20.4 制取沼气的探索

一、活动目的

通过本活动，使学生了解生物科技与社会生活的密切关系；了解在实验室制取沼气的方法，并探索利用当地常见材料制取沼气的方法。

二、活动设计及原理

微生物在厌氧条件下将有机物分解发酵成沼气等的过程称为沼气发酵。沼气是一种可燃的混合气体，以甲烷为主（约占60～70%），其次为CO2（约占30～40%），此外还有极少数其它气体如NH3、H2S、H2、N2等。17世纪就有人发现了沼气，19世纪巴斯德就提出可利用沼气加热和照明。由于沼气发酵既可解决环境污染问题，又可开发新的、经济的能源，因而有广泛的应用前景。

沼气制取的生化过程极为复杂，通常要经过两个阶段：第一阶段是许多异养微生物把大分子有机化合物分解成小分子的化合物。如简单的有机酸、醇、CO2等；第二阶段则是由产甲烷细菌将乙酸、CO2和H2等在厌氧条件下转化为甲烷。

本活动采用简单器材在实验室制取沼气，探索制取沼气的最佳原材料配比（图20－1）。

三、活动开展方法步骤

(1)在一个三角瓶（称为发酵瓶，图20-1A中）放入80克猪粪（提供氮、磷等元素）、20克粉碎的玉米秆（提供有机物，主要是碳源）、50克池底污泥（其中含有各种微生物，尤其是含有厌氧的产甲烷细菌），再加入350毫升水，混匀。

(2)在另一个三角瓶（称为集气瓶，图20-1B）中装满水。(3)第三个三角瓶为集水瓶（图20-1C），实验开始时，该瓶装入少量清水，以封住导水玻管口即可。按下图装好，注意橡皮塞、玻璃管和乳胶管的各个接口不要漏气，必要时可用蜡封。

(4)将上述装置放在温暖处（25℃以上）或28～30℃保温室培养。此时，将图①、③处弹簧夹夹紧。

(5)发酵开始后，由装有原料的三角瓶中释放的气体将B瓶中的水压入C瓶中。一般自培养之次日起就可逐日观察并记录产气量。

(6)发酵一周后，B瓶中应收集有含甲烷较多的沼气，此时可进行点燃试验。即将②处弹簧夹夹紧并将集水瓶C放在高于集气瓶B的位置上，使水流回集气瓶B，同时打开③处弹簧夹，使气体自燃烧口徐徐排出。以燃烧的火柴点燃排出的气体，即可看到甲烷燃烧时发出的蓝色火焰。

(7)进一步重复上述实验，但将原料的配比调整一下，或采用当地富有的材料进行实验。对比一下，何种配方的发酵料产沼气量高？如何合理配比本地富有的发酵材料来开发和利用沼气能源？