北方冬季寒冷漫长，气温、地温较低，沼气的生产存在产气率低、使用率低、原料分解率低、甚至不产气等问题，冬季会出现冻裂沼气池的现象。要达到全年生产沼气的目的，只能靠加热料液、提高发酵温度并采取增温、保温措施来实现。
北方的太阳日照时间相对较长，所以利用太阳能加热增温，利用生物质能增温、保温，可以提高沼气的产气率，实现沼气在严寒地区的全年生产，促进严寒地区农村生态农业的可持续发展。另外，水压式水泥沼气池的湿发酵原料的利用率低，产气率低，易结壳。而干发酵则大大提高了原料的利用率、提高产气率。
下文将介绍严寒地区利用太阳能和生物质能相结合进行秸秆干发酵制取沼气的技术。
发展秸秆沼气必要性
1沼气生产主料畜禽粪便短缺
去年以来，我国多地区养殖场拆迁严重，搞养殖业的农户大量减少，作为沼气的发酵原料，粪便已成为沼气事业发展的重大障碍，不少农户的沼气池因缺乏粪便原料而无法充分使用。
2我国秸秆资源丰富
我国是世界上最大的农业生产国，种植业在农业生产中占据着十分重要的位置。种植业每年产生各类作物秸秆约7亿t，其中有约50％未得到有效的处理和利用。这不但浪费了资源，而且由于大量秸秆的露天焚烧，导致严重的大气污染，并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全。
发展秸秆沼气的优势
以秸秆为原料生产沼气，原料来源充足、分布广泛，不受时间和空间限制，不产生沼液、焦油、废水和废气等污染物，可实现秸秆的完全生态循环和高效利用。它不仅可以解决我国大量秸秆的环境污染问题，还可为我国的沼气生产开辟新的大宗原料来源，为在更大规模和更大范围推广沼气提供原料保障，具有十分广阔的推广应用前景。
干发酵装置
圆柱型发酵罐，用6mm厚钢板焊接而成。上有进料口，出气孔，温度测试孔，在一端有排料口，罐外涂有防腐剂保护层。
发酵罐
(1)发酵罐的技术原理
采用全封闭、满装料、连续进料、自动排料及干发酵技术，采用秸秆生物预处理技术，对秸秆进行厌氧发酵处理，结合生物质反应堆技术及太阳能利用技术，对罐体增温、保温。
其技术实质是研究解决了高浓度发酵产气量最佳干物质浓度和自动排料的适宜浓度；全封闭满装料后，靠罐体内压力实现连续发酵、增温保温，使其冬季正常产气供气。对厌氧发酵装置进行增保温处理，达到所需的中高温发酵温度(35℃～40℃)。
(2)发酵罐的技术创新
1)突破了我国北方冬季沼气“三低”(池温低、产气率低、效率低)“两难”(进料难、排料难)的技术难关。
2)太阳能和生物质能的有机结合为冬季罐体增温保温。
3)突破了我国北方冬季沼气发酵干物质浓度调整比例。
4)产气量效率提高一倍(与水泥池沼气比)且常年均衡产气供气。
5)卧式铁制沼气发酵罐体装置虽然一次性投资略高，但使用寿命可达20年。
(3)厌氧干发酵的机制
厌氧干发酵和厌氧湿发酵在生化反应本质上是相同的，主要是厌氧和兼性厌氧微生物在厌氧环境下分解有机物产生沼气的过程，包括水解、酸化、乙酰化和甲烷化等反应阶段。
(4)厌氧干发酵的优点
1)自身耗能低，冬季仅耗用自身产生的能量10～15％。而湿法要耗用30％左右的能量，在北方寒冷地区冬季甚至会达到45％。
2)可以直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物，大大节省了预处理成本。
3)没有搅拌器。发酵过程不需要搅拌，不结壳。
4)沼气质量高，含硫量远远低于湿法沼气，只有50～300ppm，可以不经洗气直接使用，发酵物出气率高。
5)因为发酵剩余物无湿法发酵的沼液，所以不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值高。
6)耗水量比起湿法大大降低，几乎没有污水排放，大大节省了水费和污水处理费。
秸秆沼气的技术操作规程
1秸秆沼气发酵原料的配比
(1)碳氮比
原料的碳氮比过高，发酵就不易启动，而且影响产气效果。一般以20～30:1为宜。具体有两种情况：
一是粪便和秸秆混合。粪和秸秆比一般应达到2:1以上，不宜小于1:1。
二是纯秸秆。若碳氮比选20:1，每公斤正常含水的干秸秆加入碳铵50g或尿素19g；若碳氮比选25:1，每公斤正常含水的干秸秆加入碳铵40g或尿素15g。例如：一农户向沼气池加入200kg干秸秆，若碳氮比选20:1，需加入碳铵10kg。
(2)浓度
发酵料液浓度是指原料的总固体(或干物质)重量占发酵料液重量的百分比。能够进行沼气发酵的发酵料液浓度范围是很宽的，一般在1％～40％，甚至更高的浓度都可以生产沼气。
在我国农村，根据原料的来源和数量，沼气湿发酵通常采用1％～10％的发酵料液浓度是较适宜的。在这个范围内，夏季由于气温高，原料分解快，发酵料液浓度可适当低一些，一般以6％左右为好；在冬季，由于原料分解较慢，应适当提高发酵料液浓度，通常以10％为佳。而干发酵浓度在20％～40％之间效果为佳。
2秸秆沼气发酵操作过程
农作物秸秆——粉碎——湿润——拌制——堆沤(秸秆加入产甲烷菌剂或人、畜粪便)——进罐发酵——产气使用
3发酵原料的预处理
(1)秸秆粉碎
利用铡刀或铡草(揉搓)机将秸秆铡碎揉搓，秸秆铡短后长度应小于6cm(越短越好)。
(2)秸秆浸泡
用1:1的比例加水将铡碎秸秆润湿(加水量以料堆下部不出水为宜)，边加水边翻秸秆，以保证润湿均匀；润湿完成后将秸秆放置一天，以利秸秆充分吸水。
(3)原料的拌制
将润湿后的秸秆边加菌剂(秸秆发酵菌剂的多少影响堆沤快慢，一般为发酵原料的0.2％～0.4％，发酵原料指干秸秆的重量)、碳氨(一般为发酵原料的1.25％，发酵原料指干秸秆的重量，碳铵可以用尿素替代加入量为秸秆质量的1％)边翻动拌匀，同时加水。加水量一般控制在秸秆重量的1.8～2倍，以保证秸秆含水率在65％～70％(用手握秸秆刚好有水滴下即可)
(4)秸秆堆沤
堆沤时，堆成1.2～1.5m宽、1.5m高的长条垛，盖塑料薄膜，地面留缝、垛上扎通风孔；观察菌丝生长，当秸秆上普遍长有白色菌丝为沤好。一般气温在15℃左右时堆沤5～7d，气温在20℃以上时堆沤4～5d。接种物充分，粪便原料可不做堆沤处理，如无接种物，应将粪便原料加水浸透覆盖薄膜，并进行堆沤处理。堆沤的目的是部分有机物先在好养条件下分解，以加快厌氧发酵的产气过程。
4沼气发酵的启动
从进料开始到能够正常稳定产气过程称为沼气发酵的启动。
(1)投料
将预处理好的原料和准备好的碳氨和接种物混合在一起投入罐内，碳氨一般为发酵原料的2.5％，接种物可按料液总量的20％准备。
(2)加水封罐
原料和接种物入罐后，根据干发酵需要的浓度，计算出加水量加入罐内封严罐盖。
冬季增保温
1增、保温原理
冬季利用太阳能系统加热增温，在罐体周围填满粉碎的农作物秸秆，利用生物质好氧发酵产生的热量增温，利用厚厚的生物质层保温。采用这种多能互补技术对沼气发酵罐体进行增、保温，使之达到冬季正常产气。
2太阳能增温系统
太阳能增温系统示意图
换热管缠绕加热
利用太阳能集热系统生产的热水，通过缠绕在发酵罐上的太阳能热水管来加热，使发酵罐内的料液升温进行发酵，产生沼气，同时对沼气罐进行保温，减少能耗，提高罐温。
生物质能增温、保温
1操作方法
在存放池内的罐底及罐的周围填满粉碎的农作物秸秆，罐上盖60cm厚的秸秆后用塑料盖严，如图所示。要用当年生产的新鲜秸秆，秸秆含水量少时要适当加水，边填边实，同时在存储池底部的适当位置放通气管以保证生物质进行有氧发酵以产生更多的热量。
2加盖塑料拱棚
在严寒的冬季在生物质保温的基础上加盖塑料拱棚进一步增温保温。
