Witold Podkówka
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy
Substraty stosowane do produkcji biogazu w agrobiogazowniach, zawierają dwa podstawowe składniki, a mianowicie wodę i suchą masę.
W skład suchej masy wchodzą składniki organiczne, które określa się jako substancje organiczne (SO) i składniki mineralne, czyli popiół surowy (PS). Według podstawowej analizy weendeńskiej pasz, w skład substancji organicznej wchodzą cztery frakcje: białko surowe (BS), tłuszcz surowy (TS), włókno surowe (WS) i bezazotowe wyciągowe (BNW). Zdolność produkcyjna poszczególnych frakcji jest różna. Jak podaje Baserga (1998), że wydajność biogazu z 1 kg strawnych składników wynosi dla białka surowego 700 litrów (71% biometanu), tłuszczu surowego 1250 litrów (68% biometanu) a węglowodanów 790 litrów (50% biometanu).
Ilość uzyskiwanego biogazu i zawartość w nim biometanu z włókna surowego (WS) i bezazotowych wyciągowych (BNW) jest zbliżona, dlatego obie frakcje WS i BNW łączy się w jedną grupę składników, które określa się “węglowodany razem” (WR). W substratach wykorzystywanych do produkcji biogazu, substancję organiczną określa się terminem “sucha substancja organiczna” (SSO), która jest sumą następujących frakcji:
SSO = BS + T S + WR
W procesie fermentacji metanowej z substancji organicznej (SSO) powstaje biogaz, który składa się z biometanu (CH4), ditlenku węgla (CO2) i innych gazów w ilościach śladowych. W procesie tym tylko część SSO ulega fermentacji, dlatego wprowadzono określenie, “fermentująca sucha substancja organiczna (FSSO)”, która ma następującą definicję FSSO = FBS + FTS + FWR. Zawartość tych trzech fermentujących frakcji składników, decyduje o ilości uzyskiwanego biogazu i zawartości w nim biometanu.
Weißbach (2008) opracował metodę określania zawartości fermentującej suchej substancji organicznej (FSSO) na podstawie oznaczonych chemicznie podstawowych składników pokarmowych i ich strawności na owcach. Wyniki badań posłużyły do opracowania równań do wyliczenia FSSO. Badaniami objęto następujące substraty: ziarno zbóż, kiszonki z kukurydzy, kiszonki z GPS, zielonkę z lucerny, żyta, owsa i porostu łąkowego. Wyniki tych badań zostały przedstawione w Przeglądzie Hodowlanym Nr 4/2010.
Do produkcji biogazu powszechnie wykorzystywane są produkty odpadowe z produkcji zwierzęcej, a mianowicie obornik bydlęcy, koński, owczy i pomiot drobiowy, gnojowica bydlęca i świńska. Dotychczas brak jest prawidłowej metody szacowania wydajności biogazu z wymienionych substratów. Chemicznie można oznaczyć zawartość omawianych składników, jednak trudność polega w określeniu strawnych składników, bowiem nie ma odpowiednich współczynników strawności.
W 2010 roku Weißach opublikował wyniki badań, które pozwalają obliczyć zawartość FSSO, oraz ilość uzyskiwanego biogazu i biometanu z określonych ilości FSSO. Badania obejmowały gnojowicę bydlęcą, świńską, obornik bydlęcy, świński i drobiowy. Zawartość FSSO w danym substracie wylicza się z zawartości suchej masy i popiołu surowego. Opracowano równania do wyliczania zawartości FSSO g/kg SM:
- gnojowica bydlęca FSSO = 0,50 (1000 – PS)
- gnojowica świńska FSSO = 0,50 (1000 – PS)
- obornik bydlęcy FSSO = 0,60 (1000 – PS)
- obornik koński FSSO = 0,60 (1000 – PS)
- pomiot drobiowy FSSO = 0,67 (1000 – PS)
gdzie PS = popiół surowy g/kg SM
Potencjalną zdolność produkcyjną biogazu lub biometanu danego substratu można określić wg następujących założeń:
- dla wartości znormalizowanych w litrach na kg SM (lN/kgSM)
■ biogaz lN/kg SM = 0,80 x FSSO g/kgSM
■ biometan lN/kg SM = 0,42 x FSSO g/kg SM
- dla wartości w metrach objętościowych/t świeżej masy (m3/t SM)
■ biogaz m3/t ŚM = 0,80 x FSSO g/kg SM x SM%/100
■ biometan m3/tSM = 0,42 x FSSO g/kgSM x SM%/100
––––––––––––––––––––––––––––––––
Przykład:
- gnojowica bydlęca zawiera 8,5% suchej masy i popiołu surowego 188 g/kg SM
- obliczanie FSSO = 0,50
(1000 – 188) = 496 g/kg SM
- obliczanie biogazu 0,80 x 496 g/kg SM = 325 lN/kg SM
- 325lN/kg SM x 8,5/100 = 27 m3/t ŚM gnojowicy
- obliczanie biometanu 0,42 x 496 g/kg SM = 208 lN /kg SM
- 208 lN/kg SM x 8,5 /100 = 18 m3/t ŚM gnojowicy
W przyliczeniach masy gnojowicy bydlęcej i świńskiej przyjmuje się, że t = m3.
Wartość znormalizowana – jednostka objętości biogazu l (1 litr) w warunkach normalnych tj. przy ciśnieniu 1013,25 mbar i temperaturze °C.
––––––––––––––––––––––––––––––––
W tabeli 1 przedstawiono wyliczenia ilości biogazu w gnojowicy bydlęcej, świńskiej w oborniku bydlęcym, świńskim i końskim, jak również w pomiocie drobiowym z zawartości FSSO. Dla porównania podano wartości cytowanych wskaźników według różnych autorów. Znając zawartości suchej masy i popiołu surowego w danym substracie, wyliczono ilość uzyskiwanego biogazu i zawartość w nim biometanu (CH4). Pozwoliło to porównać wartości wyliczone z danymi podanymi przez autorów.
Dane w tabeli 1 wyliczenia wskazują, że uzyskane wartości szacowania z zawartości FSSO są średnio o17,6% wyższe od wartości podanych przez wymienionych autorów. W cytowanych opracowaniach, autorzy nie podają metody określającej uzysku biogazu z danego substratu. Z tych względów trudno stwierdzić, które wyniki są bardziej wiarygodne. Nie ulega wątpliwości, że korzystanie z danych zamieszczonych w różnych opracowaniach, jest obarczone większym błędem, niż własne wyliczenia oparte na faktycznej zawartości suchej masy i popiołu surowego w danym substracie, który jest wykorzystywany do produkcji biogazu. Oznaczenie zawartości suchej masy i popiołu surowego w laboratorium jest proste i nie wymaga specjalistycznej aparatury. Stosowane są te same metody analityczne, jak przy wykonywaniu podstawowej analizy chemicznej pasz.
Literatura u autora