1.1 研究背景
随着我国经济的快速发展，能源消耗量与日俱增，部分地区甚至已经出现了供能紧张的问题。据统计，2000～2020年间，我国化石能源消费量的年均增长率高达4.3%～4.6%，标准煤需求量为30亿～32亿吨/年，如果不考虑能源进口和新气田、油田的开发，我国的化石能源大约只够用30年。另据有关数据显示，2018年我国天然气表观消费量达到2803亿立方米，天然气产量约为1603亿立方米；2018年我国天然气进口总量达9039万吨，同比增加31.9%。据《中国天然气发展报告（2019）》，2019年我国天然气表观消费量达到3100亿立方米左右，同比增长约10%。2050年前，我国天然气消费将保持增长趋势。可见，随着化石能源日趋匮乏，如何保持能源的稳定供给，缓解能源短缺问题，已经成为我国经济能否健康、快速地发展的决定性因素。
生物质能是一种重要的可再生能源，生物质能的应用技术已经进入成熟阶段，在全球范围内使用广泛。生物质能是全球的第四大能源，是当前人们应对全球气候变暖、极端天气频发、能源供需紧张、环境破坏日益严重等挑战的一把利器。
我国地域比较辽阔，蕴藏资源丰富，生物质能源的开发和利用具有很大的潜力。在我国，可用来作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量巨大。
我国生物质发电以及生物质液体燃料等相关技术发展迅速，生物质成型燃料、生物天然气等产业的发展也很快。能源是国家稳定发展的物质基础，国家经济的发展乃至国家安全都与之息息相关。随着农村经济的不断发展、农作物产量的提高，秸秆的产量也日益增长，如何充分利用好这一资源也将是沼气能源发展过程中的必经之路。但在这个过程中也充满了荆棘，例如秸秆的收集保存、能源化技术不成熟及资源的处理等皆是未来发展需要考虑的因素。但若研制出高效的能源转化装置，充分利用农村丰富的秸秆资源，使其变废为宝，可以解决农村能源紧缺、价格高昂的问题。
中国拥有丰富的沼气资源，但未能充分利用，导致资源的浪费和环境的污染。应大力推广沼气能的发展和利用，充分利用其优势，解决能源结构、大气污染及废物循环利用等方面的诸多问题。通过技术的不断发展，扩大沼气使用规模，逐步产业化，解决沼气能生产、运输、使用等一系列的问题，从而安全、便利、高效地利用沼气能。
沼气对于目前中国广大农村来说，是比较理想的家庭燃料。它可以用来煮饭、照明，既方便又干净，沼渣还可加以利用。使用沼气时，需要配备的用具有炉具、灯具、水柱压力计、开关等，它们的作用在于使沼气与空气以适当的比例混合，并使之得到充分燃烧。
沼气中的主要成分甲烷（CH4）是一种简单的烃类化合物，可作为气体燃料来使用。沼气与足量的氧气混合燃烧时，会放出很多热量，燃烧温度可高达1400℃。由于沼气中含有大量的生物质甲烷，甲烷的性质对沼气的性质影响很大，因此要了解甲烷的性质。
甲烷是一种无色、无味且分子量比空气小的可燃性气体。对空气的相对密度是0.55，扩散速度较空气快3倍，临界温度为-82.5℃，着火点是537.2℃。甲烷在水中的溶解度极小。在压力为101.325kPa、温度为20℃条件下，100体积的水仅溶解3体积的甲烷。
甲烷是一种简单的烃类化合物，化学性质比较稳定，一般情况下不与其他物质反应。但是当外界条件适合的时候，也是能够发生反应的。
随着科学技术的进步，沼气的用途变得多元化，沼气不仅用作解决农村点灯做饭的生物质能源，现在已经发展到了与城镇清洁工程相结合阶段，实现了集中供气、沼气发电或者用沼气制取生物质LNG。在一些发达国家，沼气技术的利用使沼气成为了重要的绿色能源，沼气产业得到了蓬勃发展。