我国是人口大国和资源需求大国，对能源供应和环境保护有着极大的需求。我国拥有极其丰富的秸秆、粪污、垃圾、糟渣等各类生产生活有机废弃物，相应的生物天然气资源潜力为1500亿立方米，但是我国目前对天然气进口的依赖程度仍日益扩大。2019年12月4日，国家能源局印发《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》，《意见》提出，2025年，生物天然气具备一定规模，形成绿色低碳清洁可再生燃气新兴产业，生物天然气年产量超过100亿立方米。到2030年，生物天然气实现稳步发展。规模位居世界前列，生物天然气年产量超过200亿立方米，占国内天然气产量一定比重。 

 然而，从我国在运行的沼气或生物天然气工程来看，目前的工程技术难以支撑这样一个雄心勃勃的产业目标。其中，工程运行稳定性是一个重要挑战，尤其是在高负荷处理条件下的厌氧消化运行稳定性。为了降低单位处理成本或是提高单位投资效益，也就是为了提高容积产气率，沼气或生物天然气工程通常需要在高负荷条件下运行；而高负荷厌氧消化容易产生挥发酸抑制、氨中毒、起泡等不稳定因素，导致系统失稳、甚至崩溃。 

 为解决高负荷厌氧消化稳定运行的难题，中国科学院成都生物研究所生物质能源项目组李东研究员，带领团队历时八年，以易酸化蔬菜垃圾、高氨氮鸡粪、高粘度酱香型酒糟等典型有机废弃物为原料，开展高负荷厌氧消化失稳预警调控研究，取得了系列研究进展，包括： 

 （1）解析了典型有机废弃物在高负荷条件下的厌氧消化失稳机制； 

 （2）绘制了基于氨氮—挥发酸—pH三元体系的厌氧消化抑制区域图； 

 （3）分析了不同废弃物在不同条件下的微生物差异性和代谢机理； 

 （4）筛选了典型原料中、高温厌氧消化失稳预警指标，能够对系统失稳提前20天以上做出预警，同时确定了一般失稳和重度失稳阈值。例如，蔬菜垃圾的失稳预警指标为甲烷与二氧化碳比值，鸡粪中温厌氧消化的失稳预警指标为氧化还原电位，鸡粪高温厌氧消化的失稳预警指标为正丁酸与异丁酸比值，酱香型酒糟厌氧消化的失稳预警指标为粘度。 

 （5）针对系统失稳提出了稳定调控策略，保障系统的高负荷稳定运行。 

 以上研究成果已经应用于多座沼气和生物天然气工程，今后将继续推广应用，为我国沼气和生物天然气产业的发展提供技术支撑。 

 系列成果发表在Water research、Bioresource Technology、Energy、Renewable Energy、Biodegradation、Bioprocess and Biosystems Engineering。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院/四川省委组织部“西部之光”、中国科学院青年创新促进会等的支持。 

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