Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wytwarzanie bioodpadów w odpadach komunalnych jako substratu do produkcji biogazu na przykładzie południowo-wschodniej Polski

Klojzy-Karczmarczyk Beata, Makoudi Said

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2025

|

nr 113

175--187

PL

Analizowano wielkość wytwarzania bioodpadów przez mieszkańców województw podkarpackiego, śląskiego i małopolskiego. Podstawowym źródłem danych są plany gospodarki odpadami opracowane na szczeblu wojewódzkim, stan aktualny i prognozowane zmiany (PGOWP 2022–2026; PGOWŚ 2023–2028; PGOWM 2023– –2028). Założono, że masa bioodpadów wytwarzanych w sektorze komunalnym, które mogą zostać skierowane do produkcji biogazu obejmuje łącznie bioodpady zbierane selektywnie (odpady o kodach 20 01 08 oraz 20 02 01), bioodpady wydzielone ze strumienia niesegregowanych (zmieszanych) odpadów komunalnych oraz bioodpady zebrane w przydomowych kompostownikach. Najwyższe wytwarzanie bioodpadów wykazano dla województwa śląskiego, które w roku 2018 osiągnęło wartość 536 492 Mg, a według prognoz zwiększy się do 1 019 063 Mg w roku 2030. Niższe wytwarzanie wykazano dla województwa małopolskiego na poziomie 395 240 Mg w roku 2019 i 540 870 Mg w 2030 roku. Najniższe wytwarzanie bioodpadów wykazano dla województwa podkarpackiego na poziomie 173 480 Mg w roku 2018 i 224 681 Mg w 2030 roku. W latach 2018–2019, udział bioodpadów wydzielonych ze strumienia odpadów komunalnych zbieranych w sposób zmieszany sięgał 53‒60% w wytwarzanych bioodpadach ogółem. W prognozach dla roku 2030 wykazano zmniejszenie udziału bioodpadów pochodzących ze strumienia zebranego w sposób zmieszany do wartości 22‒33%. Wytwarzanie bioodpadów na poziomie z lat 2018-2019 pozwala na produkcję biogazu w skali roku w ilości 56,87 mln m3 w województwie śląskim, 41,90 mln m3 w województwie małopolskim oraz 18,35 mln m3 w województwie podkarpackim. Prognozowane zmiany wskazują na możliwy wzrost potencjalnego wytwarzania biogazu z bioodpadów komunalnych w roku 2030. Bioodpady wytwarzane w sektorze komunalnym stanowią jedynie 1% masy substratów (produktów ubocznych i odpadów) skierowanych do produkcji biogazu łącznie (Krasuska i in. 2024).

EN

The amount of bio-waste generated by residents of the Podkarpackie, Śląskie and Małopolskie voivodeships was analyzed. The basic source of data are waste management plans developed at the provincial level, the current status and forecasted changes (PGOWP 2022–2026; PGOWŚ 2023–2028; PGOWM 2023–2028). It was assumed that the mass of bio-waste generated in the municipal sector, which can be directed to biogas production, includes bio-waste collected selectively (waste with codes 20 01 08 and 20 02 01), bio-waste separated from the stream of unsegregated (mixed) municipal waste and bio-waste collected in household composters. The highest bio-waste generation was shown for the Śląskie Voivodeship, which in 2018 reached 536,492 Mg, and according to forecasts, it will increase to 1,019,063 Mg in 2030. Lower generation was shown for the Małopolskie Voivodeship at 395,240 Mg in 2019 and 540,870 Mg in 2030. The lowest bio-waste generation was shown for the Podkarpackie Voivodeship at 173,480 Mg in 2018 and 224,681 Mg in 2030. In 2018–2019, the percentage of bio-waste separated from the stream of municipal waste collected in a mixed manner reached 53–60% in total of bio-waste. The forecasts for 2030 show a decrease in the share of bio-waste from the stream collected in a mixed manner to 22–33%. The generation of bio-waste at the level from 2018–2019 allows for the production of biogas per year in the amount of 56.87 million m3 in the Śląskie Voivodeship, 41.90 million m3 in the Małopolskie Voivodeship and 18.35 million m3 in the Podkarpackie Voivodeship. The forecasted changes indicate a possible increase in the potential production of biogas from municipal bio-waste in 2030. Bio-waste generated in the municipal sector constitutes only 1% of the mass of substrates (by-products and waste) directed to the production of biogas in total (Krasuska et al. 2024).

2

Symulacja wielostopniowej separacji membranowej CH4/CO2 w uzdatnianiu biogazu do biometanu przeznaczonego do zatłaczania do sieci gazu ziemnego

Szymon Kuczyński

Przemysł Chemiczny

|

2025

|

T. 104, nr 9

918--933

PL

Przeprowadzono symulację procesu uzdatniania biogazu do biometanu, na potrzeby jego zatłoczenia do sieci gazu ziemnego, z wykorzystaniem membran poliimidowych. W szczególności uwzględniono wpływ zastosowania kaskad membranowych jedno-, dwu- i trójstopniowych na efektywność procesu (odzysk metanu, wartość opałowa i liczba Wobbego). Surowy biogaz (61,0% mol CH₄, 38,8% mol CO₂) został wstępnie oczyszczony i sprężony, a w przypadku układów wielostopniowych strumienie permeatu były ponownie sprężane i mieszane. Zastosowanie trójstopniowego systemu membranowego przy ciśnieniu 30 bar pozwoliło na osiągnięcie wysokiego odzysku metanu (ok. 99,57% mol), niskich strat CH₄ (ok. 8,9%) i osiągnięcie liczby Wobbego na poziomie 50,2 MJ/m³, ale wiązało się z wysokim zużyciem energii (ok. 78,8 kW lub 0,71 kWhel/m³). Cienkowarstwowe membrany kompozytowe umożliwiły uzdatnienie wstępnie oczyszczonego biogazu do biometanu o parametrach pozwalających na jego zatłoczenie do sieci gazu ziemnego.

EN

Upgrading biogas from anaerobic digestion to bio-MeH before its injection to gas grid by polyimide membrane sep. was simulated. In particular, the effect of single-, 2-, and 3-stage membrane cascades on the process efficiency (MeH recovery, heating value and Wobbe index) was taken into consideration. Feed biogas (61.0% mol MeH, 38.8% mol CO₂) was pretreated and compressed, then permeate streams were recompressed and remixed in multistage cases. Use of the 3-stage membrane system at 30 bar resulted in high MeH recovery (about 99.57% mol), low MeH losses (about 8.9%) and the Wobbe index 50.2 MJ/m³, but required high energy consumption (about 78.8 kW or 0.71 kWhel/m³). Thin-film composite membranes allowed to upgrade raw biogas without additional pretreatment.

3

Model matematyczny do optymalizacji łańcucha wartości produkcji biogazu

Ziobrowski Zenon

Przemysł Chemiczny

|

2025

|

T. 104, nr 8

791--797.

PL

Przedstawiono analizę opracowanego modelu matematycznego optymalizującego łańcuch wartości produkcji biogazu na podstawie takich parametrów, jak koszty substratów, koszty ich transportu, odległość od biogazowni, koszty inwestycyjne i operacyjne biogazowni, a także zyski ze sprzedaży biogazu/biometanu. Przedstawiono schemat przepływu surowców i produktów dla proponowanego modelu, omówiono podstawowe substraty oraz główne parametry procesu produkcji biogazu. Oszacowano koszty operacyjne (KOpx) i koszty inwestycyjne (KCap) na podstawie dostępnych danych literaturowych. Do obliczeń wg zaproponowanego modelu matematycznego można wykorzystać procedury programowania liniowego Mixed-Integer Linear Programming (MILP). Otrzymane wyniki pozwolą uzyskać najniższe koszty produkcji biogazu dla rozważanych biogazowni.

EN

An anal. of the developed math. model optimizing the value chain of biogas prodn. based on such parameters as substrate costs, their transportation costs, distance from the biogas plant, investment and operating costs of the biogas plant, as well as profits from the sale of biogas/biomethane was presented. A scheme of raw materials and products flows for the proposed model, basic substrates used and essential parameters of the biogas prodn. process were presented. Operating costs (KOpx) and investment costs (KCap) were estimated based on available literature data. Mixed-Integer Linear Programming (MILP) procedures will be used for calcns. according to the proposed math. model, which allow to obtain the lowest biogas prodn. costs for the considered biogas plants.

4

Biogazownie w kontekście gospodarki o obiegu zamkniętym

Urbanowska Agnieszka

Kierunek Spożywczy

|

2025

|

Nr 1

86-90

PL

Zgodnie z zasadami czystej produkcji odpady powinny być traktowane jako surowce. W tym też celu podejmowane są działania pozwalające na zmniejszenie ich ilości oraz odzyskiwanie cennych substancji w nich zawartych. Jedną z najefektywniejszych metod temu służących jest obecnie beztlenowe przekształcanie biologiczne, pozwalające na produkcję zielonej energii w postaci biogazu oraz nawozów organicznych.

5

Enhancing biochar-assisted co-digestion of food waste and sewage sludge using cow dung as methanogenic bacteria inoculum: Effect of biochar incorporation

Gusty Noersukma Dwi, Irvan, Sarah Maya, Trisakti Bambang, Sidabutar Rivaldi, Hanum Farida, Alamsyah Vandria, Pasaribu Della Sri Kristina, Daimon Hiroyuki, Sijabat Martiaman

Ecological Engineering & Environmental Technology

|

2025

|

Vol. 26, iss. 2

220--229

EN

The mono-digestion of sludge in biogas production has limitations due to its inefficient process. To overcome this issue, co-digestion with food waste at an optimal mixing ratio can be applied to enhance biogas production. Additionally, further optimization can be achieved by adding biochar, which acts as a stabilizer and increases the systems buffering capacity. This study investigates the role of biochar as a process stabilizer in biogas yield through the co-digestion of food waste and sewage sludge. The substrates consisted of food waste and sewage sludge mixed at a 4:1 ratio, with cow dung serving as the methanogenic bacteria inoculum in a 1:1 ratio. Fermentation was performed in an 11 L reactor at 38 °C, pH 7 ± 0.2, and an agitation speed of 80 rpm, with biochar added in varying amounts of 0 g/L, 0.5 g/L, and 1.5 g/L. Parameters analyzed included pH, m-alkalinity, total solids (TS), volatile solids (VS), total suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), chemical oxygen demand (COD), and biogas volume. Results showed that a biochar addition of 1.5 g/L achieved best performance compared to 0 g/L and 1 g/L, producing 3.19 L/gVS.day of biogas. The optimal composition of methane, carbon dioxide, and hydrogen sulfide was 76.00%, 23.13%, and 0.31% (v/v), respectively, with a final VS reduction of 12,000 mg/L. Biochar addition significantly improved process stability and biogas production, highlighting its potential to enhance efficiency and support sustainable industrial-scale waste management.

6

Electricity and biogas production in portable biodigester-microbial fuel cells: Optimum substrate composition and ratio from organic waste

Astuti Septin Puji, Purwono Purwono, Ulya Annida Unnatiq

Ecological Engineering & Environmental Technology

|

2025

|

Vol. 26, iss. 2

379--391

EN

Organic waste comes from various sources, such as food or vegetable waste and animal manurequickly decomposes in nature, but it significantly impacts the environment and human health, with methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) from organic waste contributing to global warming, and further harming the environment. This study aims to determine the optimal substrate composition of organic waste from vegetable and cow manure for generating electricity using an integrated anaerobic digestion (AD) and microbial fuel cells (MFCs) system. The experiment used portable biodigester-MFCs systems for households and was conducted for eight weeks. Four biodigester reactors using different ratios of vegetable waste to cow manure were applied: R1 (100%:0%), R2 (75%:25%), R3 (50%:50%), and R4 (0%:100%). The result shows the highest electrical voltage in the third reactor (R3), registering at 0.62 mV, consisting of 50% cow manure and 50% vegetable waste. The highest biogas yield (13,192 ml) comes from the second reactor (R2), with a composition of 25% cow manure and 75% vegetable waste. The addition of cow manure to vegetable waste enhanced electricity production through CH4production in an anaerobic digestion process. Based on the above result, substrate composition and ratios are needed to influence the optimum pH and temperature to optimise the metabolic activity of bacteria in portable MFCs efficiently. Among the four biodigester tested, R2, with a 75% vegetable waste to 25% cow manure ratio, achieved the highest biogas yield of 13.192 ml and highest CH4content. Conversely, R4, comprising 100% cow manure, produced the smallest biogas volume but achieved the highest CH4. These findings highlight the significant role of cow manure in biogas production and the challenges of utilising vegetable and organic waste effectively.

7

Wykorzystanie biomasy w ciepłownictwie

Rajczyk Rafał

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2025

|

T. 56, nr 2

15--20

PL

W artykule dokonano przeglądu obecnie stosowanych, jak i przyszłościowych metod wykorzystania biomasy stałej w sektorze ciepłowniczym. W części pierwszej przedstawiono statystyki dotyczące wykorzystania paliw w sektorze ciepłowniczym, ze szczególnym uwzględnieniem biomasy, jak również przybliżono czynniki mogące wpłynąć na podaż biomasy w najbliższych latach, takie jak przewidziane na 2025 rok wdrożenie Rozporządzenia EUDR związanego z przeciwdziałaniem wylesianiu i degradacją lasów. Następnie opisano proces spalania i współspalania biomasy w ciepłownictwie, wykorzystujący jako paliwo przede wszystkim zrębki, w aspekcie możliwości zastąpienia ich biomasą pochodzenia rolniczego (peletem ze słomy). W dalszej części artykułu scharakteryzowano w skrócie technologie oparte na wykorzystaniu biomasy i cechujące się potencjałem do zastosowania w ciepłownictwie, takie jak: wytwarzanie biogazu, zgazowanie biomasy, wytwarzanie biometanu z biomasy jak i spalanie w pętli chemicznej.

EN

The article reviews both currently used and future methods of utilizing solid biomass in the heating sector. The first part presents statistics on fuel usage in the heating sector, with particular emphasis on biomass, as well as factors that may affect biomass supply in the coming years, such as the planned 2025 implementation of the EUDR Regulation related to deforestation and forest degradation. Next, the article discusses the process of biomass combustion and co-combustion in heating applications, primarily using wood chips as fuel, in the context of the potential substitution of wood-based biomass with agricultural biomass (straw pellets). The subsequent sections provide a brief characterization of biomass-based technologies with potential applications in the heating sector, including biogas production, biomass gasification, the production of biomethane from biomass, and chemical looping combustion.

8

Fruit and vegetable waste management through co-digestion with local market wastewater: operating conditions and system kinetics

Mkhize Nqobile, Khumalo Siphesihle Mangena, Tetteh Emmanuel Kweinor, Rathilal Sudesh

Agricultural Engineering

|

2025

|

Vol. 29, No. 1

114--134

EN

Environmental pollution from fruit and vegetable waste (FVW) produced by local markets in South Africa is inevitable. Nevertheless, the current management strategy of disposing of FVWs in landfills contributes to the emission of greenhouse gases. Therefore, valorizing agricultural waste into bioenergy is critical for achieving zero waste and reducing the carbon footprint. In this study, parametric optimization of the co-digestion of FVWs with market wastewater (MW) was conducted using the Box-Behnken design (BBD) adapted from response surface methodology (RSM). The study identified optimal combinations of process variables, i.e., temperature, pH, hydraulic retention time (HRT), and organic loading rate (OLR), to produce biogas while reducing volatile solids (VS) and chemical oxygen demand (COD) from wastewater. At optimal operating conditions of 40°C, HRT of 10 days, pH of 7.2, and an OLR of 3.98 kg VS·m-3·day-1 , a desirability of 100% was achieved. A biogas production rate of 717 mL·day-1 was reported, with VS and COD removals of 73.37% and 79.24%, respectively. The robustness of the predictive models developed using RSM was corroborated by R2 values greater than 0.9 for all output variables. The Modified Gompertz model was well-fitted to the experimental data, yielding an R2 of 0.995 and a lower root mean square error (RMSE) of 21.08. The findings of the present study suggest that the valorization of FVW through co-digestion with wastewater can be considered a promising, environmentally sustainable technology for agro-waste management and bioenergy production.

PL

Zanieczyszczenie środowiska odpadami z owoców i warzyw powstających na lokalnych targowiskach w Republice Południowej Afryki jest nieuniknione. Co więcej, obecna strategia utylizacji tego rodzaju odpadów przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych. Dlatego wykorzystanie odpadów rolniczych do produkcji bioenergii ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia celu „zero odpadów” i zmniejszenia śladu węglowego. W tym badaniu przeprowadzono parametryczną optymalizację kofermentacji odpadów ze ściekami komunalnymi przy użyciu modelu Boxa-Behnkena, zaadaptowanego z metodologii powierzchni odpowiedzi (RSM). W badaniu ustalono optymalne kombinacje zmiennych procesowych, tj. temperatury, pH, hydraulicznego czasu retencji i wskaźnika obciążenia organicznego do produkcji biogazu przy jednoczesnym zmniejszeniu lotnych ciał stałych i chemicznego zapotrzebowania na tlen ze ścieków. W optymalnych warunkach pracy, przy temperaturze 40℃, czasie retencji 10 dni, pH 7,2 i zapotrzebowaniu na tlen rzędu 3,98 kg VS·m-3 dzień-1, uzyskano pożądaną wydajność 100%. Odnotowano wskaźnik produkcji biogazu na poziomie 717 ml·dzień-1 przy czym poziom redukcji lotnych ciał stałych i chemicznego zapotrzebowania na tle wyniosło odpowiednio 73,37% i 79,24%. Solidność modeli predykcyjnych opracowanych przy użyciu RSM została potwierdzona wartościami R2 większymi niż 0,9 dla wszystkich zmiennych wyjściowych. Zmodyfikowany model Gompertza był dobrze dopasowany do danych eksperymentalnych, dając R2 na poziomie 0,995 i niższy średni błąd kwadratowy (RMSE) wynoszący 21,08. Wyniki niniejszego badania pokazują, że zagospodarowanie odpadów z owoców i warzyw poprzez kofermentację ze ściekami można uważać za obiecującą, zrównoważoną środowiskowo technologię zarządzania odpadami rolniczymi i produkcji bioenergii.

9

Usuwanie dwutlenku węgla z biogazu

Chmielowski Krzysztof Jan

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2024

|

R. 27, Nr 4 (302)

4-8

PL

Wytwarzanie biogazu z odpadów rolniczych, komunalnych lub upraw energetycznych jest jedną z technik otrzymywania energii zaliczanych do odnawialnych. Usuwanie dwutlenku węgla (CO2) z biogazu jest ważnym procesem w celu poprawy jakości biogazu oraz jego przydatności do różnych zastosowań. Istnieje kilka metod usuwania CO2 z biogazu, włączając w to absorpcje chemiczną, gdzie biogaz jest przepuszczany przez substancję chemiczną, która absorbuje CO2. Najczęściej używanymi absorbentami są aminy lub wodorotlenki alkaliczne. Kluczowym ograniczeniem biogazu zawierającego dwutlenek węgla jest ograniczenie możliwości wprowadzania biogazu do sieci gazowej wysokometanowej. Podsumowując usuwanie dwutlenku węgla (CO2) z biogazu jest istotnym procesem, szczególnie jeśli chcemy produkować biometan o wysokiej jakości lub używać biogazu do celów energetycznych.

EN

Producing biogas from agricultural, municipal waste or energy crops is one of the techniques for obtaining renewable energy. Removing carbon dioxide (CO2) from biogas is an important process to improve the quality of biogas and its suitability for various applications. There are several methods of removing CO2 from biogas, including: Chemical absorption where the biogas is passed through a chemical that absorbs the CO2. The most commonly used absorbents are amines or alkali hydroxides. The key limitation of biogas containing carbon dioxide is the limitation of the possibility of introducing biogas into the high-methane gas network. To sum up, removing carbon dioxide (CO2) from biogas is an important process, especially if we want to produce high-quality biomethane or use biogas for energy purposes.

10

The Use of Methane from Landfill Gas to Generate Energy and its Management at the Plant as a Way to Reduce Climate Change

Basta Emilia, Szewczyk Piotr

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2024

|

Tom 26

236--250

EN

In the era of consumerism, increasing amounts of waste constitute an ecological and logistical problem. Waste landfills are increasingly installing degassing installations and obtaining landfill gas containing methane as a renewable energy source. The work aims to analyse the production and management of energy at a selected waste landfill operating a cogeneration unit. The role of landfill gas, its production amount, composition and use in cogeneration units to produce energy were analysed. The biogas produced is used to produce electricity and heat at the analysed waste treatment plant. The research showed the extraction and energy use of biogas in the amount of 916,876 m3 per year, which produced 1,558 MWh of electricity and 1,589 MWh of heat in cogeneration. The electricity produced is a power source for the enterprise and its infrastructure, and the surplus is sent to the power grid. However, 34% of the heat is used for the plant's needs. The remaining part can be used in ORC systems (Organic Rankine Cycle). The tests showed that the total efficiency of energy production is 85.80%, with the availability index of the cogeneration unit amounting to 0.95. The energetic use of landfill gas containing methane is an optimal solution from an energy and environmental perspective to limit climate change.

11

Zapotrzebowanie biogazowni rolniczej na energię elektryczną dla procesu technologicznego produkcji biogazu

Chludziński Daniel, Duda Michał

Przegląd Elektrotechniczny

|

2024

|

R. 100, nr 11

117--120

PL

W artkule przedstawiono porównanie dwóch biogazowni rolniczych o mocy elektrycznej 610 kW różniących się technologią mieszania substratu w komorach fermentacyjnych. Na podstawie zgromadzonych danych produkcji i wewnętrznego zużycia energii elektrycznej z okresu dwóch lat, obliczono i porównano stopień wykorzystania zainstalowanej mocy elektrycznej w biogazowniach.

EN

This paper presents a comparison of two agricultural biogas plants with installed electric power 610 kW, which they have a different technology used to mix the substrate in the fermenters. Based on the production and internal electricity consumption data obtained over a two-year period, the biogas plant electrical capacity factor was calculated and compared.

12

Model matematyczny łańcucha dostaw surowców do produkcji biogazu

Rotkegel Adam, Ziobrowski Zenon

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2024

|

Nr 28

78--94

PL

Rosnąca emisja gazów cieplarnianych oraz malejąca ilość paliw kopalnych powodują wzrost zainteresowania alternatywnymi źródłami energii. Biogaz jest niekonwencjonalnym paliwem wytwarzanym z materii organicznej w warunkach beztlenowych w procesie fermentacji metanowej. W pracy przedstawiono porównanie i analizę wykorzystywanych obecnie substratów w gospodarce biogazowej. W celu optymalizacji łańcucha dostaw surowców do produkcji biogazu opracowano model matematyczny w oparciu o schemat ideowy przepływu surowców i produktów w łańcuchu wartości produkcji biogazu. W obliczeniach wykorzystano procedury Mixed-Integer Linear Programing (MILP) programu MATLAB.

EN

The increasing energy demands together with flue gas emissions resulting from conventional energy sources accelerates the research for renewable energy and technologies such as anaerobic digestion (AD) to limit the environmental damage [1]. Anaerobic digestion process depends on a four biological steps (hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis). involving different microbial species such as bacteria and archaea [4]. The stability of the AD process as well as the biogas yields depends on the characteristics of the available feedstocks, C/N ratio, biodegradability, nutrient content or buffering capacity. Generally this process depends on several relevant parameters: feedstock type and its composition, organic loading rate, fermentation temperature, pH, hydraulic retention time and carbon to nitrogen ratio. Methane yields and process stability can be impacted by different shortcomings such as low biodegradation, lag-phase, foam formation, over-acidification and high apparent viscosity or inhibitory elements. In this work the main feedstocks were compared and analyzed. The analysis shows that carbon-nitrogen ratio (C/N) is the most important factor to produce a biomethane. The (C/N) ratio is also important in the quantity of biogas production, even low deviances may cause pH changes to either volatile fatty acid or dangerous ammonia accumulation. It was found that systems containing less than 50% manure show different pH correlations and reduced C/N ratio. Any changes in pH may cause inhibition in biogas production as microbial performance reduces. The low C/N ratio of 15–25 is vital for good performance, whilst especially manure-heavy digestions perform better under higher pH conditions. In order to formulate a mathematical model optimizing the biogas production value chain, it is necessary to know the process parameters given above, as well as the costs of substrates and their transport, the distance between the place of obtaining substrates and the biogas plant, investment and operating costs of the biogas plant, and profits from the sale of biogas/biomethane. Additionally, in the future, the cost of purifying biogas into biomethane should be taken into account when determining the profitability of biomethane production. Subsidies and subsidies supporting the production of zero-emission fuels should also be taken into account.. The flow diagram of raw materials xi,j,k and products yk,n in the proposed model is shown in Figure 1. On its basis, a mathematical model was defined that takes into account the economic benefits of energy and biogas production, which takes into account the costs of biogas production, the costs of transporting raw materials, the possible location of plants where the biogas production is carried out. is the biogas production process. In the case of electricity generation from biogas, the proposed model can take into account the possible installation of a power plant. Operation costs (KOpx) and return on investment costs (KCap) were estimated on the basis of data included in [22]. In calculations based on the mathematical model the MixedInteger Linear Programming (MILP) procedures of MATLAB were used. MILP is a fast procedure for calculating optimal values, minima and maxima for complex mathematical models. For this purpose, the model equations were transformed to the form required by MATLAB [28].

13

Waste-free biofuel production technologies as a way to the European Green Deal

Honcharuk Inna Viktorivna, Yemchyk Tetiana Viktorivna

Polityka Energetyczna

|

2024

|

T. 27, z. 1

81--94

EN

This article analyzes the perspective of implementing target indicators in the green transition of the agro-industrial complex of Ukraine. It is established that soil degradation has acquired a global dimension, and it has become a serious problem of a socio-economic nature due to the military actions in Ukraine. Analysis of the state of agricultural land was performed based on the following indicators: humus content in the soil, volume of application of organic and mineral fer tilizers, pesticides, land area under organic production, etc. The purpose of the study is to assess the impact of implementing waste-free biofuel production technologies at the enterprises of the agro-industrial complex to achieve eco-goals of the European Green Deal. The article outlines target guidelines for achieving eco-goals of the European Green Deal. Further steps necessary to overcome current problems in compliance with the norms of the EU legislation on environmental protection at agricultural enterprises for the sale of agricultural products to European markets are proposed. It has been scientifically proven that the agro-industrial complex of Ukraine has an untapped potential for reducing greenhouse gas emissions through ecological modernization and implementing waste-free production technologies. It is suggested to use biogas plants as a promising means of solving the problems of waste disposal, improving the ecological situation, reducing energy dependence, and increasing soil fertility. The effectiveness of applying organic fertilizer, namely digestate, a by-product of methane fermentation, as biofertilizers at agricultural enterprises has been proven. Recommendations are provided regarding soil regeneration measu res in Ukraine in the future.

PL

W artykule przeanalizowano perspektywę wdrożenia wskaźników docelowych w zielonej transfor macji kompleksu rolno-przemysłowego Ukrainy. Ustalono, że degradacja gleby nabrała wymiaru global nego i stała się poważnym problemem o charakterze społeczno-gospodarczym ze względu na działania wojskowe na Ukrainie. Analiza stanu gruntów rolnych została przeprowadzona w oparciu o następujące wskaźniki: zawartość próchnicy w glebie, ilość stosowanych nawozów organicznych i mineralnych, pesty cydów, powierzchnia gruntów pod produkcją ekologiczną itp. Celem badania jest ocena wpływu wdrożenia bezodpadowych technologii produkcji biopaliw w przedsiębiorstwach kompleksu rolno-przemysłowego na osiągnięcie celów ekologicznych Europejskiego Zielonego Ładu. W artykule przedstawiono docelowe wytyczne dotyczące osiągnięcia celów ekologicznych Europejskiego Zielonego Ładu. Zaproponowano dalsze kroki niezbędne do przezwyciężenia obecnych problemów w zakresie zgodności z normami prawodawstwa UE w zakresie ochrony środowiska w przedsiębiorstwach rolnych w celu sprzedaży produktów rolnych na rynki europejskie. Naukowo udowodniono, że kompleks rolno-przemysłowy Ukrainy ma niewykorzystany potencjał redukcji emisji gazów cieplarnianych poprzez ekologiczną modernizację i wdrażanie bezodpado wych technologii produkcji. Sugeruje się wykorzystanie biogazowni jako obiecującego sposobu rozwiązy wania problemów utylizacji odpadów, poprawy sytuacji ekologicznej, zmniejszenia zależności energetycz nej i zwiększenia żyzności gleby. Została udowodniona skuteczność stosowania nawozów organicznych, a mianowicie pofermentu, produktu ubocznego fermentacji metanowej, jako bionawozów w gospodar stwach rolnych. Przedstawiono zalecenia dotyczące środków regeneracji gleby na Ukrainie w przyszłości.

14

Production of biogas and digestate at sugar factories as a way of ensuring the energy and food security of Ukraine

Hontaruk Yaroslav, Furman Iryna, Bondarenko Valerii, Riabchyk Alla, Nepochatenko Oleksandr

Polityka Energetyczna

|

2024

|

T. 27, z. 2

195--210

EN

The necessity of developing the production of biogas and digestate at Ukrainian sugar factories focused on the further sale of biomethane in the energy market and for its own needs is substantiated, which will partially ensure the energy security of the state under martial law. The volumes of sugar beet cultivation are determined, and the potential volumes of biogas production from the waste of Ukrainian agro-industrial complexes are investigated. A model of the functioning of a production bioenergy cluster based on a sugar factory has been developed and proposed. As a result of the study, it was found that a tangible way to increase the level of energy autonomy of the processing industry of the agro-industrial complex of Ukraine is the production of biogas by anaerobic digestion and its subsequent purification to the state of biomethane. To produce this type of biofuel, the use by-products of agriculture, agro-industrial processing enterprises, and organic waste from territorial communities where sugar factories are located is advisable. At the same time, as the analysis of resource potential shows, modern methane generation technologies allow using a wide range of biomass as a raw material base, which can be obtained both from production activities (non-core (non-target) products) and from household waste in general, which is one of the methods of solving the problems of their utilization. It has been determined that the use of advanced technologies for the transportation of liquid digestate and its injection will reduce the cost of application, increase the absorption in the soil, and the use of biodiesel will reduce transportation costs.

PL

W artykule uzasadniono konieczność rozwoju produkcji biogazu i pofermentu w ukraińskich cukrowniach, ukierunkowanej na dalszą sprzedaż biometanu na rynku energetycznym i na własne potrzeby, co częściowo zapewni bezpieczeństwo energetyczne państwa w stanie wojennym. Określono wielkość uprawy buraków cukrowych i zbadano potencjalne wielkości produkcji biogazu z odpadów ukraińskich kompleksów rolno-przemysłowych. Opracowano i zaproponowano model funkcjonowania produkcyjnego klastra bioenergetycznego opartego na cukrowni. W wyniku badań stwierdzono, że konkretnym sposobem na zwiększenie poziomu autonomii energetycznej przemysłu przetwórczego kompleksu rolno-przemysłowego Ukrainy jest produkcja biogazu w procesie fermentacji beztlenowej i jego późniejsze oczyszczanie do stanu biometanu. Do produkcji tego rodzaju biopaliwa wskazane jest wykorzystanie produktów ubocznych rolnictwa, przedsiębiorstw przetwórstwa rolno-przemysłowego oraz odpadów organicznych ze społeczności terytorialnych, w których zlokalizowane są cukrownie. Jednocześnie, jak pokazuje analiza potencjału zasobów, nowoczesne technologie wytwarzania metanu pozwalają na wykorzystanie szerokiej gamy biomasy jako bazy surowcowej, którą można pozyskać zarówno z działalności produkcyjnej (produkty niezwiązane z podstawową działalnością), jak i ogólnie z odpadów z gospodarstw domowych, co jest jedną z metod rozwiązywania problemów związanych z ich utylizacją. Ustalono, że zastosowanie zaawansowanych technologii transportu płynnego pofermentu i jego wtrysku obniży koszty aplikacji, zwiększy absorpcję w glebie, a zastosowanie biodiesla obniży koszty transportu.

15

Optimization of the biofuel production by idealized fermentation of the animal manure, chicken wastes, and sewage sludge

Afif Mohamed M. I., El-Shehawy Ashraf A., Ali Fatma A. A.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2024

|

Vol. 26, nr 2

48--56

EN

This study aims to optimize an economic procedure to produce biogas and bio-ethanol from different organic wastes such as sewage sludge (SS) and/or cattle dung (CD) and/or poultry manure (PM). The experiment was carried out at a wastewater treatment plant in Egypt. Each waste type was mixed with the starter, CaCO3, and water then loaded in a fermenter and kept for 35 days at 35° C under the anaerobic digestion. The evolved volume of the biogas and the content of methane CH4 were measured daily while the cellulase and protease enzymes were tested every four days. Results have indicated that the digester containing the SS has produced the greatest biogas volume (L) 27.45 Lb/D/d (liters biogas/digester/day), 0.61 Lb/D contents’ volume/d, and cumulative 606.30 Lb/D during the 16th day. Significant CH4 volume percentages produced during the 17th day were 72.07, 71.16, and 71.11% while the produced bio-ethanol alcohol was 2.47, 2.32, and 1.99% from the SS, CD, and PM, respectively. The procedure efficiency is prominent by the production of the biogases and in-situ activating enzymes all in one reactor that was periodically monitored for its reactants and product content. No need for the pre-treatment of wastes as raw materials or chemical additives and the fermented residue can be further tested for soil fertilization. These wastes can be promising for bio-energy production being economic and environment friendly.

16

Badania nad procesem fermentacji metanowej substratów lignocelulozowych

Antosz Artur

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 9

581--591

PL

W części literaturowej artykułu dokonano rozeznania dotyczącego procesu fermentacji metanowej. Omówiono metody obróbki wstępnej surowców do produkcji biogazu w procesie beztlenowego rozkładu, mające na celu przygotowanie substratów w taki sposób, aby były bardziej odpowiednie do fermentacji anaerobowej. Ponieważ biomasa będąca surowcem do produkcji biogazu charakteryzuje się zróżnicowaniem zarówno pod względem właściwości fizycznych, jak i chemicznych, stosowane są różne metody obróbki wstępnej wsadu. Metody te można podzielić na cztery główne grupy: fizyczne (takie jak rozdrobnienie mechaniczne); fizyko-chemiczne (obejmujące działanie pary wodnej, amoniaku oraz gorącej wody); chemiczne (takie jak obróbka kwasowa, zasadowa); biologiczne (zakiszanie substratów, wykorzystanie organizmów o zdolnościach lignolitycznych, np. grzybów białej zgnilizny (Basidiomycota) i brunatnej zgnilizny (Deuteromycota) lub enzymów). Bardzo obiecujące są metody biologiczne, opisane w literaturze branżowej, szczególnie pod względem przeróbki w biogazowniach trudno rozkładalnych substratów lignocelulozowych. Część doświadczalna pracy obejmowała próby otrzymania surowego biogazu z zastosowaniem skonstruowanej we własnym zakresie instalacji laboratoryjnej, umożliwiającej prowadzenie procesu fermentacji metanowej. Przeprowadzono dwie próby wytwarzania biogazu. Pierwsza z nich, stanowiąca próbę odniesienia, została wykonana z zastosowaniem przerabianego w warunkach przemysłowych substratu będącego odpadem powstającym podczas produkcji FAME (ang. fatty acid methyl esters – estry metylowe kwasów tłuszczowych). Podczas drugiej próby zastosowano surowiec składający się w 40% z kosubstratu lignitowego stanowiącego odpad z produkcji bioetanolu II generacji ze słomy, pozostałe 60% stanowił substrat główny zastosowany w pierwszej próbie. W wyprodukowanym biogazie wykonano pomiar stosunku intensywności pasm FTIR (ang. Fourier-transform infrared spectroscopy) ditlenku węgla do metanu, jak również oznaczono ilość siarki i azotu występującego w związkach azotu z pominięciem azotu cząsteczkowego. Określono ponadto ilość biogazu otrzymanego podczas testów.

EN

In the literature part of the article, a review of the methane fermentation process was conducted. The methods of pretreatment of raw materials for biogas production in the process of anaerobic decomposition were discussed, aiming to prepare the substrates to be more suitable for anaerobic fermentation. Since the biomass used as raw material for biogas production varies significantly in terms of physical and chemical properties, various pre-treatment methods are used. The pre-treatment methods of the feedstock for biogas production can be divided into four main groups: physical (such as mechanical comminution); physico-chemical (involving the action of steam, ammonia, and hot water); chemical (such as acid, alkaline treatment); biological (ensiling substrates, utilizing organisms with lignolytic activities, e.g., white and brown rot fungi or by using enzymes). Biological methods described in the industry literature are very promising, especially in terms of processing difficult-to-degrade lignocellulosic substrates in biogas plants. The experimental part of this work included trials of obtaining raw biogas in a laboratory installation constructed in-house, enabling the process of methane fermentation. Two biogas production trials were conducted. The first trial, serving as a reference for the next one, was performed using a substrate processed under industrial conditions, which was waste generated during the production of FAME (Fatty Acid Methyl Esters). In the second trial, a raw material consisting of 40% of a lignitic cosubstrate, which was waste from the production of second-generation bioethanol from straw, was used; the remaining 60% was the main substrate used in the first trial. Measurements of the ratio of the FTIR band intensities of carbon dioxide to methane were performed in the produced biogas samples, and the sulfur and nitrogen content in nitrogen compounds, excluding molecular nitrogen, was determined. The quantity of biogas obtained during the tests was also determined.

17

Zasady eksploatacji biogazowni rolniczych

Majewski Łukasz

Kierunek Spożywczy

|

2024

|

Nr 2

27-30

PL

Biogazownie rolnicze to istotny element w krajowym sektorze energetycznym. Instalacje te są nie tylko sposobem na przetwarzanie pozostałości organicznych, ale także dostarczają paliwa, jakim jest biogaz, który może być wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej oraz cieplnej.

18

The Comparison of Biogas Desulphurisation Process Using Bog Iron Ore and SulfurE – A Case Study

Wierzbinska Monika, Juraszek Dawid

Journal of Ecological Engineering

|

2024

|

Vol. 25, nr 11

259--269

EN

Biogas desulphurisation plants aim to remove hydrogen sulphide and other gaseous compounds that occur in the gas mixture. This mainly concerns the reduction of H 2S which reacts with most metals such as iron or copper, which leads to the corrosion of pipelines and equipment. The aim of this research was to use two materials to adsorb hydrogen sulphide from biogas and to compare the efficiency of these two processes. Biogas was passed through both adsorbents. The concentration of hydrogen sulphide was measured upstream and downstream of the adsorbent bed. The results are summarised in diagrams. The first material used in the biogas desulphurisation plant at the wastewater treatment plant was bog iron ore. The bed was replaced several times during the year to maintain the efficiency of hydrogen sulphide removal from the biogas. After a year, a new adsorbent called “SulfurE” was used in place of the bog iron ore. The new bed operated with higher efficiency than the bog iron ore. The operating period between bed replacements was also extended. The bog iron ore bed in the desulphurisation plant was replaced on average 3 to 4 times a year, depending on the amount of hydrogen sulphide flowing into the desulphurisation plant (the more H 2S, the higher the frequency of bed replacement). The bed in the desulphurisation plant filled with the “SulfurE” product operated for about 9 months with 90% hydrogen sulphide absorption efficiency (depending on the quality of biogas produced).

19

Study on Co-Digestion of Palm Oil Mill Effluent and Empty Fruit Bunches to Improve Biogas Production in Palm Oil Mill

Amelia Julfi Restu, Indraningtyas Lathifa, Aguzaen Annisa Azzahra, Hasanudin Udin

Journal of Ecological Engineering

|

2024

|

Vol. 25, nr 6

334--349

EN

Utilization of empty fruit bunches (EFB) to increase biogas production could be developed through co-digestion of palm oil mill effluent (POME). Pre-treatment of EFB (shredding, grinding, and soaking) before it is utilized as a feedstock for biogas production is important to increase the biodegradability of EFB. The evaluation of the impact of EFB utilization on biogas production should be investigated to determine the optimum process conditions for biogas production from EFB and POME. This research consists of three steps: 1) Optimization of size of EFB and ratio of EFB-POME, 2) Optimization of hydrolysis and acidification retention time, and 3) Optimization of biogas production. The research result shows that co-digestion of EFB and POME increases biogas and methane production. Compared to POME only, co-digestion using POME and EFB (shredded 10%, shredded 15%, crushed 10%, and crushed 15%) is increasing biogas production in batch systems by 54.1%, 54.1%, 45.5%, and 75.2%, respectively. The research result also shows that in a continuous system with HRT for 25 days and similar feedstock, biogas production increased by 43.3%, 41.6%, 35.6%, and 62.6%, respectively, with methane concentrations maintained at about 60%. Co-digestion of EFB-POME with 15% crushed EFB is recommended to be applied in palm oil mills to increase biogas production.

20

Production and Use of Biogas and Biomethane from Waste for Climate Neutrality and Development of Green Economy

Honcharuk Inna, Tokarchuk Dina, Gontaruk Yaroslav, Kolomiiets Tetiana

Journal of Ecological Engineering

|

2024

|

Vol. 25, nr 2

20--32

EN

The following article provides an analysis of the current state and potential development of biogas and biomethane production, and their significance in promoting a "green" economy. The main areas of "green" economy focus were identified as the development of alternative energy sources, an effective waste management system with recycling, organic agriculture, improved water resource and ecosystem management, sustainable ("green") transport, as well as increased energy efficiency in housing and communal sectors. It was shown that the production and use of biogas/biomethane can contribute to achieving almost all of these goals, while also ensuring climate neutrality. Analysis of European experience in using waste for biogas/biomethane production reveals a steady trend in the development of industry. This growth has become particularly relevant following the full-scale Russian invasion of Ukraine, which has also impacted the European energy market. The report assessed the Ukraine's potential for biogas/biomethane production from organic waste of various origins, highlighting its importance in addressing energy supply issues, both in times of peace as well as during the periods of martial law and energy system destruction. Successful biogas production cases in Ukraine were also analyzed, demonstrating that some enterprises are equipped to produce biogas and biomethane. The research findings were used to develop the recommendations for Ukrainian manufacturers on effective biogas production to expedite the transition towards a climate-neutral, "green" economy.