Robert Szulc
Instytut Przyrodniczo-Technologiczny, Oddział w Poznaniu
Dynamicznie rozwijająca się gospodarka na świecie powoduje wzrost zapotrzebowanie na energię. Dlatego poszukuje się metod oszczędzania energii, sposobów na obniżenie nakładów energetycznych w wielu procesach wytwórczych w przemyśle. Rolnictwo odgrywające znaczącą rolę w zużyciu energii, może się aktywnie przyczynić do redukcji jej zużycia poprzez stosowanie systemów obniżających nakłady energetyczne, ale też wykorzystując systemy jej odzysku i ponownego wykorzystania. Dodatkowym atutem jest wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.
Na świecie wykorzystuje się różne niekonwencjonalne źródła energii – zwane też „białą energią” w postaci m.in. tam spiętrzających wody rzek, strumieni, wykorzystywanie pływów morskich, ale również w kilku krajach standardem jest wykorzystywanie gorących wód termalnych lub gejzerów.
W produkcji zwierzęcej mamy również do czynienia ze źródłami znacznych ilości energii cieplnej. Zazwyczaj ciepło produkowane w gospodarstwie jest usuwane poza budynki i bezpowrotnie tracone. Takimi typowymi źródłami generującymi energię cieplną są: fermentujący obornik, gnojowica, zlewnie mleka ze zbiornikami do chłodzenia mleka.
Odzysk energii cieplnej podczas chłodzenia mleka
Nie wywołuje dziś już żadnego zdziwienia, a wręcz za standard coraz częściej uważa się instalowanie w gospodarstwach zajmujących się chowem bydła mlecznego, urządzeń i systemów do odzysku ciepła podczas chłodzenia mleka. Coraz liczniejsza grupa producentów mleka i hodowców bydła mlecznego dostrzega potencjalną szansę na to, aby we własnym gospodarstwie móc – mówiąc potocznie – upiec dwie, a nawet trzy pieczenie na jednym ogniu. Po pierwsze odzysk ciepła z udojonego mleka, posiadającego temperaturę około 35°C pozwala na szybsze schłodzenie mleka oraz zmniejszenie zużycia energii elektrycznej niezbędnej podczas właściwego chłodzenia mleka w schładzalnikach. Ponadto jak wiadomo wykorzystaną energię cieplną zazwyczaj uzyskuje się postaci ciepłej wody, którą z kolei coraz więcej rolników wykorzystuje do podgrzewania wody technologicznej w budynkach inwentarskich lub też bezpośrednio do pojenia zwierząt – głównie osobników młodych, np. cieląt. Kolejną korzyścią jest fakt – a o tym już rzadko kto zdaje sobie sprawę – iż redukcja zużycia energii elektrycznej z jakimkolwiek procesie czy zabiegu technologicznym, powoduje też w sposób pośredni zmniejszenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery. A to z tego powodu, iż w Polsce podstawowym sposobem produkcji energii elektrycznej jest spalanie węgla. W związku z tym im mniej będziemy zużywać energii elektrycznej, tym mniejsza będzie jego teoretycznie produkcja i spalanie paliw kopalnych. Jak już wcześniej wspomniano, udojone mleko krowie posiada temperaturę około
34-35°C. Mimo że podczas transportu najpierw poprzez instalację dojarską do jednostki końcowej, a potem do schładzalnika temperatura obniża się – co jest zjawiskiem normalnym, lecz trafiając do zbiornika i poddana schłodzeniu do wymaganych 4-6°C posiada znaczną ilość energii cieplnej. Chłodzenie odbiera ciepło z mleka, które poprzez kondensator trafia do otoczenia.
Jednym z rozwiązań jest usytuowanie jeszcze przed schładzalnikiem wstępnego wymiennika ciepła, co przyczynia się w znacznym stopniu do tego, że schładzanie w ten sposób mleka w gospodarstwie jest mniej kosztowne. Dopiero tak schłodzone mleko kierowane jest do zbiornika schładzarki w celu dalszego oziębienia. Dla utrzymania najwyższej jakości mleka niezbędna jest dobra synchronizacja obu systemów chłodzenia. Najlepsze wyniki wstępnego schładzania osiąga się przy prawidłowym stosunku tempa przepływu wody do przepływu mleka.
Przepływające przez wymiennik mleko już częściowo pozbawiane jest energii cieplnej i trafia do zbiornika wstępnie schłodzone. Korzyści płynące z tego rozwiązania są dwa: po pierwsze pozyskaną energię cieplną można wykorzystać do podgrzewania wody technologicznej (wykorzystaną do mycia hali udojowej, instalacji dojarskiej) lub w celach sanitarnych czy też nawet do pojenia cieląt. Po drugie – nakłady energetyczne na ochłodzenie całkowite mleka jest relatywnie niższe. Prawidłowo dobrany pod względem wielkości płytowy wymiennik ciepła pozwala zaoszczędzić nawet 60% kosztów energii niezbędnej do schłodzenia mleka.
Projekt dojarni
Oszczędności energii kojarzą nam się zazwyczaj z energooszczędnymi silnikami, żarówkami lub eliminowaniem zbędnych odbiorników energii. I to jest słuszna droga. Jednak bardzo często zdarza się, że już na etapie konstrukcji i opracowania technologii popełnione jest kilka błędów „energetycznych”. Rozumieć przez to określenie należy to, że mimo iż z technicznego i technologicznego punktu widzenia – dane urządzenie lub zespół urządzeń zaprojektowany i wykonany jest prawidłowo, lecz czasami się zdarza, iż nieodpowiednio dobrane są parametry techniczne – zbyt przewymiarowane. Dobrym przykładem są dojarnie – zwane halami udojowymi. Bardzo uważnie i w przemyślany sposób trzeba podejść do projektu hali udojowej w naszym gospodarstwie. Jeśli zaprojektowana została dojarnia za duża (np. w oborze ze stadem 38-40 sztuk dojonych) o wielkości typu RO 2x4 lub co „gorzej” – 2x5 (chociaż typ dojarni: równoległa, rybia ość, tandem – nie odgrywa w tym przypadku aż tak istotnej roli – ważniejsza jest ilość stanowisk dojących) to koszty inwestycyjne będą tylko początkiem niepotrzebnych kosztów inwestora – rolnika. Mianowicie:
■ po pierwsze większa dojarnia – to większe koszty inwestycyjne związane z budową budynku
■ po drugie: większy koszt inwestycyjny dojarni – wyposażenie dojarni, wyposażenie stanowiska udojowego – aparat udojowy itp.
■ po trzecie: koszty utrzymania tak przewymiarowanej niepotrzebnie hali udojowej będą wiązać się z najprawdopodobniej z większym agregatem próżniowym – pompa próżniowa większej mocy – by zasilić 8-10 aparatów udojowych, a nie tylko 6 (w przypadku dojarni typu 2x3). Większa moc pompy próżniowej – to większe zużycie energii elektrycznej, podczas doju, jak i mycia instalacji. Przy dwukrotnym doju lub jeszcze bardziej przy trzykrotnym doju zużycie energii elektrycznej małe różnice w zużyciu prądu elektrycznego zaczyna przybierać po kilku miesiącach znaczne rozmiary.
■ po czwarte: niepotrzebnie większa dojarnia to także większa liczba aparatów udojowych i gum strzykowych – które obowiązkowo powinno się wymienić co ok. 6 miesięcy eksploatacji. Czyli podsumowując – rolnik posiadający przewymiarowaną dojarnię o dwa stanowiska rocznie musi dokupić szesnaście gum strzykowych więcej, przy przewymiarowanej o 4 stanowiska – 32 sztuki gum więcej.
W przedstawionym przykładzie wystarczyłaby z ekonomicznego punktu widzenia dojarni z sześcioma stanowiskami np. RO 2x3.
Istnieje co prawda argument, że dobrze jest inwestować w większą halę udojową z uwagi na przyszłościowe zwiększenie stada. Jeśli faktycznie hodowca ma takie plany na przyszłość, można tę sytuację rozwiązać w następujący sposób: współczesne hale udojowe można wyposażać modułowo, czyli owszem – wybudować docelowo pomieszczenie na – powiedzmy 10 stanowisk, ale wyposażyć je tylko w sześć. I tylko sześć eksploatować. Jeśli w najbliższych kilku latach powiększy się stano do takiej wielkości, że sensownie byłoby doić krowy nie w układzie 2x3 tylko 2x5, każda firma dojarska powinna bezproblemowo DOPOSAŻYC brakujące stanowiska o niezbędną aparaturę. W tym czasie rolnik nie ponosi kosztów inwestycyjnych wydawanych na raz – co zazwyczaj i tak jest sporym wyzwaniem finansowym – ale też koszty utrzymania są niższe.
Odzysk ciepła z wody myjącej instalacje
Generalnie ten rozdział dotyczy wszystkich tych hodowców, którzy w swych halach udojowych stosują system mycia zwany „gorąca woda”. Przypomnijmy: w tradycyjnym systemie mycia instalacji udojowej (zwanym cyrkulacyjnym) proces mycia jest kilkuetapowy i polega na tym, że roztwór kilka razy przechodzi przez aparat udojowy, instalację i urządzenia. Procesem steruje myjnia automatyczna, kontrolująca czas cyrkulacji poszczególnych faz mycia: mycie roztworem, płukanie, dezynfekcję. Kontroluje też dozowanie środków chemicznych do roztworu oraz jego temperaturę. Mycie instalacji udojowej polega, na przeprowadzeniu kilkuetapowego procesu, składającego się z:
■ mycia wstępnego letnią wodą o temp maks. 38°C, celem jest wypłukanie resztek mleka pozostałego w instalacji,
■ mycia właściwego (w temperaturze ok. 55-65°C) – przeprowadzanego na zmianę – środkami alkalicznymi lub kwaśnymi,
■ płukania końcowego,
■ suszenia.
Natomiast w systemie mycia „gorąca woda” głównym założeniem jest wyeliminowanie środków chemicznych i sterylizacji instalacji wodą o wysokiej temperaturze (ok. 80°C), która przepływa tylko raz przez całą instalację. Na końcu instalacji brudna, zużyta woda trafiająca do kanalizacji posiada jeszcze bardzo wysoką temperaturę – zazwyczaj niższą o ok. 9-11°C, czyli na poziomie ok. 68-70°C. Grzechem jest nie odzyskać tak ogromnej ilości ciepła skumulowanego w dużych ilościach wody. Zastosowanie wymiennika ciepła, do którego wystarczy wpuścić całą zużytą wodę, a kolejną porcję czystej wody wodociągowej mającą być podgrzewaną do mycia po kolejnym doju, przepuścić przez zastosowany wymiennik z odpowiednią prędkością przepływu i – co wykazały badania prowadzone w ITP (dawniej IBMER – Oddział w Poznaniu) – odzyskując ciepło z wody zużytej podgrzać ją o ok. 15-25°C. Niby mało, ale pozwala to na zmniejszenie nakładów na energię elektryczną niezbędną do podgrzewania wody od standardowych 10°C (woda wodociągowa) do 80°C (woda gotowa do mycia instalacji, w takiej ilości, iż inwestycja zwraca się maksymalnie po dwóch latach… a potem zaczyna na siebie zarabiać mniejszym poborem prądu.
Oświetlenie
Zapewnienie odpowiedniego oświetlenia w budynkach inwentarskich to ważna kwestia. Przede wszystkim pozwala na prawidłowy rozwój zwierząt, ale też bezpieczne wykonywanie wszelkich prac i zabiegów w oborze. Obserwując wiele obiektów można dostrzec dwa aspekty mogące być przedmiotem zmian. Po pierwsze – chcemy, aby w naszych pomieszczeniach było jasno, ale bardzo rzadko – przeprowadzamy mycie i czyszczenie kloszów lamp. One to w wyniku bardzo specyficznych warunków panujących w budynku inwentarskim bardzo łatwo i szybko ulegają zabrudzeniu – co zmniejsza jasność nawet o 30-40%!!!
Druga kwestia to zastanowienie się czy może nie warto byłoby wymienić stare grzejące się 60W, 100W żarówki na energooszczędne... lub diodowe? Na rynku pojawiła się bardzo szeroka gama żarówek diodowych droższych od tradycyjnych... to prawda – ale pobierające np. 4-6W energii a dających moc ok. 35-50W. Można bardzo łatwo sobie policzyć, uwzględniając czas pracy lamp w oborze (a jest to czasami 8-10h dziennie, lub więcej – w przypadku okresu zimowego lub przy oświetleniu pozycyjnym – nocnym), różnicę między nakładami w kWh przy tradycyjnych żarówkach (i ich ilościach) oraz energooszczędnych. W dodatku niektóre z nich są trwalsze.
Doić w cieple zimą…
Badania prowadzone przez pracowników dawnego IBMER w Poznaniu [Gedymin 2004] wykazały też uzasadnione energetycznie i w konsekwencji ekonomicznie (i także w aspekcie funkcjonalnym) wykorzystanie mocno nagrzanego powietrza z pomieszczenia, w którym znajduje się agregat próżniowy. Zazwyczaj pracujący kilka godzin agregat próżniowy podgrzewa powietrze w najbliższym swym otoczeniu do temperatur, w których trudno przebywać nawet zimą. Zazwyczaj naturalnym odruchem jest zastosowanie wentylacji – mechanicznej lub grawitacyjnej (okna) i bezpowrotne usunięcie ciepła. Badania wykazały, iż wystarczy przekierować znad agregatu próżniowego powietrze wykonaną w bardzo prosty sposób instalacją z rur PCV, powietrze bezpośrednio do kanału udojowego w dojarni. Każdy kto był zimą w kanale udojowym przez 1-2 godziny, nie pogardziłby strumieniem ciepłego powietrza kierowanego wprost na nogi dojarzy. Daje do poczucie większego komfortu pracy, z pewnością chroni przed przeziębieniami, ale też eliminuje dodatkowe grzejniki, jakie rolnicy często wstawiają do kanału udojowego.
Zakończenie
Świat zmierza w kierunku oszczędzania energii i odzyskiwania jej wszędzie tam, gdzie jest to uzasadnione ekonomicznie i możliwe technicznie. Oczywiście, należy przed każdą próbą wdrożenia nowego (nawet własnego pomysłu) systemu odzysku energii lub jej redukcji wielokrotnie przemyśleć celowość i ekonomiczną opłacalność. Ponadto dobrze skonsultować się z osobami potrafiącymi doradzić i sprawdzić dany system pod względem bezpieczeństwa i ergonomii. Wiele instytucji naukowych i doradczych z pewnością pomoże i wskaże kierunki nowych rozwiązań i innowacji jeśli tylko chętni i zainteresowani rolnicy się pojawią.