Development of biogas and biorafinery systems in Polish rural communities

• Autorzy: Wałowski Grzegorz

Identyfikatory

DOI

10.24425/jwld.2021.137108

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article reviews selected systems and technological variants of biogas production. Biogas installations and methods of biogas production were characterized in terms of control and measurement. The required technical and technological criteria for biogas production and treatment were indicated. The conditions of biorefining in the context of the generation of new products were analysed. Based on the amount of manure produced in pig production, the potential of biogas production in Poland was indicated based on the visualization of the biogas production potential by poviats in Poland. The substrate in the form of slurry, manure and other agricultural waste for the production of agricultural biogas in Poland was analysed quantitatively. The economic aspects in the agricultural biogas plant sector were revealed, indicating the operation of the economies of scale for this industry sector. An example of a pilot biogas production for anaerobic digestion using pig slurry is presented. The paper presents preliminary results of experimental studies on the course of changes in the biogas volume flow for the average daily production of agricultural biogas and the qualitative composition of agricultural biogas produced from pig slurry. The results of the measurements show a clear influence of the hydrodynamic mixing system of the substrate for the evaluation of the biogas flow through the adhesive bed in the context of agricultural biogas production in the range (1–14) m³ d^–1.

Słowa kluczowe

EN

agricultural biogas; biorafination; fermentation process; pig slurry

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2021
• Tom: no. 49
• Strony: 156--168
• Opis fizyczny: Bibliogr. 66 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wałowski Grzegorz

• Institute of Technology and Life Sciences, Falenty, Department of Renewable Energy, Poznań Branch, ul. Biskupińska 67, 60-463 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0866-4368

Bibliografia

• ARR 2014. Informacja o działalności przedsiębiorstw energetycznych zajmujących się wytwarzaniem biogazu rolniczego w latach 2011–2013 [Information on the activities of energy companies dealing with the production of agricultural biogas in 2011–2013] [online]. [Access 02.03.2021]. Available at: http://www.arr.gov.pl/dane-za-2011-rok
• BIEŃ J. 2007. Osady ściekowe. Teoria i praktyka [Sewage sludge. Theory and practice]. Częstochowa, Politechnika Częstochowska. ISBN 9788371933554 pp. 309.
• BRODZIAK G. 2020. Dwadzieścia lat doświadczeń towarowego producenta trzody chlewnej w Polsce – Poldanor SA [Twenty years of experience of the commodity producer of pigs in Poland – Poldanor SA] [online]. [Access 22.05.2020]. Available at: http://www.kzp-ptch.pl/95-aktualnosci/2314-dwadziescia-lat-doswiadczen-towarowego-producenta-trzody-chlewnej-w-polsce-poldanor-sa
• BURACZEWSKI G. 1991. Ustalenie optymalnych parametrów fermentacji metanowej. Rozprawy naukowe i monografie [Determining the optimal parameters of methane fermentation. Scientific dissertations and monographs]. Warszawa. SGGW-AR. ISSN 0239-8613 pp. 125.
• BUDIYONO I., WIDIASA N., JOHARI S., SUNARSO 2010. The kinetic of biogas production rate from cattle manure in batch mode. International Journal of Chemical and Biological Engineering. Vol. 3(1) p. 39–44.
• CURKOWSKI A., ONKISZ-POPŁAWSKA A., MROCZKOWSKI P., ZOWSKI M., WIŚNIEWSKI G. 2011. Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych. Pracę wykonano na zamówienie Ministerstwa Gospodarki w Instytucie Energetyki Odnawialnej [A guide for investors interested in building agricultural biogas plants. The work was commissioned by the Ministry of Economy at the Institute for Renewable Energy]. Warszawa. Instytut Energetyki Odnawialnej pp.126.
• CZECZKO R. 2012. Biomasa rolnicza w energetyce [Agricultural biomass in the energy sector]. Autobusy: Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe. R. 13. Nr 10 p. 102–104.
• CZEKAŁA W., GAWRYCH K., SMURZYŃSKA A., MAZURKIEWICZ J., PAWLISIAK A., CHEŁKOWSKI D., BRZOSKI M. 2017. The possibility of functioning micro-scale biogas plant in selected farm. Journal of Water and Land Development. No. 35 p. 19–25. DOI 10.1515/jwld-2017-0064.
• CZEKAŁA W., KANIEWSKI J. 2015. Perspektywy rozwoju biogazowni na terenach wiejskich województwa śląskiego [Prospects for the development of biogas plants in the rural areas of the Silesian province]. Poznań. Wydaw. Akademia Słońca Krzysztof Frąszczak. ISBN 978-83-944103-0-8.
• DACH J., PRZYBYŁ J., ZBYTEK Z., LEWICKI A., JANCZAK D., CIEŚLIK M. 2013. Emisja metanu z produkcji zwierzęcej w Polsce: skala oraz potencjalne koszty [Methane emissions from livestock production in Poland: scale and potential costs]. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. Vol. 58 (2) p. 25–28.
• DANBRED 2020. Information obtained from the manufacturer [online]. [Access 14.09.2020]. Available at: https://dan-bred.com/en/about-us-uk/#tai
• DECEWICZ P. 2020. Model przestrzenny na podstawie danych Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego w Falentach [Opracowano w ramach: realizacji Programu Wieloletniego na lata 2016–2020 pn. „Przedsięwzięcia technologiczno-przyrodnicze na rzecz innowacyjnej, efektywnej i niskoemisyjnej gospodarki na obszarach wiejskich” określonych w umowie nr GZ.me.032.1.9.2018 zawartej w dniu 17 kwietnia 2018 r. pomiędzy Ministrem Rolnictwa i Rozwoju Wsi a Instytutem Technologiczno-Przyrodniczym w Falentach. Poznań, Opracowanie elektroniczne – opracowanie niepublikowane [Spatial model based on data from the Institute of Technology and Life Sciences in Falenty [Developed as part of: the implementation of the Multiannual Program for 2016–2020 entitled "Technological and natural projects for innovative, effective and low-emission economy in rural areas" specified in the contract no. GZ.me.032.1.9.2018 concluded on April 17, 2018 between the Minister of Agriculture and Rural Development and the Institute of Technology and Life Sciences in Falenty. Poznań, Electronic work – unpublished work].
• DEN BOER E., SZPADT R. 2013. Biogazownie szansą dla rolnictwa i środowiska [Biogas plants as a chance for agriculture and the environment]. Materiały konferencyjne Politechnika Wrocławska. Dolnośląski Ośrodek Doradztwa Rolniczego we Wrocławiu 24 października 2013 r. p. 1–90.
• DĘBSKA B. 2004. Właściwości substancji humusowych gleby nawożonej gnojowicą [Properties of humic substances in soil fer-tilized with slurry]. Bydgoszcz. Wydawnictwa Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej. Rozprawy. Nr 110. ISSN 0209-0597 pp. 112.
• Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control) (Recast) (Text with EEA relevance). OJ L 334. 17.12.2010 p. 17–119.
• EL-MASHAD H., ZHANG R. 2010. Biogas production from co-digestion of dairy manure and food waste. Bioresource Technology. Vol. 101 p. 4021–4028. DOI 10.1016/j.biortech.2010.01.027.
• FLIZIKOWSKI J., BIELIŃSKI K. 2000. Projektowanie środowiskowych procesów energii [Design of environmental energy processes]. Bydgoszcz. Wydaw. Uczelniane ATR.
• FNR 2005. Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung Ergabnise des Biogas-Messeprograms [Biogas plant monitoring results]. Gülzow. Institut für Energetik und Umwelt gGmbH; Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft, Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V., Fachagentur Nachwachsenderohstoffe. V. ISBN 3-00-0143333-5 pp. 232.
• FUGOL M., SZLACHTA J. 2010. Zasadność używania kiszonki z kukurydzy i gnojowicy świńskiej do produkcji biogazu [The validity of using maize silage and pig slurry for biogas production]. Inżynieria Rolnicza. Nr 1(119) p. 169–173.
• GŁODEK E. 2010. Raport z projektu unijnego POKL. 08.02.01-16-028/09 Źródła Energii Opolszczyzny [Report on the EU POKL project. 08.02.01-16-028/09 Sources of Energy in the Opole region] Opole. Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Oddział Inżynierii Materiałowej, Procesowej i Środowiska.
• GOLISZ E., WÓJCIK G. 2013. Problemy gorzelni rolniczych i przemysłu bioetanolowego w Polsce [Problems of agricultural distilleries and the bioethanol industry in Poland]. Inżynieria Rolnicza. Nr 2(143) p. 69–78.
• GROSSER A., WORWĄG M., NECZAJ E., GROBELAK A. 2013. Półciągła kofermentacja osadów ściekowych i odpadów tłuszczowych pochodzenia roślinnego [Semi-co-sourcing of sewage sludge and vegetable waste fat]. Rocznik Ochrona Środowiska. T. 15. Cz. 3 p. 2108–2125.
• GUNGOR K., KARTHIKEYAN K.G. 2005. Probable phosphorus solid phases and their stability in anaerobically digested dairy manure. Transactions of the ASAE. Vol. 48(4) p. 1509–1520. DOI 10.13031/2013.19188.
• HARASYM J. 2011. Biorafinacja i biorafinerie – przemysł przyszłości [Biorefining and biorefineries – the industry of the future] [online]. [Access 30.03.2018]. Available at: http://www.e-biotechnologia.pl/
• HARASYM J. 2015. Biorafinerie – rozwój konceptu [Bio-refineries – concept development]. Przegląd Zbożowo-Młynarski. T. 59. Nr 5 p. 2–4.
• HELCOM 2020. [online]. [Access 25.05.2020]. Available at: http://www.helcom.fi
• HUS S. 1995. Chemia wody, ścieków i gnojowicy [Chemistry of water, sewage and slurry]. Wrocław. Wydaw. AR pp. 127.
• IZDEBSKI W., SKUDLARSKI J., ZAJĄC S. 2014. Wykorzystanie surowców pochodzenia rolniczego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce [The use of agricultural raw materials for the production of transport biofuels in Poland]. Roczniki Naukowe Stowarzyszenia Ekonomistów Rolnictwa i Agrobiznesu. Nr (16)2 p. 93–97.
• JĘDRCZAK A. 2001. Biologiczne przetwarzanie odpadów [Biological waste treatment]. Przegląd Komunalny. Nr 6 p. 89–92.
• JOCHIMSEN H. 2006. Betriebszweigabrechnung für Biogasanlagen, Arbeiten der DLG, Bd. 200, Velags DLG, Frankfurt am Main.
• KARŁOWSKI J., KLIBER A., MYCZKO A., GOLIMOWSKA R., MYCZKO R. 2011. Agronomy in the sustainable development of modern agriculture. IV Conference Polish Agronomic Society [September 2011 Warsaw] p. 5–7.
• KLIMIUK E., PAWŁOWSKA M., POKÓJ T. 2012. Biopaliwa. Technologie dla zrównoważonego rozwoju [Biofuels. Technologies for sustainable development]. Warszawa. Wydaw. Nauk. PWN pp. 154.
• KOŁODZIEJCZYK T., MYCZKO R., MYCZKO A. 2011. Wykorzystanie pozostałości niespożywczego materiału celulozowego do produkcji biogazu [Use of residual non-food cellulosic material for biogas production]. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. Nr 42(9) p. 360–363.
• KOSEWSKA K., KAMIŃSKI J.R. 2008. Analiza ekonomiczna budowy i eksploatacji biogazowni rolniczych w Polsce [Economic analysis of construction and operation of agricultural biogas plants in Poland]. Inżynieria Rolnicza. Nr 1(99) p. 189–194.
• KOWALCZYK-JUŚKO A. 2013. Biogazownie szansą dla rolnictwa i środowiska [Biogas is an opportunity for agriculture and the environment]. Ed. A. Grzybek. Warszawa. MRiRW, FDPA. ISBN 978-83-937363-0-0 pp. 88.
• KOWALIK P. 2002. Wykorzystanie biomasy jako surowca energetycznego [The use of biomass as an energy raw material]. Fundacja na Rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii. Energetyczne wykorzystanie biomasy. Szkolenie na działających przykładach zastosowań energii odnawialnych w Polsce i w Danii. W ramach Programu TEMPUS Unii Europejskiej pt.: „Zrównoważony rozwój energetyczny”, 16–28 czerwca 2002 [Foundation for the Efficient Use of Energy. Energy use of biomass. Training on working examples of renewable energy applications in Poland and Denmark. Within the TEM-PUS Program of the European Union entitled: “Sustainable energy development”, June 16–28, 2002].
• KUPRYŚ-CARUK M. 2017. Przemysł rolno-spożywczy źródłem substratów do produkcji biogazu [The agri-food industry as a source of substrates for biogas production]. Postępy Nauki i Technologii Przemysłu Rolno-Spożywczego. Nr 72(2) p. 69–85.
• KUTERA J. 1994. Gospodarka gnojowicą [Manure management]. Wrocław. Wydaw. AR we Wrocławiu. ISBN 83-85582-35-5 pp. 370.
• KWIECIŃSKA A. 2013. Ekologiczne zagospodarowanie gnojowicy z wykorzystaniem technik membranowych [Ecological management of the slurry with the use of membrane techniques]. Praca realizowana w ramach pracy naukowej finansowanej ze środków na naukę w latach 2010–2012 jako projekt badawczy nr N N523 559038 [Work carried out as part of research work financed from funds for science in 2010–2012 as a research project no N N523 559038]. Gliwice. Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych pp. 153.
• LEDAKOWICZ S. 2018. Od inżynierii biochemicznej do biorafinerii [From biochemical engineering to biorefineries]. Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia. Nr 17(1) p. 5–12.
• MAĆKOWIAK C. 2003. Gospodarowanie substancją organiczną i nawozami naturalnymi w rolnictwie. Upowszechnianie zasad dobrej praktyki rolniczej [Management of organic matter and natural fertilizers in agriculture. Dissemination of the principles of good agricultural practice]. Part 2. Puławy. IUNG p. 259–285.
• MAREK P. 2019. Ilość wytwarzanych odchodów zwierzęcych w produkcji trzody chlewnej i związany z tym potencjał produkcji biogazu w Polsce w 2018 roku z podziałem na gminy. W: Katalog informacyjny [The amount of manure produced in pig production and the related potential of biogas production in Poland in 2018, broken down by municipalities. In: Information catalog]. Opracowano w ramach: realizacji Programu Wieloletniego na lata 2016–2020 pn. „Przedsięwzięcia technologiczno-przyrodnicze na rzecz innowacyjnej, efektywnej i niskoemisyjnej gospodarki na obszarach wiejskich” określonych w umowie nr GZ.me.032.1.9.2018 zawartej w dniu 17 kwietnia 2018 r. pomiędzy Ministrem Rolnictwa i Rozwoju Wsi a Instytutem Technologiczno-Przyrodniczym w Falentach. Poznań, Opracowanie elektroniczne – opracowanie niepublikowane [Developed as part of: the implementation of the Multiannual Program for 2016–2020 entitled “Technological and natural projects for innovative, effective and low-emission economy in rural areas” specified in the contract no. GZ.me.032.1.9.2018 concluded on April 17, 2018 between the Minister of Agriculture and Rural Development and the Institute of Technology and Life Sciences in Falenty. Poznań, Electronic work – unpublished work.]
• MARSZAŁEK M., BANACH M., KOWALSKI Z. 2011. Utylizacja gnojowicy na drodze fermentacji metanowej i tlenowej – produkcja biogazu i kompostu [Manure utilization by methane and aerobic fermentation – biogas and compost production]. Czasopismo Techniczne. Nr 10(108) p. 143–158.
• MYCZKO A., MYCZKO R., KOŁODZIEJCZYK T., GOLIMOWSKA R., LENARCZYK J., JANAS Z., KLIBER A., KARŁOWSKI J., DOLSKA M. 2011. Budowa i eksploatacja biogazowni rolniczych. Poradnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych [Construction and operation of agricultural biogas plants. A guide for investors interested in building agricultural biogas plants]. Warszawa. ITP. ISBN 978-83-62416-23-3 pp. 137.
• MYCZKO A., MYCZKO R., SZULC R., TUPALSKI L. 2012. Reaktor do metanowej fermentacji gnojowicy. Polska. Opis patentowy [Reactor for methane slurry fermentation. Poland. Patent description] PL220074. Published 04.07.2012.
• Neorol 2020. Trzoda chlewna – tuczniki [Pigs – porkers] [online]. [Access 14.09.2020]. Available at: http://neorol.eu/tucz-niki.html
• OLBA-ZIĘTY E. 2019. Biorafinerie i biogazownie jako obiekty realizujące zadania w ramach gospodarki o obiegu zamkniętym. W: Gospodarka obiegu zamkniętego [Biorefineries and biogas plants as objects that perform tasks in the framework of the circular economy. In: Circular economy]. Olsztyn. Centrum Biogospodarki i Energii Odnawialnych, Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa UWM w Olsztynie p. 14–16.
• OLESIENKIEWICZ A. 2015. Substraty odpadowe do produkcji biogazu [Waste substrates for biogas production]. Czysta Energia. Nr 2 p. 39–41.
• ONISZK-POPŁAWSKA A., MATYKA M. 2012. Kompleksowa ocena uwarunkowań w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim [Comprehensive assessment of biogas production conditions in lubelskie voivodship]. Raport końcowy z badania dziedzinowego, Regionalny system Zarządzania Zmianą Gospodarczą [Final report on field research, Regional Economic Management System] p. 57–59.
• PILARSKA A., PILARSKI K., RYNIECKI A. 2014. Wykorzystanie fermentacji metanowej do zagospodarowania wybranych produktów odpadowych przemysłu spożywczego [Utilization of methane fermentation for the development of selected food waste products]. Nauki Inżynierskie i Technologie. Nr 4(15) p. 100–111.
• PIWOWAR A. 2014. Biogazownie rolnicze w Polsce – lokalizacje i parametry techniczne instalacji [Agricultural biogas plants in Poland – locations and technical parameters of the installation]. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna. Nr 6 p. 7–9.
• PODKÓWKA Z. undated. Możliwości wykorzystania instalacji biogazowni rolniczych [Possibilities of using agricultural biogas installations] [online]. [Access 14.09.2020]. Available at: http://naszaenergia.kujawsko-pomorskie.pl/filead-min/doc/prezentacje/prezentacja-8.pdf
• PODKÓWKA Z. 2016. Biogaz z gnojowicy. W: Inżynieria odnawialnych źródeł energii [Biogas from slurry. In: Engineering of renewable energy sources]. Ed. A. Mroziński. IX EKO-€URO-ENERGIA p. 147–165.
• ROMANIUK W., GŁASZCZKA A., BISKUPSKA K. 2012. Analiza rozwiązań instalacji biogazowych dla gospodarstw rodzinnych i farmerskich [Analysis of biogas installation solutions for family and farm households]. Inżynieria w Rolnictwie. Monografie. Nr 9. Falenty. Wydawnictwo ITP. ISBN 978-83-62416-53-0 pp. 94.
• SIKORA J. 2012. Badanie efektywności produkcji biogazu z frakcji organicznej odpadów komunalnych zmieszanej z biomasą pochodzenia rolniczego [Study on the efficiency of biogas production from organic fraction of municipal waste mixed with biomass of agricultural origin]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 2(4) p. 89–98.
• SIKORA J., TOMAL A. 2016. Wyznaczenie potencjału energetycznego biogazu w wybranym gospodarstwie rolnym [Determining the energy potential of biogas in a selected farm]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr. 3(2) p. 971–982. DOI 10.14597/infraeco.2016.3.2.071.
• SKORUPSKI J., KOZŁOWSKA A. 2021. Projekt Baltic GreenBelt w Polsce czyli jak rolnictwo zrównoważone może przyczynić się do poprawy stanu środowiska przyrodniczego Bałtyku! [The Baltic GreenBelt project in Poland, or how sustainable agriculture can contribute to the improvement of the natural environment of the Baltic Sea!] [online]. [Access 02.03.2021]. Szczecin. Federacja Zielonych GAJA pp. 15. Available at: http://gajanet.pl/wp-content/uploads/2020/02/Ulotka-informacyjna-projektu-Baltic-Green-Belt.pdf
• TGE 2010. Polish power exchange. Monthly Report – September 2010.
• Umowa 2019. Umowa wdrożeniowa nr AT-23/2019 [Implementation agreement no. AT-23/2019]. Falenty. ITP [unpublished].
• URE 2010a. Informacja nr 3/2010 w sprawie średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej na rynku konkurencyjnym za rok 2009 [Information No. 3/2010 on the average selling price of electricity on the competitive market for 2009]. Warszawa. Prezes Urzędu Regulacji Energetyki.
• URE 2010b. Informacja nr 4/2010 w sprawie średnich cen sprzedaży energii elektrycznej wytworzonej w wysoko sprawnej kogeneracji oraz średnich ceny sprzedaży ciepła za rok 2009 [Information No. 4/2010 on the average selling prices of electricity generated in highly efficient cogeneration and the average selling prices of heat for 2009]. Warszawa. Prezes Urzędu Regulacji Energetyki.
• WAŁOWSKI G. 2017. Developing technologies utilization of waste in the context of clean energy technology. International Journal of Economy, Energy and Environment. Vol. 2. No. 6 p. 109–114. DOI 10.11648/j.ijeee.20170206.14.
• WAŁOWSKI G. 2019. Multi-phase flow assessment for the fermentation process in mono-substrate reactor with skeleton bed. Journal of Water and Land Development. No. 42 (VII–IX) p. 150–156. DOI 10.2478/jwld-2019-0056.
• WAŁOWSKI G., BOREK K., ROMANIUK W., WARDAL W.J., BORUSIEWICZ A. 2019. Nowoczesne systemy pozyskania energii – biogazu. [Modern systems of obtaining energy – biogas]. Ed. W. Romaniuk. Łomża. Wydaw. WSA w Łomży. ISBN 978-83-947669-9-3 pp. 116.
• WAŁOWSKI G., ŁASKA-ZIEJA B., ALESZCZYK Ł., MYCZKO A. 2016. Techniczno-technologiczne aspekty wstępnej obróbki surowców dla procesu fermentacji metanowej [Technical and technological aspects of pretreatment of raw materials for the methane fermentation]. Przemysł Chemiczny. T. 95. Nr 9 p. 1788–1792. DOI 10.15199/62.2016.9.26.
• ZBYTEK Z., TALARCZYK W. 2008. Gnojowica a ochrona środowiska naturalnego [Slurry and environmental protection]. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna. Nr 4.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).