利用农场废物发电沼气如何帮助没有电力的马拉维人

在撒哈拉以南非洲地区，超过6亿人(占人口的50%以上)用不上电。马拉维是世界上电力接入率最低的国家之一——只有14.1%的人口能够接入主电网。在农村地区，电气化普及率更低，预计2021年为5.6%。

沼气厂等分散式家庭和社区规模的可再生能源系统可能提供解决方案。EhiazeEhimen和ThomasRobin研究边缘化社区的能源效率和能源贫困。他们将研究中的发现揭示为小型沼气厂在满足农村能源需求方面的潜在作用。

为什么沼气厂是个好主意?

沼气厂易于建立且相对便宜。它们使用现成的材料，如粪便和蔬菜废物，可以用水泥和砖块建造。它们有可能用于满足家庭和小型社区的电力需求，特别是在与国家电网连接可能在经济上不可行的农村地区。

沼气厂利用了这样一个事实：马拉维等国家的农村社区拥有丰富的生物质资源，例如农业残留物、动物粪便和有机城市垃圾(被丢弃的草和蔬菜)。因此，沼气生产可以提供分散的能源解决方案——能源的生产地点靠近使用地点。

与其他能源(尤其是电力)相比，沼气生产系统的建立和运营成本相对较低。这使得它们适合财力有限的社区。

它还具有环境和健康效益——它们可以将有机废物转化为有用的能源，从而防止有机废​​物在垃圾场腐烂并释放有害的甲烷气体。它们减少了人们对传统生物质燃料(如用于烹饪的木柴或木炭)的依赖——这些燃料可能导致森林砍伐和室内空气污染。这是目前马拉维的一个重大问题。2002年至2023年间，马拉维因森林砍伐而损失了21%的潮湿原始森林。人们因用柴火做饭而出现慢性咳嗽的情况也越来越多。

什么是沼气厂?

沼气厂是将有机废物(例如动物粪便、农业残留物、食物垃圾甚至污水污泥)转化为气体的设施。它通过一个称为厌氧消化的过程来实现这一点。在这里，有机材料在无氧环境(例如密封桶内部)中被微生物分解。

这会产生主要由甲烷和二氧化碳组成的沼气。它可用作发电、供暖和烹饪的可再生能源。

沼气厂的使用寿命为20年，可以采用多种设计建造。常见的设计包括由以下部分组成的工厂：

一个长方形的底座

顶部是一个由砖和混凝土制成的圆顶和塑料层。它可以位于地面上方或下方，以保持消化器内的温度均匀并限制温度波动

反应堆的中心部分位于地下

有两个辅助罐用于储存原料和沼渣(剩下的)

可以添加薄混凝土板以避免地面渗漏。

你发现了什么?

我们的研究首次调查了是否有可能使用沼气为马拉维农村农民发电。在我们研究之前，马拉维唯一存在的小型沼气厂位于松巴中心医院和米库尤监狱，但这些工厂仅用于满足烹饪需求。

我们的研究发现，马拉维一座沼气池容积为15立方米的小型社区规模沼气厂的建设成本总计为1,540美元。这个规模的沼气厂可为最多五口之家提供足够一个月的做饭所需的能量。

最大的成本(1,089美元)是水泥和熟练的砌砖工，他们了解防漏和绝缘，并且可以保证使用优质材料。这是一个简化的基于矩形的圆顶反应器设计，主要由砖和混凝土制成，并带有塑料层，以最大限度地减少气体泄漏。

成本可能会有所不同，具体取决于沼气厂的规模、材料的运输成本、当地法规、劳动力成本以及可投入沼气厂的牛粪和玉米或草渣的量。我们每天使用从六头牛身上收集的粪便，持续了一年。每天产生10.8公斤粪便。据估计，当牛粪与草屑和收获后的玉米植物(收获后留在农田上的叶子和外壳)混合时，产生的甲烷量将显着增加。

厌氧消化后留下的沼渣含有丰富的氮、钾、磷等营养成分，可直接施用于农田作为肥料。

面临哪些挑战?

获得建设沼气厂的资金是一个大问题，特别是对于小规模农民或社区倡议而言。马拉维是世界上最贫穷的国家之一，预计今年每天生活费不足2.15美元的人数将上升至总人口的72%。对于平均年收入380美元的农村小农来说，建设和运营沼气厂的初始成本可能难以承受。

目前，当地还缺乏建立和维持沼气生产的能力和技术专长，特别是在一些农村地区。培训计划是必要的。

我们的研究还表明，建造更大的沼气设施成本更高，运营效率更高，因为它们可以以更低的人均成本为更多的人提供更多的能源。但大量生物质原料的卡车运输尚未到位。