Analiza substratów organicznych stosowanych w gospodarce biogazowej

• Autorzy: Rotkegel, Adam , Ziobrowski, Zenon

Warianty tytułu

EN

Analysis of currently used feedstocks in biogas economy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Malejąca ilość paliw kopalnych i rosnąca emisja gazów cieplarnianych powodują, że poszukiwane są alternatywne źródła energii. W ostatnich latach można zauważyć szybki wzrost produkcji biogazu. Biogaz jest niekonwencjonalnym paliwem wytwarzanym z materii organicznej w warunkach beztlenowych w procesie fermentacji metanowej, którego głównym składnikiem jest metan. Dobór substratów tworzących mieszaninę fermentacyjną wymaga szczegółowej wiedzy o stosowanych substratach, ich składzie, wydajności i wzajemnym oddziaływaniu. W pracy przedstawiono porównanie i analizę wykorzystywanych obecnie substratów w gospodarce biogazowej.

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. Traditionally agricultural and animal waste (manure, slurry) are use as the main type of feedstock. The mono-substrates or co-substrates may be used in biogas production. The co-substrates digestation is applied when two or more substrates are used depending on the local wastes, nutritional imbalance or other important parameters depending. on the variability among feedstocks such as slaughter waste, blood waste, seafood by-products, mix of bio-waste, sewages, municipal wastes and industry wastes. The following tables (Table 2-6) summarizes the main characteristics of different feedstocks used and their biogas yields. Because of the variability among feedstocks used, different troubleshooting may occur and need to be watched by the operators of biogas plants. These overall issues are summarized below in table. 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.

Słowa kluczowe

PL

biogaz; biometan; odpady organiczne

EN

biogas; biomethan; feedstock

• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 27
• Strony: 86--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Rotkegel, Adam

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Ziobrowski, Zenon

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• [1] C. Bumharter, D. Bolonio, I. Amez, M.J. García Martínez, M.F. Ortega, New opportunities for the European Biogas industry: A review on current installation development, production potentials and yield improvements for manure and agricultural waste mixtures, Journal of Cleaner Production. 388 (2023) 135867. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.135867.
• [2] M. Kaltschmitt, H. Hartmann, H. Hofbauer, eds., Energie aus Biomasse, Springer, Berlin, Heidelberg, 2009. https://doi.org/10.1007/978-3-540-85095-3.
• [3] S. Schattner, A. Gronauer, Methangärung verschiedener Substrate – Kenntnisstand und offene Fragen, in: Energetische Nutzung von Biogas: Stand Der Technik Und Optimierungspotenzial, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V., Weimar, 2000: pp. 28–38. https://mediathek.fnr.de/tagungsbeitrage/bioenergie/band-15-energetische-nutzung-von-biogas-stand-der-technik-und-optimierungspotenzial.html.
• [4] E. Leca, B. Zennaro, J. Hamelin, H. Carrère, C. Sambusiti, Use of additives to improve collective biogas plant performances: A comprehensive review, Biotechnology Advances. 65 (2023) 108129. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2023.108129.
• [5] DWA, Merkblatt DWA-M 363 Herkunft und Verwertung von Biogas, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, 2022. https://www.lehmanns.de/shop/naturwissenschaften/58762550-9783968621630-merkblatt-dwa-m-363-herkunft-und-verwertung-von-biogas (accessed November 9, 2023).
• [6] R. Braun, Biogas — Methangärung organischer Abfallstoffe, Springer, Vienna, 1982. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-8675-6.
• [7] A. Lehtomäki, S. Huttunen, T.M. Lehtinen, J.A. Rintala, Anaerobic digestion of grass silage in batch leach bed processes for methane production, Bioresour Technol. 99 (2008) 3267–3278. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.04.072.
• [8] S. Mohana, B.K. Acharya, D. Madamwar, Distillery spent wash: Treatment technologies and potential applications, Journal of Hazardous Materials. 163 (2009) 12–25. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.06.079.
• [9] R. Steffen, O. Szolar, R. Braun, Feedstocks for anaerobic digestion, Institute of Agrobiotechnology Tulin, University of Agricultural Sciences, Vienna. (1998). https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=bd8871a108e5c24a870c54317f9397e520d2c721 (accessed November 13, 2023).
• [10] M. Myint, N. Nirmalakhandan, R.E. Speece, Anaerobic fermentation of cattle manure: Modeling of hydrolysis and acidogenesis, Water Research. 41 (2007) 323–332. https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.10.026.
• [11] J.-J. Ko, Y. Shimizu, K. Ikeda, S.-K. Kim, C.-H. Park, S. Matsui, Biodegradation of high molecular weight lignin under sulfate reducing conditions: Lignin degradability and degradation by-products, Bioresource Technology. 100 (2009) 1622–1627. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.09.029.
• [12] D. Deublein, A. Steinhauser, Biogas from Waste and Renewable Resources, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.Kg, Weinheim, 2011. https://doi.org/10.1002/9783527632794.
• [13] Substraty do produkcji biogazu - odpady hodowlane (część 3/5), OZE Odnawialne Źródła Energii. (n.d.). https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/111,substraty-do-produkcji-biogazu-odpady-hodowlane-czesc-35 (accessed November 3, 2023).
• [14] B. Eder, A. Krieg, Biogas-Praxis: Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Beispiele, Wirtschaftlichkeit, Umwelt, Staufen bei Freiburg, 2012.
• [15] M. Tyszka, Poferment - nawóz czy odpad? - Nawożenie, www.farmer.pl. (2015). https://www.farmer.pl/produkcja-roslinna/nawozy/poferment-nawoz-czy-odpad,57951.html (accessed November 3, 2023).
• [16] P. Ochal, Poferment z biogazowni rolniczej jako nawóz, Nawozy.Eu. (n.d.). https://nawozy.eu (accessed November 3, 2023).
• [17] Substraty do produkcji biogazu - rośliny energetyczne (część 5/5), OZE Odnawialne Źródła Energii. (n.d.). https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/120,substraty-do-produkcji-biogazu-rosliny-energetyczne-czesc-55 (accessed November 3, 2023).
• [18] Substraty do produkcji biogazu - odpady przemysłu spożywczego (część 1/5), OZE Odnawialne Źródła Energii. (n.d.). https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/106,substraty-do-produkcji-biogazu-odpady-przemyslu-spozywczego-czesc-15 (accessed November 3, 2023).
• [19] Substraty do produkcji biogazu - osady ściekowe (część 2/5), OZE Odnawialne Źródła Energii. (n.d.). https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/110,substraty-do-produkcji-biogazu-osady-sciekowe-czesc-25 (accessed November 3, 2023).
• [20] Substraty do produkcji biogazu - odpady komunalne (część 4/5), OZE Odnawialne Źródła Energii. (n.d.). https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/117,substraty-do-produkcji-biogazu-odpady-komunalne-czesc-45 (accessed November 3, 2023).
• [21] A. Wellinger, U. Baserga, W. Edelmann, K. Egger, B. Seiler, Biogas-Handbuch. Grundlagen, Planung, Betrieb landwirtschaftlicher Anlagen, Wirtz, Aarau, 1991.