科学研究
Scientific Research
科学研究
Scientific Research
新能源产业
www.ehome.gov.cn
18
19
秸秆发酵制沼气研究现状
张爱民 尹 冰
河南安阳贞元集团
摘 要：利用作物秸秆生产可再生能源是解决环境污染和开辟新的能量资源的重要途径之一。秸秆中
含有大量的纤维素、木质素，这是导致用秸秆制备沼气时产气率低的主要因素。本文综述了
国内外用物理法、化学法、生物法预处理秸秆的相关研究进展，建议将其中的两种或三种方
法结合起来处理秸秆，提高产气率。
关键词：秸秆；发酵；沼气；预处理
我国是一个能源短缺的国家，也是生物质资源大国
[1]
。
据统计，中国每年产生农作物秸秆总量约7亿t，除去用
于造纸、饲料或饲料原料以及造肥还田外，还有约3.7亿
t秸秆可作为能源物质加以利用
[2]
。农作物秸秆是一种重
要的富含有机质 (80%～90% )的生物质能源
[3]
。
因此，利用现代技术将作物秸秆转化为高效、洁
净、方便的高品位能源——沼气，对缓解我国常规能源
紧张状况，促进社会经济的可持续发展和生态环境的改
善都具有重要意义
[1]
。
秸秆中含有大量的纤维素、木质素，这是导致发酵
速率低的主要因素。 若将秸秆直接入沼气池进行发酵产
气慢、产气量少、不经济、无法大面积推广应用
[4]
。因
此，目前的研究主要集中在秸秆的预处理方面，使秸秆
的内部结构发生变化，秸秆变柔软、 疏松，以利于厌氧
微生物分解利用。秸秆的预处理方法包括物理、化学和
生物方法。
1 物理方法
物理方法（Physical Methods）有机械加工、高压
和/或高温蒸煮以及辐射处理等。常用的机械方法有切
碎、粉碎、磨碎、高温球磨等
[5]
。其目的是增加厌氧微
生物与基质的接触面积，或通过破坏细胞壁结构使之易
于消化。
研究发现用APS－D（anaerobic-phased solids
digester system）反应器对稻草进行厌氧发酵
[6]
，粉碎
的稻草比未经处理的稻草产气率提高17%，而高温处理
过的稻草与未处理的稻草相比，其固体含量大大降低，
且产气率提高。当温度从60℃上升到110℃时，其产气
率提高了2.5%~7.5%，然而产气量并不是随着温度的上
升而直线上升。
2 化学方法
化学方法（Chemical Methods）主要有氨化、碱
化、酸化、氧化等。
2.1 碱化技术
碱化处理就是用NaOH、Ca(OH)
2
或KOH等溶液浸
泡秸秆或喷洒于秸秆表面，以打开纤维素、半纤维素和
木质素之间的酯键，溶解纤维素、半纤维素和一部分木
质素及硅酸盐，使纤维素膨胀，从而提高消化率
[7]
。
Detroy
[8]
等人的研究结果表明，用百分含量为2%，
浓度为0.5mol/L的NaOH对秸秆预处理4小时，可以转化
76%的纤维素物料。Hamilton
[9]
等人发现用NaOH处理
可以提高纤维素的转化率。Dar
[10]
等人发现，在室温条
件下，用质量百分含量为1%的NaOH溶液对麦秸处理7
天，厌氧消化过程中微生物的消化率和生物转化率均得
到不同程度的提高。Mahendra Singh
[11]
等人研究表明：
用0，3.3，6.7，10%的氢氧化钠（相对干物质添加量）
溶液喷洒到麦秸上，其有机物质消化率为53%，63%，
63%，62%。B.G.Ololade
[12]
的研究结果表明：室温条
件下，玉米秸秆经N a O H处理24小时后，其有机物质
消化率随氢氧化钠添加量的提高而提高，氢氧化钠相
对干物质添加量为8%时，玉米秸秆的干物质消化率为
21.5%。但是当NaOH添加量超过8%时，该变化趋势不
明显。这与D.CraigAnderson
[13]
等人的研究结果相同。
Suresh Chandra
[14]
与Andrew
[15]
等人的研究结果显
示添加10%氢氧化钠为时，纤维素的降解达到最大。
纤维素消化率的提高，有利于微生物的生长，从而
达到提高产气率的目的。康佳丽
[16]
比较了4%~10%(以
麦秸干重计)NaOH 预处理过对产气量的影响，结果显示
经6%NaOH预处理后的麦秸在65g
•L
-1
负荷率下的单位
TS产气量最高，为380.9mL
•g
-1
，与未处理麦秸相比，
提高了49.9%，厌氧消化时间缩短了19d。庞云芝
[17]
的
研究显示氢氧化钠处理玉米秸中文发酵的产气量比未处
理玉米秸提高了77.0%，比常温消化的未处理玉米秸提
高了263.6%。高志坚
[18]
的研究显示与未处理和经生物
处理玉米秸相比，经Na0H化学预处理后的玉米秸的产