Hydrogen and methane production from whey

• Autorzy: Kozłowski K. , Dach J. , Lewicki A. , Cieślik M. , Czekała W. , Janczak D. , Smurzyńska A. , Rodríguez Carmona P. C.

Warianty tytułu

PL

Wodór i metan produkowany z serwatki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Decreasing amount of fossil fuels in the world encourages the searching of alternative energy sources. In this time of energetic crisis, the production of hydrogen is an interesting solution. Hydrogen does not produce any contaminating emission. The aim of this study was to build a project installation that produces gas biofuels and define the potential biohydrogen and biogas possible to produce from the waste of a dairy plant. The calculations assume a production of 400 m3 per day of whey permeate from the dairy plant. The methane fermentation process was carried out according to the modified German standard DIN 38 414/S8 in the eco-technology laboratory in the Poznan University of Life Sciences. The results revealed that, with the assumed quantity of available substrate, it is possible to generate 1 570 960 m3 of hydrogen per year and 4 749 469 m3 of biogas with a methane percentage of approx. 49%. Based on these results it could be possible to build a biogas plant of an estimated power of 0,99 MW of electricity and 1,12 MW of heat, as well as the hydrogen fuel cell power of 0,32 MW of electricity.

PL

Kończące się zasoby paliw kopalnych skutkują sytuacją, w której świat staje w obliczu konieczności poszukiwania nowych, alternatywnych źródeł energii. W czasach kryzysu energetycznego interesującym rozwiązaniem wydaje się być produkcja i wykorzystanie wodoru, który zarówno w wyniku spalenia, jak i wykorzystania w ogniwie paliwowym nie emituje zanieczyszczeń środowiska. Celem pracy było określenie możliwych do wyprodukowania ilości biowodoru oraz biogazu z mleczarskiego odpadu poprodukcyjnego. W obliczeniach uwzględniono umiejscowienie instalacji przy zakładzie mleczarskim produkującym dziennie 400 m3 permeatu serwatkowego. Wykorzystano ponadto wyniki badań przeprowadzonych w Pracowni Ekotechnologii w Poznaniu uzyskane na podstawie analiz wykonanych zgodnie z obowiązującą niemiecką normą DIN 38 414/S8. Na potrzeby obliczeń posłużono się także danymi zamieszczonymi w najnowszej literaturze przedmiotu. Na postawie uzyskanych wyników wykazano, że z zakładanej ilości dostępnego substratu możliwe będzie wytworzenie rocznie 1 570 960 m3 wodoru oraz 4 749 469 m3 biogazu o procentowej zawartości metanu ok. 49%. W oparciu o te dane obliczono realną moc biogazowni na poziomie 0,99 MW energii elektrycznej oraz 1,12 MW ciepła, a także moc ogniwa paliwowego wynoszącą 0,32 MW energii elektrycznej.

Słowa kluczowe

EN

power engineering; biohydrogen; hydrogen production; biogas; methane

PL

energetyka; biowodór; produkcja wodoru; biogaz; metan

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, nr 2
• Strony: 44--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kozłowski K.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Dach J.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Lewicki A.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Cieślik M.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, ul. Wojska Polskiego 50, 60-637 Poznań, Poland

autor

Czekała W.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Janczak D.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Smurzyńska A.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Rodríguez Carmona P. C.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów

Bibliografia

• [1] Adams M.W.W., Stiefel E.I.: Biological hydrogen production: not so elementary. Science, 1998, 282, 1842-1843. DOI: 10.1126/science.282.5395.1842.
• [2] Azbar N, Dokgoz FT, Keskin T, Eltem R, Korkmaz KS, Gezgin Y, Akbal Z, Ӧncel S, Dalay MC, Gönen C, Tutuk F. Comparative evaluation of biohydrogen production from cheese whey wastewater under thermophilic and mesophilic anaerobic conditions. Int. J. Green Energy, 2009, 6, 192-200. DOI: 10.1080/15435070902785027.
• [3] Azbar N., Dokgoz F.T.C., Keskin T., Korkmaz K.S., Syed H.M.: Continuous fermentative hydrogen production from cheese whey wastewater under thermophilic anaerobic conditions. Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34, 7441-7447 DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.04.032.
• [4] Boniecki P., Nowakowski K., Ślósarz P., Dach .J, Pilarski K.: Neural image analysis for estimating aerobic and anaerobic decomposition of organic matter based on the example of straw decomposition. 4th International Conference on Digital Image Processing. Kuala Lumpur (Malaysia), proceedings of SPIE, Vol. 8334. Article Number: 83342B. 2012. DOI: 10.1117/12.954165.
• [5] Castello E., Garcia Y., Santos C., Iglesias T., Paolino G., Wenzel J., Borzacconia L., Etchebehereb C.: Feasibility of biohydrogen production from cheese whey using UASB reactor. Links between microbial community and reactor performance. Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34, 5674-5682. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.05.060.
• [6] Czekała W., Pilarski K., Dach J., Janczak D., Szymańska M.: Analiza możliwości zagospodarowania pofermentu z biogazowni. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna, 2012, 4, 13-15.
• [7] Dach J., Boniecki P., Przybył J., Janczak D., Lewicki A., Czekała W., Witaszek K., Carmona P.C.R., Cieślik M.: Energetic efficiency analysis of the agricultural biogas plant in 250 kW(e) experimental installation. Energy. 2014, 69, 3438, DOI: 10.1016/j.energy.2014.02.013.
• [8] Davila-Vazquez G., Alatriste-Montragon F., de Leon Rodriguez A., Razo-Flores E.: Fermentative hydrogen production in batch experiments using lactose, cheese whey and glucose: influence of initial substrate concentration and pH. Int. J. Hydrogen Energy, 2008, 33, 4989-4997. DOI: 10.1016/ j.ijhydene.2008.06.065.
• [9] Ferchici M., Crabbe E., Gil G.-H., Hintz W., Almadidiy A.: Influence of initial pH on hydrogen production from cheese whey. J. Biotechnol., 2005, 120, 402-429. DOI: 10.1016/ j.jbiotec.2005.05.017.
• [10] Janczak D., Mazur R., Boniecki P., Dach J., Przybyl J., Pawlak P., Pilarski K., Czekala W.: The Selected Examples of the Application of Computer Image Analysis in the Assessment of Environmental Quality. Proc. SPIE 8878. Fifth International Conference on Digital Image Processing (ICDIP 2013). Article Number: 88783R. 2013. DOI: 10.1117/12.2031069.
• [11] Kapdan I.K., Kargi F.: Bio-hydrogen production from waste materials. Enzyme and Microbial Tech., 2006, 38(5), 569582. DOI: 10.1016/j.enzmictec.2005.09.015.
• [12] Kergi F., Eren N.S., Ozomihci S.: Bio-hydrogen production from heese whey powder (CWP) solution: Comparison of thermophilic and mesophilic dark fermentations. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37(10), 8338-8342. DOI, 10.1016/j.ijhydene.2012.02.162.
• [13] Lewicki A., Dach J., Czekała W., Janczak D., Cieślik M., Witaszek K., Carmona P.C.R.: Testing the biogas substrate efficiency from the Experimental Farms’s of Poznan University of Life Scienses in Przybroda biogas plant. Archives of Waste Management and Environmental Protection, 2014, 16, 27-30.
• [14] Poczta W.: Gospodarstwa rolne w Polsce na tle gospodarstw Unii Europejskiej - wpływ WPR. Warszawa: Zakład Wydawnictw Statystycznych, 2013.
• [15] Sikora A.: Produkcja wodoru w procesach prowadzonych przez drobnoustroje. Post. Mikrobiol., 2008, 47, 465-482.
• [16] Starzyk J., Czekała W.: The Influence of Admixtures Accelerating the Pine Bark Composting Process on Variation in the Bacteriological State of Composts. Archives of environmental protection, 2014, 40(4), 125-135. DOI: 10.2478/aep-20140044.
• [17] Szulc R., Dach J.: Kierunki rozwoju ekoenergetyki w polskim rolnictwie. Kraków: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej, 2014.
• [18] Tenca A., Schievano A., Perazzolo F., Adani F., Oberti R.: Biohydrogen from thermophilic co-fermentation of swine manure with fruit and vegetable waste: Maximizing stable production without pH control. Bioresource Technology, 2011, 102(18), 8582-8588. DOI: 10.1016/j.biortech. 2011.03.02.
• [19] Waligórska M., Łaniecki M.: Biologiczne metody otrzymywania wodoru. Na pograniczu biologii i chemii, 2005, 12, 477-498.
• [20] Yang P., Zhang R., McGarvey J.A., Benemann J.R.: Biohydrogen production from cheese processing wastewater by anaerobic fermentation using mixed microbial communities. Int. J. Hydrogen Energy, 2007, 32, 4761-4767. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2007.07.038.
• [21] Zaborowicz M., Przybył J., Koszela K., Boniecki P., Mueller W., Raba B., Lewicki A., Przybył K.: Computer image analysis in obtaining characteristics of images greenhouse tomatoes in the process of generating learning sets of artificial neural networks. Proceedings of SPIE. Sixth International Conference on Digital Image Processing (ICDIP 2014), 91590D (April 16, 2014), 2014. ISSN: 0277-786X. DOI: 10.1117/12.2064066.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.