备课素材：沼气池及原理 2023——2024学年高二上学期生物人教版选择性必修2

沼气池及原理 先看一道试题： 如图是某同学绘制的我国北方农区的一种“四位一体”的生态家园示意图，其中沼气池、猪舍、厕所和日光温室等保持了合理的结构和比例．下列说法正确的是（　　） A、在农村发展沼气有利于保护林草植被 B、该工程充分体现了物质循环再生的原理 C、保持生物比例合理就是遵循整体性原理 D、能量可随着沼气的使用而流入生物体内 解析：考查对生态工程原理的辨析．同时考查了能量流动方面知识及对知识的理解辨析的能力，以及运用知识解释实际问题的能力． 根据沼气生态农业循环模式的特点分析AB选项．根据系统学与工程学原理以及整体性原理分析C选项．根据能量流入人体要以物质为载体，沼气中的使用主要是利用热能分析D选项． A、利用沼气处理种殖和养殖产生的秸杆和粪便，产生沼气和沼液沼渣然后进行循环利用．这是一种很好的沼气生态农业循环模式．在农村发展沼气有利于保护林草植被，有利于物质循环利用和能量的多级利用．故A对． B、沼气生态农业循环模式，有利于物质循环利用和能量的多级利用．故B对． C、保持生物比例合理遵循系统学与工程学原理．故C错． D、沼气中的能量被人作为热能等形式利用，并没有随着有机物流入人体内．故D错．本题选正确的，故选AB． 这道试题考查了生态农业沼气池。 2019版高中生物选择性必修二“农村综合发展型生态工程”示意图有所涉及： 1.沼气的生产过程 沼气是通过一些有机物质，在一定的温度、湿度、酸度等条件下，隔绝空气，经过微生物发酵分解作用而产生的可燃气体。构成生物体的物质中，除了矿物质和木质素外，几乎所有的生物质都可以用来产生沼气，包括动物和人的排泄物、污水污泥、农作物秸秆、含碳工业废物等，所以沼气的成本相当低廉。沼气的生产工艺比较简单，一个农村家庭就可以建造自己的沼气池。沼气的用途也很广泛，它不仅能用于燃烧和照明，还可以作为燃料用于发电。沼气这种来源丰富、成本低廉的优质气体燃料。 由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷(CH4)。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。 第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂 里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品，即生成甲烷。 上述过程可以分为液化阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。 （1）液化阶段：也称为水解发酵阶段。在胞外酶(大多是水解酶)的作用下，固形有机物被水解成分子量较小的可溶性物质。经过水解作用之后，多糖分解为可溶性单糖，蛋白质分解为肽或氨基酸,脂肪分解为甘油和脂肪酸。 （2）产酸阶段：进入细胞的各种可溶性物质，在各种胞内酶的作用下，进分解代谢，生成各种挥发性脂肪酸，其中主要是乙酸，同时也有氢、二氧化碳和少量其它产物。由于有机酸的生成是其主要特点，故称为产酸阶段。 （3）产甲烷阶段：甲烷菌分解乙酸形成甲烷和二氧化碳，或利用氢还原二氧化碳形成甲烷，或转化甲酸形成甲烷。 2.农村沼气池逐渐被淘汰的原因 沼气池曾经是一种被广泛使用的生态能源设施，然而，随着时间的推移，它逐渐被淘汰的原因却是多方面的。首先，农村沼气池在技术上存在一些局限性。其设计和建造相对简单，但效率不高，难以满足日益增长的能源需求。其次，维护和管理农村沼气池需要一定的技术和人力资源，而在一些偏远的农村地区，这种技术和资源可能不易获取，导致沼气池无法正常运行。 （1）沼气的稳定性太差 农村沼气池的能源输出相对不稳定。由于其依赖于有机废弃物的分解产生沼气，其能源产出受到季节、气候等因素的影响，使得其在满足连续、稳定能源需求方面存在一定的不足。这一点尤其在现代社会对可靠能源供应的需求日益增长的情况下显得更加突出。 按照高中生物学知识，微生物在发酵过程中必须有一定的菌种和配比，除了 产生甲烷的菌以外，还需要除去氨，硫化氢等物质的细菌，这样才能提高甲烷的纯度，才能点得着，无臭味或刺激性气味。这些要求的完成需要技术人叫才能进行。 （2）受到了新技术的挑战 农村沼气池的淘汰还受到了新技术的挑战。随着科技的进步，新型清洁能源技术如太阳能、风能等逐渐崭露头角。这些技术不仅在能源产出效率上更具优势，而且在环保方面也更为可靠，因此逐渐替代了传统的农村沼气池。新技术的应用使得人们能够更方便、更高效地获取清洁能源，使农村沼气池的使用