Biowęgiel jako materiał pomocniczy w procesie produkcji biogazu

Malińska, K; Dach, J.

doi:10.12912/23920629/1835

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Biowęgiel jako materiał pomocniczy w procesie produkcji biogazu

Autorzy

Malińska K , Dach J.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

malinska_dach_biowegiel_jako_41_2015.pdf

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/1835

Warianty tytułu

Biochar as a supplementary material for biogas production

Języki publikacji

Abstrakty

Biowęgiel z uwagi na swoje właściwości fizyko-chemiczne może znaleźć zastosowanie w wielu obszarach inżynierii i ochrony środowiska. Ostatnie doniesienia literaturowe podają, że biowęgiel może być również wykorzystywany do zwiększenia efektywności produkcji biogazu. O jego przydatności decydują m.in. takie właściwości jak stabilność pod względem chemicznym, rozwinięta powierzchnia właściwa, mikroporowatość oraz obecność grup funkcyjnych. Wyniki nielicznych prac badawczych wskazują, że biowęgiel może przyczyniać się do wzrostu tempa mineralizacji materii organicznej i produkcji metanu. Z uwagi na relatywnie wysoki koszt biowęgla wskazuje się na przyjęcie kompleksowego rozwiązania w produkcji biogazu zakładającego zastosowanie biowęgla do: (1) pozyskiwania biomasy do produkcji biogazu (dodatek do paszy i ściółki, polepszacz do gleb), (2) przygotowania wsadu do procesu fermentacji (dodatek do wsadu), (3) zaszczepiania wsadu w procesie fermentacji (nośnik mikroorganizmów), (4) oczyszczania biogazu (absorbent zanieczyszczeń), (5) oczyszczania frakcji ciekłej pofermentu (sorbent), (6) zagospodarowanie frakcji stałej pofermentu (substrat do produkcji biowęgla). Jednakże dostępne w literaturze wyniki prac badawczych wymagają dalszych badań i weryfikacji w warunkach rzeczywistych oraz poznania i wyjaśnienia wpływu biowęgla i jego właściwości na dynamikę przebiegu procesu fermentacji metanowej.

In view to numerous physical and chemical properties biochars can be used in many applications in the area of environmental protection and engineering. Recent findings show that biochar can be also applied in biogas production. Relatively high chemical stability and low susceptibility to degradation, high specific surface area, microporosity and the presence of functional groups indicate that biochar can have a potential for production of biogas. The available results from laboratory studies show that biochar can facilitate mineralization of organic matter and increase the yield of methane. Due to relatively high cost of biochar, the most favourable solution would include the following applications of biochar: (1) production of biomass for biogas production (as an additive to animal feed and bedding, a soil conditioner), (2) preparation of mixture (as an amendment), (3) inoculation of microorganisms (as an inoculum carrier), (4) treatment of biogas (as an absorbent), (5) treatment of liquid fraction of digestate (as a sorbent), (6) management of solid fraction of digestate (as a substrate for biochar production). However, the conducted studies need further work and confirmation in larger scale. Also, the effects of biochar on anaerobic fermentation dynamics should be investigated and explained.

Słowa kluczowe

biowęgiel fermentacja metanowa produkcja biogazu usuwanie amoniaku pulpa pofermentacyjna poferment

biochar anaerobic digestion biogas yield removal of ammonia digestate

Wydawca

Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Inżynieria Ekologiczna

Rocznik

2015

Tom

Nr 41

Strony

117--124

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Malińska K

kmalinska@is.pcz.czest.pl

Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. J.H. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Dach J.

jdach@up.poznan.pl

Instytut Inżynierii Biosystemów, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 50, 60-637 Poznań

Bibliografia

1. Ahmad M., Lee S.S., Dou X., Mohan D., Sung J.K., Yang J.E., Ok Y.S. 2012. Effects of pyrolysis temperature of soybean stover- and peanut shell-derived biochar properties and TCE adsorption in water. Bioresource Technology 118, 536–544.
2. Ahmad M., Rajapaksha A.U., Lim J.E., Zhang M., Bolan D.M., Vithanage M., Lee. S.S., Ok S.Y. 2014. Biochar as a sorbent for contaminant management in soil and water: A review. Chemosphere 99, 19–33.
3. Bargmann I., Rilling M.C., Buss W., Kruse A., Kuecke M. 2013. Hydrochar and biochar effects on germinatio of spring barley. Journal of Agronomy and Crop Science 199, 360–373.
4. Bird M.I., Wurster C.M., de Paula Silva P.H., Gass A.M., de Nys R. 2011. Algal biochar – production and properties. Bioresource Technology 102, 1886–1891.
5. Bis Z., 2012. Biowęgiel – powrót do przeszłości, szansa dla przyszłości. Czysta Energia 6.
6. Brick S. 2010. Biochar: Assessing the Promise and Risks to Guide US Policy. Natural Resource Defence Council, USA.
7. Brown R. 2009. Biochar production technology. W: Lehmann J., Joseph S. Biochar for Environmental Management Science and Technology. Earthscans, UK, 127–146.
8. Case S.D.C., McNamara N.P., Reay D.S., Whitaker J. 2014. Can biochar reduce soil greenhouse gas emissions from a Miscanthus bioenergy crop? Glob. Change Biol. Bioenergy 6, 76–89.
9. Czekała W., Pilarski K., Dach J., Janczak D., Szymańska M. 2012. Analiza możliwości zagospodarowania pofermentu z biogazowni. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 4, 13–15.
10. Chen B., Chen Z., 2009. Sorption of naphthalene and 1-naphthol by biochars of orange peels with different pyrolytic temperatures. Chemosphere 76, 127-133.
11. Czerwińska E., Kalinowska K. 2014. Warunki prowadzenia procesu fermentacji metanowej w biogazowni. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 2, 12–14.
12. European Biochar Certificate, http://www.european-biochar.org/en
13. Funke A., Mumme J., Koon M., Diakite M. 2013. Cascaded production of biogas and hydrochar from wheat straw: Energetic potential and rcovery of carbon and plant nutrients. Biomass and Bioenergy 58, 229–237.
14. Graydon J.W., Kirk D.W., Andrew J.W. 2012. Patent application WO 2012094736: Production of biochar adsorbent from anaerobic digestate (PCT/ CA2012/000022).
15. Ibarrola R., Shackely S., Hammond J. 2012. Pyrolysis biochar systems for recovering biodegradable materials: a life cycle carbon assessment. Waste Management 32, 859–868.
16. International Biochar Initiative, http://www.biochar-international.org
17. Inthapanya S., Preston T.R., Leng R.A. 2012. Biochar increases biogas production in a batch digester with cattle manure. Livestock Research for Rural Development 24, http://www.lrrd.org/lrrd24/12/ sang24212.htm
18. Inyang M., Gao B., Pullammanappallil P., Ding W., Zimmerman A.R. 2010. Biochar from anaerobically digested sugarcane bagasse. Bioresource Technology 10, 8868–8872.
19. Karaosmanoğlu F., Ergudenler A.I., Sever A. 2000. Biochar from the straw-stalk of rapeseed plant. Energy Fuels 14, 336–339.
20. Kwapiński W., Byrne C.M.P., Kryachko E., Wolfram P., Adley C., Leahy J.J., Novotny E.H., Hayes M.W.B. 2010. Biochar from Biomass and Waste. Waste Biomass Valorization 1, 177–189.
21. Lehman J., Joseph S. (ed.). Biochar for Environmental Management: Science and Technology, Earthscan, London 2009.
22. Lewandowski W.M., Ryms M., Meler P. 2010. Termiczno-chemiczna piroliza do biopaliw ciekłych i gazowych, jako metoda podnoszenia sprawności konwersji energii biomasy. Nafta-Gaz 8, 675–680.
23. Liu Z., Zhang F.S., Wu J. 2010. Characterization and application of chars produced from pinewood pyrolysis and hydrothermal treatment. Fuel 89, 510–514.
24. Luo C., Lü F., Shao L., He P. 2015. Application of eco-compatigle biochar in anaerobic digestion to relieve acid stress and promote the selective colonization of functional microbes. Water Research 68, 710–718.
25. Malińska K. 2012. Biowęgiel odpowiedzią na aktualne problemy ochrony środowiska. Inżynieria i Ochrona Środowiska 15(4), 387–403.
26. Malińska K., Dach J. 2014. Możliwości wykorzystania biowęgla w procesie kompostowania. Inżynieria Ekologiczna 36, 28–39.
27. Malińska K., Zabochnicka-Świątek M. 2014. The effect of sewage sludge mixture amended with biochar on activity of Eisenia fetida during laboratory vermicomposting. European Conference on Sludge Management, 26-27.05.2014, Turcja.
28. Malińska K., Zabochnicka-Świątek M., Dach J. 2014. Effect of biochar amendment on ammonia emission during composting of sewage sludge. Ecological Engineering 71, 474–478.
29. Maroušek J. 2013. Removal of hardly fermentable balast from the maize silage to accelerate biogas production. Industrial Crop and Products 44, 253–257.
30. Mohan D., Pittman C.U., Steele P.H. 2006. Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil: a critical review. Energy Fuels 20, 848–889.
31. Mohan D., Rajput S., Singh V.K., Steele P.H., Pittman C.U., Jr. 2011. Modeling and evaluation of chromium remediation from water using low cost bio-char, a green adsorbent. Journal of Hazardous Materials 188, 319–333.
32. Mohan D., Sarswat A., Ok S.Y., Pittman C.U. Jr. 2014. Organic and inorganic contaminants removal from water with biochar, a renewable, low cost and sustainable adsorbent – A critical review. Bioresource Technology 160, 191–202.
33. Mumme J., Eckervogt L., Pielert J., Diakite M., Rupp F., Kern J. 2011. Hydrothermal carboization of anaerobically digeste maize silage. Bioresource Technology 102, 9255–9260.
34. Mumme J., Srocke F., Heeg K. Werner M. 2014. Use of biochars in anaerobic digestion. Bioresource Technology 164, 189–197.
35. Muradov N., Fidalgo B., Gujar A.C., Garceau N., T-Raissi A. 2012. Production and characterization of Lemna minor bio-char and its catalytic application for biogas reforming. Biomass and Bioenergy 42, 123–131.
36. Novotny E.H., Auccalse R., Velloso M.H.R., Correa C.J., Higarashi M.M., Abreu V.M.N., Rocha J.D., Kwapinski W. 2012. Characterization of phosphate structures in biochar from swine bones. Pesquisa Agropecuaria Brasileira 47(5), 672–676.
37. Pereira R.C., Muetzel S., Arbestain M.C., Bishop P., Hina K., Hedley M. 2014. Assessment of the influence of biochar on rumen and silage fermentation: A laboratory-scale experiment. Animal Feed Science and Technology 196, 22–31.
38. Sànchez M.E., LIndao E., Margaleff D., Martínez O., Morán A. 2009. Pyrolysis of agricultural residues from rape and sunflower: production and characterization of bio-fuels and biochar soil management. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 85, 142–144.
39. Schmidt H.P. 2012a. 55 uses of biochar. Ithaka Jurnal 1, 286–289.
40. Schmidt H.P. 2012b. Treating manure with biochar. Ithaka Journal 1, 273–276.
41. Shackley S., Carter S., Knowles T., Middelink E., Haefele S., Sohi S., Cross A., Haszeldine S. 2012. Sustainable gasification-biochar systems? A case-study of environmental and health and safety issues. Energy Policy 42, 49–58.
42. Song W., Guo M. 2012. Quality variations of poultry litter biochar generated at different pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 94, 138–145.
43. Steiner C., Das K.C. Melear N., Lakly D. 2010. Reducing nitrogen loss during poultry litter composting using biochar. Journal of Environmental Quality 39(4), 1236–1242.
44. Steiner C., Melear N., Harris K., Das K.C. 2011. Biochar as bulking agent for poultry litter composting. Carbon Management 2(3), 227–230.
45. Tang J., Zhy W, Kookana R. Katayama A. 2013. Characteristics of biochar and its application in remediation of contaminated soil. Journal of Bioscience and Bioengineering 116(6), 653–659.
46. Verheijen F.G.A., Jeffery S., Bastos A.C., van der Velde M., Diafas I. 2010. Biochar Application to Soils - A Critical Scientific Review of Effects on Soil Properties, Process and Functions. EUR 24099 EN.
47. Watanabe R., Tada C., Baba Y., Fukuda Y., Nakai Y. 2013. Enhancing methane production during the anaerobic digestion of crude glycerol using Japanese cedar charcoal. Bioresource Technology 150, 387–392.
48. Zabochnicka-Świątek M., Malińska K. 2010. Removal of ammonia by clinoptilolite. Global Nest Journal 10(2), 256–261.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-40ecfdaa-16d1-4090-8147-ed1c13943f9f