Jakość biogazu rolniczego w Polsce na tle doniesień literaturowych

• Autorzy: Holewa-Rataj Jadwiga , Kukulska-Zając Ewa

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.12.04

Warianty tytułu

EN

The quality of agricultural biogas in Poland against the background of literature reports

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań jakości biogazu rolniczego produkowanego w Polsce. Uzyskane wyniki odniesiono do dostępnych danych publikowanych w tym zakresie w literaturze, zarówno krajowej, jak i światowej. Próbki oczyszczonego biogazu rolniczego pobrano do odpowiednich pojemników w 11 wybranych do badań biogazowniach, zachowując ich reprezentatywność w stosunku do wszystkich biogazowni rolniczych w Polsce. Wytypowane do badań biogazownie rolnicze stanowiły obiekty o zróżnicowanej wielkości, charakterystyce stosowanych substratów oraz różnym zakresie parametrów podlegających uzdatnieniu. W biogazowniach tych prowadzono głównie procesy osuszania i odsiarczania produkowanego biogazu rolniczego, a w przypadku jednej z biogazowni usuwane były również siloksany. Oznaczenie zawartości tlenku węgla(II), amoniaku oraz parametrów związanych z wilgotnością biogazu przeprowadzono na miejscu ze względu na możliwe zmiany składu gazu, wynikające z jego transportu. Pozostałe parametry jakościowe biogazu wyznaczono w laboratorium. W badanych próbkach biogazu rolniczego oznaczono zawartość takich substancji jak: wodór, azot, tlen, tlenek węgla(IV), metan, węglowodory C2–C5, siarkowodór, tiole (merkaptany), siloksany, alkohole (takie jak metanol, etanol oraz i-propanol), wybrane węglowodory jedno- oraz wielopierścieniowe, a także organiczne i nieorganiczne chlorki i fluorki. Badania zostały przeprowadzone głównie z wykorzystaniem metody chromatografii gazowej. Jedynie w przypadku oznaczania zawartości organicznych i nieorganicznych chlorków i fluorków wykorzystano metodę chromatografii jonowej, a w przypadku oznaczania wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych zastosowano metodę wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Uzyskane wyniki badań wykazały, że zmienność składu biogazu rolniczego produkowanego w Polsce jest znacznie mniejsza niż opisywana w literaturze (zarówno krajowej, jak i światowej), co przyczynia się do stabilności jego parametrów energetycznych. Należy dodać, że oznaczona podczas badań zawartość zanieczyszczeń mogących występować w biogazach rolniczych była również znacznie niższa, niż podaje literatura.

EN

The article presents the results of research on the quality of agricultural biogas produced in Poland. The obtained results were compared to the available data published in this field in both domestic and world literature. Samples of purified agricultural biogas were collected in appropriate containers in 11 biogas plants selected for the research, maintaining their representativeness in relation to all agricultural biogas plants in Poland. The agricultural biogas plants selected for the research were objects of various sizes, characteristics of the substrates used and range of parameters to be treated. In these biogas plants, mainly the processes of drying and desulphurizing of the produced agricultural biogas were carried out, in the case of one of the biogas plants, siloxanes were also removed. The determination of the content of carbon monoxide(II), ammonia and the parameters related to biogas humidity was carried out on site due to possible changes in the gas composition resulting from its transport. The remaining quality parameters of biogas were determined in the laboratory. The contents of such substances as: hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon monoxide(IV), methane, C2-C5 hydrocarbons, hydrogen sulfide, thiols (mercaptans), siloxanes, alcohols (such as methanol, ethanol and i-propanol), selected monocyclic and polycyclic hydrocarbons were determined in the tested samples of agricultural biogas, as well as organic and inorganic chlorides and fluorides. The research was mainly carried out using the gas chromatography method. Only in the case of determining the content of organic and inorganic chlorides and fluorides the ion chromatography method was used, and in the case of determination of polycyclic aromatic hydrocarbons the method of high-performance liquid chromatography was used. The obtained research results showed that the variability of the composition of agricultural biogas produced in Poland is much lower than that described in the literature (both domestic and global), which contributes to the stability of its energy parameters. It should be added that the content of pollutants that may be present in agricultural biogas determined during the research was also much lower than that provided in the literature data published in this field.

Słowa kluczowe

PL

biogaz; jakość; biogaz rolniczy

EN

biogas; quality; agricultural biogas

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 12
• Strony: 878--884
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., rys.

Twórcy

autor

Holewa-Rataj Jadwiga

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kukulska-Zając Ewa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Andersson F.A.T, Karlsson A., Svensson B.H., Ejlertsson J., 2004. Occurrence and Abatement of Volatile Sulfur Compounds during Biogas Production. Journal of the Air & Waste Management Association, 54(7): 855–861. DOI:10.1080/10473289.2004.10470953.
• Bashar M.A., 2018. Biogas Quality Improvement Using Water Wash and Phosphorus Recovery as Struvite in Jones Island WWTP. Theses and Dissertations, 1746. <https://dc.uwm.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2751&context=etd> (dostęp: 3.03.2021).
• Butlewski K., 2016. Metody uzdatniania biogazu z uwzględnieniem możliwości integracji termicznej z procesem fermentacji biomasy. Problemy Inżynierii Rolniczej, 24(2): 67–83.
• California Energy Commission, 2020. Evaluation and Identification of Constituents in Pipeline Natural Gas, Biogas, and Biomethane in California: Wastewater Treatment, Green Waste, and Landfills.<https://ww2.energy.ca.gov/2020publications/CEC-500-2020-031/CEC-500-2020-031.pdf> (dostęp: 8.03.2021).
• Cebula J., Janusz-Cygan A., 2020. Produkcja i uzdatnianie biogazu w Polsce to konieczność czy szansa? Przegląd Techniczny: Gazeta Inżynierska, 7–8: 27–31.
• Dębowski M., Zieliński M., Kisielewska M., Dudek M., Romanowska-Duda Z., 2018. Skuteczność wytwarzania biogazu w procesie współfermentacji metanowej biomasy mikroglonów i kiszonki kukurydzy. Ochrona Środowiska, 40(3): 15–20.
• Foppiano D., Tarik M., Schneebeli J., Calbry-Muzyka A., Biollaz S.,
• Ludwig Ch., 2020. Siloxane compounds in biogas from manure and mixed organic waste: Method development and speciation analysis with GC-ICP-MS. Talanta, 208: 120398. DOI: 10.1016/j.talanta.2019.120398
• Gaj K., 2020. Adsorptive Biogas Purification from Siloxanes – A Critical Review. Energies, 13(10): 2605. DOI: 10.3390/en13102605.
• Gaj K., Ciołek J., Pakuluk A., Steininger M., 2014. Siloksany w biogazie – geneza, zagrożenia, problemy analityczne. Gaz, Woda; Technika Sanitarna, 10: 394–397.
• Gao R., Cheng S.K., Li Z.F., 2017. Research progress of siloxane removal from biogas. International Journal of Agriculturaland Biological Engineering, 10(1): 30–39. DOI: 10.3965/j.ijabe.20171001.3043.
• Gerlach F., Grieb B., Zerger U., 2013. Sustainable biogas production,a handbook for organic farmers. <https://ec.europa.eu/energy/intelligent/projects/sites/ieeprojects/files/projects/documents/sustaingas_handbook_en.pdf> (dostęp: 5.02.2021).
• Gołaszewski J., 2011. Wykorzystanie substratów pochodzenia rolniczego w biogazowniach w Polsce. Postępy Nauk Rolniczych, 2:69–94. <https://journals.pan.pl/Content/93030/mainfile.pdf?handler=pdf> (dostęp: 05.02.2021).
• Habagil M., Keucken A., Sárvári Horváth I., 2020. Biogas Production from Food Residues – The Role of Trace Metals and Co-Digestion with Primary Sludge. Environments, 7(6): 42. DOI: 10.3390/environments7060042.
• Hilaire F., Basset E., Bayard R., Gallardo M., Thiebaut M., Vial J., 2017. Comprehensive two-dimensional gas chromatography for biogas and biomethane analysis. Journal of Chromatography A,1524: 222–232. DOI: 10.1016/j.chroma.2017.09.071.
• Holewa J., Szlęk M., Król A., 2014. Oznaczanie halogenów w biogazie. Przemysł Chemiczny, 93(10): 1717–1719.
• Janas M., Zawadzka A., 2018. Assessment of environmental impact of agricultural biogas plants. Acta Innovations, 27: 24–30. DOI:10.32933/ActaInnovations.27.3.
• Kaufman J., Roach A., Moreland J., Parcell J., 2020. Biogas Digestion: Economic and Asset Assessment for Missouri. Report to: Missouri Agricultural and Small Business Development Authority Missouri Value added Grant Program. <https://extension.missouri.edu/media/wysiwyg/Extensiondata/Pro/AgBusinessPolicyExtension/Docs/MO-Biogas-Report.pdf> (dostęp: 1.03.2021).
• Klemba K., 2015. Biogazownia jako potencjalne źródło zagrożeń emisjami odorowymi oraz działania prewencyjne. Eliksir, 2: 22–27.
• Konkol I., Cebula J., Bohdziewicz J., Piotrowski K., Sakiewicz P., Piechaczek-Wereszczyńska M., Cenian A., 2020. Mineral deposit formation in gas engines during combustion of biogas from landfills and municipal WWTP. Ecological Chemistry and Engineering S, 27(3): 347–356. DOI: 10.2478/eces-2020-0022.
• Kuziemska B., Trębicka J., Wieremiej W., Klej P., Pieniak-Lendzion K., 2014. Korzyści i zagrożenia w procesie produkcji biogazu. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach, Seria: Administracja i Zarządzanie. 103: 99–113.
• Kwaśny J., Balcerzak W., Rezka P., 2016. Biogaz i charakterystyka wybranych metod jego odsiarczania. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, 63(2/I/16): 129–141. DOI: 10.7862/rb.2016.116.
• Laizāns A., Vardanjan R., 2017. Mathematical Modelling of Biogas Dehumidification by Using of Counter Flow Heat Exchanger. Journal of Clean Energy Technologies, 5(2). DOI: 10.18178/JOCET.2017.5.2.364.
• Maurer C., Müller J., 2019. Drying Characteristics of Biogas Digestate in a Hybrid Waste-Heat/Solar Dryer. Energies, 12(7): 1294. DOI:10.3390/en12071294.
• Mezmur Y., Bogale W., 2019. Simulation and experimental analysis of biogas upgrading. AIMS Energy, 7. DOI: 10.3934/energy.2019.3.371.
• Mwacharo F., Bhandari S., Othman A., Rautio A.R., 2020. Biogas drying and purification methods. Centria University of Applied Sciences: 1–53. <https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/356234/978-952-7173-55 8.pdf?sequence=2&isAllowed=y> (dostęp: 24.02.2021).
• Nyamukamba P., Mukumba P., Chikukwa E.S., Makaka G., 2020. Biogas Upgrading Approaches with Special Focus on Siloxane Removal – A Review. Energies, 13(22): 6088. DOI: 10.3390/en13226088.
• Papurello D., Tomasi L., Silvestri S., Belcari I., Santarelli M., Smeacetto F., Biasioli F., 2016. Biogas trace compound removal with ashes using proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry as innovative detection tool. Fuel Processing Technology,145: 62–75. DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.01.028.
• Piechota G., 2017. Jakość biogazu a wymogi kogeneracji w instalacji CHP: świadomość surowca, analiza krzemo-organicznych zanieczyszczeń oraz sposoby ich usuwania. Forum Eksploatatora, 90(3): 56–59. <http://gpchem.pl/wp-content/uploads/2017/05/FE-2017-3_o_GPChem.pdf> (dostęp: 24.02.2021).
• Pietrzyk D., Klepacz-Smółka A., 2018. The use of out-of-date frozen food as a substrate for biogas in anaerobic methane fermentation. Acta Innovations, 29: 67–75. DOI: 10.32933/ActaInnovations.29.7.
• Piwowar A., Dzikuć M., Adamczyk J., 2016. Agricultural biogas plants in Poland – selected technological, market and environmental aspects. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58:69–74. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.153.
• Rejman-Burzyńska A., Jędrysik E., Gądek M., 2013. Concept of the plant for upgrading biogas to biomethane. Przemysł Chemiczny, 92(1): 68–72.
• Rutkowski K., 2011. Analiza wydajności oraz składu biogazu w biogazowi o mocy 1 MW. Inżynieria Rolnicza, 6: 173–178.
• Scholz V., Ellner J., 2011, Use of Biogas in Fuel Cells – Current R&D. Journal of Sustainable Energy & Environment, Special Issue:11–15. <http://jseejournal.com/media/194/attachment/Use%20of%20biogas_Scholz_p.%2011-15.pdf> (dostęp: 01.03.2021).
• Shen M., Zhang Y., Hu D., Fan J., Zeng G., 2018. A review on removal of siloxanes from biogas: with a special focus on volatilemethylsiloxanes. Environmental Science and Pollution Research,25: 30847–30862. DOI: 10.1007/s11356-018-3000-4.
• Sherman E., 2016. Quantitative Characterization of Biogas Quality – a Study of Biogas Quality at Stormossen Oy. Degree Programme in Energy and Environmental Engineering. <https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/107935/Quantitative_Characterization_ of_Biogas_Quality.pdf?isAllowed=y&sequence=1> (dostęp: 24.02.2021).
• Stanuch I., Biegańska J., 2014. Siloxane in the biogas. Archives of Waste Management and Environmental Protection, 16(2): 1–8.
• Szlęk M., Król A., 2013, Opracowanie metody analitycznej oznaczania siloksanów w biogazie, Nafta-Gaz, 11: 851–857.
• Yentekakis I.V., Goula G., 2017. Biogas Management: Advanced Utilization for Production of Renewable Energy and Added-value Chemicals. Front. Environ. Sci., DOI: 10.3389/fenvs.2017.00007.
• Załuska M., Piekutin J., Magrel L., 2018. Efektywność ekonomiczna i energetyczna funkcjonowania biogazowni w zależności od zastosowanego substratu. Budownictwo i Inżynieria Środowiska,9(1): 51–56.
• Zamorska-Wojdyła D., Gaj K., Hołtra A., Sitarska M., 2012. Quality evaluation of biogas and selected methods of its analysis. Ecological Chemistry and Engineering S, 19(1): 77–87. DOI:10.2478/v10216-011-0008-9.
• Zhang Y., Zhu Z., Zheng Y., Chen Y., Yin F., Zhang W., Dong H.,
• Xin H., 2019. Characterization of Volatile Organic Compound (VOC) Emissions from Swine Manure Biogas Digestate Storage. Atmosphere, 10(7): 411. DOI: 10.3390/atmos10070411.
• Akty prawne i normatywne
• PN-EN 16723-1:2016-12 Gaz ziemny i biometan używany w transporcie oraz biometan zatłaczany do sieci gazu ziemnego – Część 1: Wymagania dotyczące biometanu zatłaczanego do sieci gazu ziemnego.
• ST-IGG-3501:2019 Wymagania jakościowe i techniczne dla biometanu wprowadzanego do sieci dystrybucyjnej. Część 1. Wymagania jakościowe.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).