Skuteczność wytwarzania biogazu w procesie współfermentacji metanowej biomasy mikroglonów i kiszonki kukurydzy

Dębowski, M.; Zieliński, M.; Kisielewska, M.; Dudek, M.; Romanowska-Duda, Z.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Skuteczność wytwarzania biogazu w procesie współfermentacji metanowej biomasy mikroglonów i kiszonki kukurydzy

Autorzy

Dębowski M. , Zieliński M. , Kisielewska M. , Dudek M. , Romanowska-Duda Z.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Effectiveness of biogas production in the process of anaerobic methane co-digestion of microalgae biomass and maize silage

Języki publikacji

Abstrakty

Rozwój zrównoważonego rynku bioenergii opiera się obecnie na uprawach energetycznych, których zwiększona produkcja konkuruje ze światowym zaopatrzeniem w żywność oraz paszę. W związku z tym jest potrzeba poszukiwania alternatywnej biomasy energetycznej z roślin nie przeznaczonych do spożycia. Alternatywę stanowi biomasa mikroglonów, która może być produkowana niezależnie od wykorzystania gruntów rolnych. Mając to na uwadze, przeprowadzono badania laboratoryjne (w reaktorach mezofilowych pracujących w systemie ciągłym) nad określeniem potencjału biomasy mikroglonów, jako surowca do współfermentacji metanowej z kiszonką z kukurydzy (Zea mays), w celu zwiększenia wydajności wytwarzania biogazu i metanu. Na podstawie uzyskanych wyników badań wykazano, że dodatek biomasy mikroglonów do kiszonki kukurydzy poprawił wartość stosunku C/N, w porównaniu do pojedynczych substratów fermentacyjnych. Największą ilość metanu (3045 cm3/d) oraz największą wydajność wytwarzania biogazu (628 cm3/g – w odniesieniu do suchej masy organicznej) uzyskano wówczas, gdy biomasa mikroglonów stanowiła 40% mieszaniny poddanej fermentacji, a stosunek C/N wynosił 17,53.

Development of a sustainable bioenergy market is based these days on energy crops, increased production of which competes with global food and feed supply. Consequently, there is a need to identify an alternative energy biomass of non-food plant species. The microalgae biomass offers such an alternative as it may be produced independently of farm land use. Therefore, laboratory studies (continuous reactors, mesophilic conditions) were carried out to investigate the potential of microalgae biomass as a feedstock for methane codigestion with the energy crop Zea mays silage, with the aim to enhance biogas/methane yield. The results showed that mixing of the maize silage with microalgae biomass improved the C/N ratio when compared to the individual fermentation substrates. The highest methane and biogas production (3 045 cm3/d and 628 cm3/g per dry mass, respectively) were achieved when microalgae biomass constituted 40% of the feedstock and the C/N ratio was 17.53.

Słowa kluczowe

fermentacja metanowa mikroglony kiszonka kukurydzy biomasa współfermentacja biogaz metan stosunek C:N

methane fermentation microalgae maize silage biomass anaerobic co-digestion biogas methane C/N ratio

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2018

Tom

Vol. 40, nr 3

Strony

15--20

Opis fizyczny

Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dębowski M.

marcin.debowski@uwm.edu.pl

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. Warszawska 117A, 10-719 Olsztyn

autor

Zieliński M.

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. Warszawska 117A, 10-719 Olsztyn

autor

Kisielewska M.

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. Warszawska 117A, 10-719 Olsztyn

autor

Dudek M.

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. Warszawska 117A, 10-719 Olsztyn

autor

Romanowska-Duda Z.

Uniwersytet Łódzki, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Pracownia Ekofi zjologii Roślin, ul. Stefana Banacha 13/16, 90-237 Łódź

Bibliografia

1. D. B. P. BARBOSA, M. NABEL, N. D. JABLONOWSKI: Biogas-digestate as nutrient source for biomass production of Sida Hermaphrodita, Zea mays L. and Medicago sativa L. Energy Procedia 2014, Vol. 59, pp. 120–126.
2. K. J. JANKOWSKI, B. DUBIS, W. S. BUDZYŃSKI, P. BÓRAWSKI, K. BUŁKOWSKA: Energy efficiency of crops grown for biogas production in a large-scale farm in Poland. Energy 2016, Vol. 109, pp. 277–286.
3. N. D. JABLONOWSKI, T. KOLLMANN, M. NABEL, T. DAMM, H. KLOSE, M. MÜLLER, M. BLÄSING, S. SEEBOLD, S. KRAFFT, I. KUPERJANS, M. DAHMEN, U. SCHURR: Valorization of Sida (Sida hermaphrodita) biomass for multiple energy purposes. GCB Bioenergy 2017, Vol. 9, No. 1, pp. 202–214.
4. S. CHINNASAMY, A. BHATNAGAR, R. CLAXTON, K. C. DAS: Biomass and bioenergy production potential of microalgae consortium in open and closed bioreactors using untreated carpet industry effluent as growth medium. Bioresource Technology 2010, Vol. 101, pp. 6751–6760.
5. P. PIENKOS, A. DARZINS: The promise and challenges of microalgal-derived biofuels. Biofuels Bioproducts and Biorefining 2009, Vol. 3, pp. 431–440.
6. M. DĘBOWSKI, M. ZIELIŃSKI, A. GRALA, M. DUDEK: Algae biomass as an alternative substrate in biogas production technologies – review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2013, Vol. 27, pp. 596–604.
7. M. WANG, C. PARK: Investigation of anaerobic digestion of Chlorella sp. and Micractinium sp. grown in high-nitrogen wastewater and their co-digestion with waste activated sludge. Biomass and Bioenergy 2015, Vol. 80, pp. 30–37.
8. M. ZIELIŃSKI, M. DĘBOWSKI, M. KRZEMIENIEWSKI: Ocena wydajności produkcji biomasy glonowej w reaktorze rurowym przy wykorzystaniu jako pożywki odcieków z bioreaktora fermentacji metanowej. Rocznik Ochrona Środowiska 2011, vol. 13, ss. 1577–1590.
9. M. E. MONTINGELLI, S. TEDESCO, A. G. OLABI: Biogas production from algal biomass: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2015, Vol. 43, pp. 961–972.
10. H. W. YEN, D. E. BRUNE: Anaerobic co-digestion of algal sludge and waste paper to produce methane. Bioresource Technology 2007, Vol. 98, pp. 130–134.
11. J. MATA-ALVAREZ, S. MACÉ, P. LLABRÉS: Anaerobic digestion of organic solid wastes. An overview of research achievements and perspectives. Bioresource Technology 2000, Vol. 74, pp. 3–16.
12. G. F. PARKIN, W. F. OWEN: Fundamentals of anaerobic digestion of wastewater sludges. Journal of Environmental Engineering (ASCE) 1986, Vol. 112, pp. 867–920.
13. W. ZHONG, Z. ZHONGZHI, L. YIJING, Q. WEI, X. MENG, Z. MIN: Biogas productivity by co-digesting Taihu blue algae with corn straw as an external carbon source State Key. Bioresource Technology 2012, Vol. 114, pp. 281–286.
14. X. WU, W. YAO, J. ZHU, C. MILLER: Biogas and CH(4) productivity by co-digesting swine manure with three crop residues as an external carbon source. Bioresource Technology 2010, Vol. 101, pp. 4042–4047.
15. G. ESPOSITO, L. FRUNZO, A. PANICO, F. PIROZZI: Enhanced bio-methane production from co-digestion of different organic wastes. Environmental Technology 2012, Vol. 33, pp. 2733–2740.
16. B. DEMIREL, P. SCHERER: Bio-methanization of energy crops through mono-digestion for continuous production of renewable biogas. Renewable Energy 2009, Vol. 34, pp. 2940–2945.
17. S. SCHWEDE, A. KOWALCZYK, M. GERBER, R. SPAN: Anaerobic co-digestion of the marine microalga Nannochloropsis salina with energy crops. Bioresource Technology 2013, Vol. 148, pp. 428–435.
18. C. GONZÁLEZ-FERNÁNDEZ, B. MOLINUEVO-SALCES, M. C. GARCÍA-GONZÁLEZ: Evaluation of anaerobic codigestion of microalgal biomass and swine manure via response surface methodology. Applied Energy 2011, Vol. 88, No. 10, pp. 3448–3453.
19. S. M., CARVER, C. J HULATT, D. N, THOMAS, O. H. TUOVINEN: Thermophilic, anaerobic co-digestion of microalgal biomass and cellulose for H2 production. Biodegradation 2011, Vol. 22, No. 4, pp. 805–814.
20. S. C. PENG, C. H. HOU, J. WANG, T. H. CHEN, X. M. LIU, Z. B. YUE: Performance of anaerobic co-digestion of corn straw and algae biomass from lake Chaohu. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2012, Vol. 28, pp. 173–178.
21. T. MATSUI, Y. KOIKE: Methane fermentation of a mixture of seaweed and milk at a pilot-scale plant. Journal of Bioscience and Bioengineering 2010, Vol. 110, No. 5, pp. 558–563.
22. M. RAS, L. LARDON, S. BRUNO, N. BERNET, J. P. STEYER: Experimental study on a coupled process of production and anaerobic digestion of Chlorella vulgaris. Bioresource Technology 2011, Vol. 102, pp. 200–206.
23. C. POSTEN, G. SHAUB: Microalgae and terrestrial biomass as source for fuel – a process review. Journal of Biotechnology 2009, Vol. 142, pp. 64–69.
24. M. DĘBOWSKI: Wykorzystanie biomasy glonów jako substratu w procesie fermentacji metanowej. Wydawnictwo UWM w Olsztynie, Olsztyn 2013.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-571b13db-f35c-4c00-a9a3-92ac8a61b009