SMC新型高密度復合材料沼氣池的研發

武志峰，楊 春，張艷麗，鄭 超，盧秋紅

(1. 河北工程大學 河北邯鄲 056038；2. 河北盛偉基業玻璃鋼制品有限公司 河北衡水 053100)

能源是人類社會存續和發展的物質基礎，是支撐社會經濟發展的必要條件。隨著我國經濟水平的快速發展，能源消費所導致的環境污染也帶來了高昂的經濟成本和人類健康成本。因此，加快清潔能源技術的發展，特別是再生能源的開發與利用，是我國經濟可持續發展的首選。

沼氣作為一種可再生的清潔能源，是一種利用廢棄物資源進行厭氧發酵而產生的可燃性氣體，以“種植-養殖-沼氣”為農業生態循環經濟發展模式，不僅可利用清潔能源，且對改善農民的生活條件和農村環境衛生起著重要的作用。

1 國內外沼氣利用技術的發展狀況

眾所周知，美國傳統能源利用在世界上占據主導地位，但其對沼氣的利用曾經一度發展比較緩慢。截止 20世紀 90年代，美國約建有 150個沼氣工程，而這些沼氣工程建設的設備比較簡陋，設計不甚合理，安裝也不夠規范，在管理上也異常混亂，致使大多數沼氣池的發酵設備無法正常使用而不得已做報廢處理。隨著美國與諸多石油大國之間關系的不斷惡化，美國不得不再次重新認識生物能源技術，從而使國內相關的沼氣研究和沼氣工程建設相繼展開并得到重新建設。 德國是世界上沼氣工程建設和沼氣技術水平較高的國家之一。截止到2010年，德國已經成功建成沼氣工程6,000余座，其中約有98%的沼氣用于發電，總裝機容量達到2,700,MW，其中裝機容量 2,MW 以上的沼氣發電廠有 40余家，沼氣年發電量可達200億度以上。[1]同樣日本、印度等國家的沼氣建設發展也非常迅猛，在亞洲，除我國外，印度是沼氣利用較廣的國家之一，[2]截止2005年底，印度已建成380萬戶用沼氣池。[3]

中國是最早發現和利用沼氣技術的國家之一。隨著經濟和科學技術的不斷發展，沼氣已越來越多地融入我國農村的日常生產生活，也使得我國成為沼氣使用規模最大的國家之一。近年來，我國對沼氣建設的投資力度逐步加大，到2006年底，我國沼氣用戶已經達到 2,200余萬戶，約有 5,300萬處養殖場大中型沼氣工程和 13萬處生活污水凈化沼氣池，沼氣年產量約為90億m3。

但隨著我國農村產業結構的調整、農村勞動力的轉移、農民生活方式的改變，我國沼氣產業的發展也面臨著不少問題。①隨著農村養殖業規模化的形成和集約化發展，使得沼氣池發酵原料愈發緊缺；②農村主要勞動力的城市化轉移，導致農村勞動力不足，部分沼氣池日常維護管理困難；③目前我國農村的沼氣池技術相對滯后，使沼氣池的利用率大大降低，嚴重影響了農民使用沼氣的積極性。隨著我國化工技術的發展，新型復合材料在沼氣池研制中的應用，使沼氣池的日常維護越發簡易，沼氣利用率也將得到進一步提高。

2 新型復合材料在沼氣池研制中的應用

復合材料是一種能夠適應現代科學技術發展并具有強大生命力的新型材料，這種材料在提高產品性能和結構減重等方面起著重要作用。目前，在新能源、航空航天、交通運輸等領域已經得到廣泛應用，對節能減排和快速發展清潔能源等低碳經濟具有積極意義。

由于農村條件所限，沼氣池主要以手工砌建的混凝土沼氣池為主，這種建設方式不僅費工、耗時，嚴重浪費材料，且存在著密閉性差等安全隱患，建設質量難以保證，更不容易實現工業化生產和商品化生產。混凝土導熱系數為5.44,kJ/(m·h·℃)，玻璃鋼/復合材料的導熱系數為 1.42,kJ/(m·h·℃)。[4]玻璃鋼/復合材料保溫沼氣池的導熱系數為 0.59,kJ/(m·h·℃)，通過比較可知，玻璃鋼/復合材料保溫沼氣池的導熱系數為混凝土導熱系數的1/9，主要原因是玻璃鋼/復合材料保溫沼氣池池壁采用蜂窩保溫層結構，大大降低了導熱性。通過實驗得知，在環境溫度降至-30,℃時，玻璃鋼保溫沼氣池依然能夠正常產氣和使用。如1個8,m3的玻璃鋼保溫沼氣池，沼氣年生產量為800～900,m3，平均節煤在 2,000,t左右。沼氣池設計壽命在 30年以上。預計 2015年全國的沼氣池總量將達到 5,000萬戶以上，沼氣池新增用戶約 3,000萬戶，約有 1/5的農戶用上沼氣，適宜地區普及率將達到 35%以上。沼氣池廣泛的普及和應用將會大大提高農村能源的利用水平，從而使清潔能源燃料比重達到 80%以上。商品化沼氣池的市場需求也會相當可觀。由此可見，普及發展玻璃鋼/復合材料沼氣池，在改善農村環境，促進農業增產、農民增收和農村經濟的可持續發展的同時還能優化能源結構，對農村走向生態之路、發展低碳經濟有重要的現實意義。[8]

3 SMC復合材料沼氣池研究

SMC是一種新型高密度復合材料，具有強度高、質量輕、氣密性好、耐腐蝕、使用壽命長等優點。

2005年6月，河北省棗強玻璃鋼集團有限公司(以下簡稱“棗強玻璃鋼”)利用模壓工藝，開始研發和建設 10片拼裝成型玻璃鋼沼氣池，也稱之為第一代模壓工藝 10片拼裝成型玻璃鋼沼氣池，由于存在設計缺陷，致使其在進料和出料時均有困難，從而使用成本大大提高，因此未能得到有效推廣和廣泛應用。2007年，棗強玻璃鋼在第一代玻璃鋼沼氣池的基礎上開始研發第二代產品，第二代玻璃鋼沼氣池改進了第一代產品的進料和出料設計系統。試用發現，第二代沼氣池的密閉性差，容易漏氣，后期維護成本較高，未能得到有效推廣，主要原因是該產品采用10片拼裝結構，接縫太多所致。

經過不斷的技術革新，棗強玻璃鋼開始研發第三代玻璃鋼沼氣池，第三代產品利用 SMC高密度復合材料進行生產，該產品采用上、下雙半球結構(見圖1)，該設計不僅解決了一、二代產品進、出料困難和焊縫多、后期維護復雜等方面的缺點，同時縮短了生產周期，降低了生產成本。

圖1 第三代SMC高密度復合材料沼氣池Fig.1 A 3rd generation SMC high density composite methane pool

棗強玻璃鋼的第三代 SMC高密度復合材料沼氣池充分利用了SMC新型高密度復合材料的物理、化學特性，采用上、下雙半球拼裝連接和凹凸槽密封式、背負式進、出料口，水壓間一體化和雙重出料結構，充分提高了沼氣池的承壓能力和密封性能，操作方便，維護簡單。該產品的研制成功填補了國內在新型復合材料沼氣池研發方面的空白，總體技術水平處于國際領先地位。

4 結 語

基于新型復合材料的商品化沼氣池的出現，有效解決了我國農村推廣應用沼氣的問題，在保護環境的同時有效促進了農村低碳經濟的發展。由于采用工廠化方式生產，容易實現標準化和規模化的加工生產，保證了產品質量，同時也大大提高了建池速度，降低了建池成本，為農村沼氣池的建設和廣泛利用提供了必要保證。■

［1］ 張俐敏. 德國沼氣產業發展現狀及對我國的啟示[J].中國農墾，2011(12)：40-42.

［2］ 楊輔仁. 世界沼氣概述[J]. 世界科學，1985(09)：47-48.

［3］ 胡啟春，夏邦壽. 亞洲農村戶用沼氣推廣技術研究[J]. 中國沼氣，2006，24(4)：32-35.

［4］ 李達生. 玻璃鋼沼氣池生產應用現狀淺析[J]. 遼寧農業職業技術學院學報，2008，10(1)：36-38.

［5］ 薛忠民，孫超明，柴紅梅. 淺析復合材料在發展低碳經濟中的重要作用[J]. 新材料產業，2010(3)：30-34.