Operation and challenges of biogas technology: A fundamental overview

• Autorzy: Pilarski, Krzysztof , Pilarska, Agnieszka A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The modern world is facing a huge energy crisis related to the depletion of conventional energy sources. Therefore, obtaining energy from alternative sources is sparking increasing interest, expressed by both scientists and entrepreneurs. One such source is biogas, which has great potential to become, along with wind and solar energy, an important renewable energy source (RES). The development of biogas production should proceed in a sustainable manner, meaning it should be economically stable and minimize negative environmental impacts. Its goal is to create efficient and eco-friendly energy solutions – largely based on the use of organic waste – that support a circular economy and help reduce greenhouse gas emissions. Achieving these conditions, however, requires addressing technical challenges, which often include the need to optimize biomass processing and invest in new technologies, issues with substrate heterogeneity, gas management and purification, digestate management, as well as infrastructure and scalability concerns. Sustainable biogas development thus requires solutions to these technical and infrastructure challenges, as well as support from policy and local communities.

Słowa kluczowe

EN

anaerobic digestion; organic waste; biogas composition; digestate properties; biogas plant operation; achievements; challenges

• Czasopismo: Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 27
• Strony: 281--307
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pilarski, Krzysztof

• Katedra Inżynierii Biosystemów,Wydział Inżynierii Środowiska i Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 50, 60-627 Poznań,

autor

Pilarska, Agnieszka A.

• Katedra Inżynierii Wodnej i Sanitarnej,Wydział Inżynierii Środowiska i Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Piątkowska 94A, 60-649 Poznań,

Bibliografia

• APPELS L., BAEYENS J., DEGRÈVE J. 2008. Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge. Progress in Energy and Combustion Science, 34(6): 755-781.
• BĄKOWSKI K. 2020. Sieci i instalacje gazowe. Poradnik projektowania, budowy i eksploatacji. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• BIERNAT K. 2010. Biopaliwa – definicje i wymagania obowiązujące w Unii Europejskiej. Czysta Energia, 10: 25-28.
• BHARATHIRAJA B., SUDHARSANAA T., BHARGHAVI A., JAYAMUTHUNAGAI J., PRAVEENKUMAR R. 2016. Biohydrogen and Biogas – An overview on feedstocks and enhancement process. Fuel, 185: 810-828.
• CHEN Y., JAY J., CHENG J.J., CREAMER K.S. 2008. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology, 99: 4044-4064.
• CHEN J.L., ORTIZ R., STEELE T.W.J., STUCKEY D.C. 2014. Toxicants inhibiting anaerobic digestion: A review. Biotechnology Advances, 32: 1523-1534.
• COLONNA P. 2011. Biomass, biogas and biofuels. General Nuclear Review (Revue Générale Nucléaire), 3: 58-64
• GADIRLI G., PILARSKA A.A., DACH J., PILARSKI K., KOLASA-WIĘCEK A., BOROWIAK K. 2024. Fundamentals, operation and global prospects for the development of biogas plants – A review. Energies, 17: 568.
• HÄFNER F., HARTUNG J., MÖLLER K. 2022. Digestate composition afecting N fertiliser value and C mineralisation. Waste and Biomass Valorization, 13: 3445-3462.
• IGLIŃSKI B., PIECHOTA G., IWAŃSKI P., SKARZATEK M., PILARSKI G. 2020. 15 Years of Polish agricultural biogas plants: their history, current status, biogas potential and perspectives. Clean Technologies and Environmental Policy, 22(1): 281-307.
• KOTHARI R., PANDEY A.K., KUMAR S., TYAGI V.V., TYAGI S.K. 2014. Different aspects of dry anaerobic digestion for bio-energy: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39: 174-195.
• KOC-JURCZYK J., JURCZYK Ł., WANOWICZ D. 2020. Wykorzystywanie komunalnych osadów ściekowych jako źródła energii elektrycznej. Polish Journal for Sustainable Development, 24(2): 54-62.
• KORBAG I., OMER S.M.S., BOGHAZALA H., ABUSASIYAH M.A.A. 2020. Recent advances of biogas production and future perspective. In: Biogas – recent advances and integrated approaches. Eds. A. El-Fatah Abomohra, M. Elsayed, Z. Qin, H. Ji, Z. Liu. IntechOpen. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.93231
• KWAŚNY J., BANACH M., KOWALSKI Z. 2012. Przegląd technologii produkcji biogazu różnego pochodzenia. Czasopismo Techniczne. Chemia, 109(2): 83-102.
• LEITE A.F., JANKE L., LV Z., HARMS H., RICHNOW H.H., NIKOLAUSZ M. 2015. Improved monitoring of semi-continuous anaerobic digestion of sugarcane waste: Effects of increasing organic loading rate on methanogenic community dynamics. International Journal Molecular Sciences, 16: 23210-23226.
• LIMA D., APPLEYBY G., LI L. 2023. A scoping review of options for increasing biogas production from sewage sludge: challenges and opportunities for enhancing energy self-sufficiency in wastewater treatment plants. Energies, 16: 2369.
• MASŁOŃ A., CZARNOTA J., SZAJA A., SZULŻYK-CIEPLAK J., ŁAGÓD G. 2020. The enhancement of energy efficiency in a wastewater treatment plant through sustainable biogas use: case study from Poland. Energies, 13: 6056.
• MATA-ALVAREZ J., DOSTA J., ROMERO-GÜIZA M.S. 2014. A critical review on anaerobic co-digestion achievements between 2010 and 2013. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 36: 412-427.
• MATA-ALVAREZ J., MACÉ S., LLABRÉS P. 2000. Anaerobic digestion of organic solid wastes. An overview of research achievements and perspectives. Bioresource Technology, 74(1): 3-16.
• MONTUSIEWICZ A. 2012. Współfermentacja osadów ściekowych i wybranych kosubstratów jako metoda efektywnej biometanizacji. Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska, Monografie, 98.
• O’CONNOR S., EHIMEN E., PILLAI S.C., BLACK A., TORMEY D., BARLETT J. 2021. Biogas production from small-scale anaerobic digestion plants on European farms. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139: 110580.
• PILARSKA A.A. 2018. Anaerobic co-digestion of waste wafers from confectionery production with sewage sludge. Polish Journal of Environmental Studies, 27(1): 237-245.
• PILARSKA A.A., PILARSKI K., WALISZEWSKA B., ZBOROWSKA M., WITASZEK K., WALISZEWSKA H., KOLASIŃSKI M., SZWARC-RZEPKA K. 2019a. Evaluation of bio-methane yields for high-energy organic waste and sewage sludge: A pilot-scale study for a wastewater treatment plant. Environmental Engineering Management Journal, 18: 2019-2030.
• PILARSKA A.A., PILARSKI K., WITASZEK K., WALISZEWSKA H., ZBOROWSKA M., WALISZEWSKA B., KOLASIŃSKI M., SZWARC-RZEPKA K. 2016. Treatment of dairy waste by anaerobic digestion with sewage sludge. Ecological Chemistry and Engineering Society, 23: 99-115.
• PILARSKA A.A., PILARSKI K., WOLNA-MARUWKA A., BONIECKI P., ZABOROWICZ M. 2019b. Use of confectionery waste in biogas production by the AD process. Molecules, 24: 37.
• PILARSKI K., PILARSKA A.A., KOLASA-WIĘCEK A., SUSZANOWICZ D. 2023. An agricultural biogas plant as a thermodynamic system: A study of efficiency in the transformation from primary to secondary energy. Energies, 16: 7398.
• RAJAGOPAL R., MASSÉ D.I., SINGH G. 2013. A critical review on inhibition of anaerobic digestion process by excess ammonia. Bioresource Technology, 143: 632-641.
• Raport 2022 KSE. Zestawienie danych ilościowych dotyczących funkcjonowania KSE w 2022 roku. 2022. Polskie Sieci Elektroenergetyczne. Retrieved from https://www.pse.pl/dane-systemowe/funkcjonowanie-kse/raporty-roczne-z-funkcjonowania-kse-za-rok/raporty-za-rok-2022
• Register of energy companies producing agricultural biogas. 2018. KOWR – Krajowy Ośrodek Wsparcia Rolnictwa. Retrieved from www.kowr.gov.pl/uploads/pliki/oze/biogaz/7.%20Rejestr%20wytw%C3%B3rc%C3%B3w%20biogazu%20rolniczego%20z%20dni a%2005.01.2018%20r.pdf
• RYCKEBOSCH E., DROUILLON M., VERVAEREN H. 2011. Techniques for transformation of biogas to biomethane. Biomass and Bioenergy, 35(5): 1633-1645.
• ROGOWSKA D., BERDECHOWSKI K. 2013. Ocena wpływu sposobu alokacji emisji w procesie produkcji biopaliwa na wartość emisji gazów cieplarnianych. Nafta–Gaz, 69(3): 226-234.
• SCHATTAUER A., WEILAND P. 2005. Basic knowledge of anaerobic digestion. In: Biogas - production and use. Institut für Energetik und Umwelt, Leipzig.
• STRIK D.P.B.T.B., DOMNANOVICH A.M., HOLUBAR P. 2006. A pH-based control of ammonia in biogas during anaerobic digestion of artificial pig manure and maize silage. Process Biochemistry, 41: 1235-1238.
• SZCZYRBA P., MASŁOŃ A., CZARNOTA J., OLSZEWSKI K. 2020. Analiza gospodarki osadowej i biogazowo-energetycznej w oczyszczalni ścieków w Opolu. Ecological Engineering, 21(2): 26-34.
• SZEWCZYK P. 2020. Biogaz produkowany z odpadów komunalnych. Biomasa, 10(72).
• WANG P., WANG H., QIU Y., REN L., JIANG B. 2018. Microbial characteristics in anaerobic digestion process of food waste for methane production – A review. Bioresource Technology, 248: 29-36.
• WEILAND P., DE MES T., VERSTRAETE W. 2001. Biogas production through anaerobic digestion of biomass: The Dutch case. Biomass and Bioenergy, 21(6): 419-428
• WORWĄG M., BIEŃ J., ZAWIEJA I. 2010. Zespoły mikroorganizmów w procesach beztlenowej stabilizacji osadów. Proceedings of ECOpole, 4(2): 515-522.
• YENIGÜN O., DEMIREL B. 2013. A critical review on inhibition of anaerobic digestion process by excess ammonia. Bioresource Technology, 143: 632-641.
• ZAPAŁOWSKA A., GACEK T. 2019. Ekonomiczne aspekty pozyskiwania i wykorzystania biogazu. Polish Journal for Sustainable Development, 23(2): 81-89.
• ZDEBIK D., GŁODNIOK M., KORCZAK K. 2010. Analiza możliwości wykorzystania biogazu do produkcji ciepła i energii elektrycznej na przykładzie oczyszczalni ścieków w Rybniku. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, 3: 87-97.
• ŻYGADŁO M., MADEJSKI R. 2016. The conversion of biomas into energy in farm biogas plant. Archives of Waste Management and Environmental Protection, 18(2): 55-66.

Identyfikatory

DOI

10.31648/ts.10701