伐或修剪后的绿色植物废物或家庭餐厨废物。

沼气厂和生物甲烷工厂——产出物最重要

另一个区别是沼气厂与生物甲烷工厂。两个工厂都生产沼气。在沼气厂中（德国最常见的类型），这种沼气稍微经过加工，然后在附近的热电联产装置中直接转化为电能和热能。生物甲烷工厂对沼气的处理非常彻底，彻底得就像天然气一样，它几乎完全由甲烷组成。因此，这种生物甲烷可以直接进入天然气网络，能在其中输送到需要能量的地方燃烧。

废物处理厂：合理利用有机废物

另一种常见的分类是基于所使用的生物质。它的不同之处介于共发酵厂或垃圾处理厂与可再生材料工厂之间。术语“共发酵厂”系统，他们希望液体厩肥中的能量生成沼气，并加以使用。他们很快意识到，如果在液体厩肥中加入辅料，例如吃剩的食物、谷物或有机废料，则可以产生更多的沼气。这就产生了术语“共发酵厂”，即指发酵工业残渣和废料以及农业垃圾（如液体厩肥和粪便）的沼气厂。随着时间的推移，这些以农业性原料为基础的废物发酵沼气厂比例急剧下降。取而代之的是许多工业性沼气厂，主要处理市政管理、商业和工业废物。在这一发展过程中可以追溯到德国沼气繁荣发展的早期阶段。农场主们建造沼气，术语“废物处理厂”开始指代发酵有机废物的沼气厂。

可再生材料工厂——它们是什么？它们因何与众不同？

术语“可再生材料工厂”来自政府决定促进可再生材料（特别是能源作物）发酵的时期。除农业废物外，这类沼气厂只能发酵可再生的原材料。农业废物通常是粪便和液体厩肥。典型的可再生材料（能源作物）包括：

玉米（苞谷）和草料秸秆
GPS（全作物青贮）
马铃薯和萝卜等作物，只要它们不用于食品生产。

这种类型的工厂在德国很普遍。它们受可再生能源法案（Renewable Energies Act，EEG）的特殊规则和许可所约束。对于许多农业企业来说，它们提供了一个可合理预测且可靠的收入来源。

当考虑所有这些要点时，必须在沼气厂中安装合适的、能经济有效地供给生物质的固体物料进料技术。来自农业的液体废物（例如厩肥和甘油，或者油脂收集器的残留物），通常可以用泵直接泵送到发酵罐中。由于这通常意味着废物中含有异物，例如石头、金属件和杂质（如木头、皮带等），因此我们建议使用切割机和异物分离器将材料的大小降低到可控水平。

卫生

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使用受卫生规定约束的输入物料时，需要进行深度清洁，以确保摧毁材料中包含的可能对环境构成威胁的任何寄生虫，病毒或细菌。这尤其适用于动物来源型底物，例如屠宰场垃圾和餐厨废物。最常见的程序需要将输入物料加热到至少70°C并保持一小时，然后将其切碎成不超过12毫米的大小。用于此过程的成熟系统是接触式切割机与螺杆泵的组合。福格申容积泵经常安全地泵送高粘度和磨蚀性废物，而切割机RotaCut中12毫米的蜂窝状筛网可确保所有元素减小到最大允许尺寸。特殊选件可确保没有输入物料经过切碎机而未处理。

非流动生物质的给料过程

沼气厂主要采用不流动的固体物质（也称为底物）给料。给料过程可大致分类为两类：干固体物质给料和液体进料。对于干固体物质给料，输入物料直接送入发酵罐。螺杆给料是最常用的方法，将固体物质向上输送到有机悬浮液之上。这种技术的主要优点在于投资成本相对较低。但是，固体物质必须通过发酵罐中的搅拌机来搅拌，能耗较高。此外，这种技术不完全适用于长纤维底物（例如，车草、稻草或粪便等农业废物）。

对于液体进料，首先搅拌生物质与液体悬浮液（发酵罐的发酵或所谓的再循环）。此过程也称为捣碎。然后将得到的给料输送到发酵空间（通常意味着泵送）。此程序的优点在于生物质以液体形式到达发酵罐中，并且混合时所需的能量消耗明显较低，发酵罐内容物与有机悬浮液充分混合。如果固体物质也同时处理，则能量需求降低，产气量增加。这也显著减少了形成浮层的代表性普遍问题。

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或者，除了可再生材料以外，液体物料进料系统也可以供给特性大不相同的有机废物。许多沼气厂都依赖于这种系统。这可能是因为除了传统的可再生材料外，他们还想使用土豆或甜菜等作物，或者是因为所使用的生物质具有特别波动的特性（例如餐厨废物或家庭有机废物）。其他沼气厂的应对方式非常灵活，因为它们以优惠的条件购买市场上现有的生物质。诸如PreMix等此类系统专为这类沼气站而设计。它们能够可靠给送许多不同种类的生物质，并轻松将其充分捣碎后送入发酵罐，从而满足这些沼气厂经济运行的基本要求。