ECOLOGICAL AND ECONOMIC ASPECTS OF PRODUCTION OF

Karol WGLARZY1,2,3, Irena SKRZYALA2
1
Instytut Zootechniki Pastwowy Instytut Badawczy, Balice
2
Zakad Dowiadczalny Instytutu Zootechniki Pastwowego Instytutu Badawczego Grodziec lski
3
Akademia Techniczno–Humanistyczna w Bielsku-Biaej
e-mail: [email protected]
ECOLOGICAL AND ECONOMIC ASPECTS OF PRODUCTION OF ELECTRIC ENERGY
FROM BIOMASS ON EXAMPLE OF THE EXPERIMENTAL STATION OF NATIONAL
RESEARCH INSTITUTE OF ANIMAL PRODUCTION IN GRODZIEC LSKI
Summary
Once again on the conference “Organic agriculture – present condition and prospects of development” in Puszczykowo, as part of
meetings of sciences with practice, we have opportunity to present Agricultural biogas plant, and its results from almost 12-month
period of energy production. Obtained results are confirming investment assumptions and are important information for all interested in construction of biogas plant, supported by the Governmental "Directions of the development of agricultural biogas plants
in Poland in 2010 - 2020". It is estimated, that in Poland during this period about 2000 to 2500 biogas plants can come into existence, which the production can cover about 10% of gas demand. This amount can fully meet the needs of the rural areas. Agricultural biogas plant in Kostkowice was built in 2010, after the start-up in 2011, from 1st of January 2012 it has achieved the full
manufacturing capacity, using the agricultural origin substrates for the energy production, such as: manure, bovine and pig liquid
manure, Agrorefinery by-products (rape pressed cake, glicerine, oil residue), green forage, potatoes, corn and grass silages and
feeds not taken by the animals. In this work results for substrates, their chemical composition, the content of heavy metals and the
energy value were described. The studies of solid digestate were conducted towards burdening the methane fermentation determining the profile of low-molecular organic acids and the alkalinity, during the start-up period and in the production period. For
the same periods a composition of biogas was described (content of methane, carbon dioxide, sulphuration). After fermentation
product of the substrate gasifying process is digestate which contains, what was confirmed in own examinations, hydration on the
level of 91-95% of the water. After separation solid digestate contains about 27% of a dry mass and liquid digestate from 3.1 to
4.4%. A chemical composition and physicochemical properties of solid and liquid digestate were determined. In the research on
the microbiological quality of solid and liquid digestate a lack of Salmonella spp was demonstrated as well as the small share of
Escherichia coli (14.2 ± 10.4 unit/g and 25.0 ± 10.95 unit/ml). Currently a comparing studies of the fertilizer value are being conducted between liquid digestate and liquid manure. It was established that both a solid digestate as well as liquid digestate should
demonstrate the ecological superiority in regards to seeds, weeds and micro-organisms presence. Also an economical preliminary
analysis of the electric energy production from biogas, noticing, that Agricultural biogas plant can be an example of diversifications of agricultural production.
Key words: biomass; biogas stations; electric energy; production; experimentation
EKOLOGICZNE I EKONOMICZNE ASPEKTY PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ
Z BIOMASY NA PRZYKADZIE AGROBIOGAZOWNI W ZAKADZIE
DOWIADCZALNYM INSTYTUTU ZOOTECHNIKI PIB GRODZIEC LSKI
Streszczenie
Kolejny ju raz na Konferencji „Rolnictwo ekologiczne – stan obecny i perspektywy rozwoju” w Puszczykowie, w ramach spotka
nauki z praktyk, mamy moliwo zaprezentowania agrobiogazowni, jej wyników z prawie 12 miesicznego okresu produkcji
energii. Uzyskane wyniki potwierdzaj zaoenia inwestycyjne i s informacj dla wszystkich zainteresowanych budow biogazowni w ramach, popieranych przez Rzd „Kierunkach rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce w latach 2010–2020”. Szacuje
si, e w Polsce w tym okresie moe powsta 2000 do 2500 biogazowni, których produkcja moe pokry w okoo 10% zapotrzebowania na gaz. Ta ilo moe w peni zaspokoi potrzeby wsi. Agrobiogazowni w Kostkowicach wybudowano w 2010 r. Po rozruchu w 2011 r., od 1 stycznia 2012 r. osigna pen zdolno produkcyjn, wykorzystujc do wytwarzania energii substraty pochodzenia rolniczego, takie jak: obornik, gnojowic bydlc i wisk, produkty uboczne agrorafinerii (makuchy, gliceryn, osad
olejowy), zielonki, ziemniaki, kiszonki z kukurydzy i traw oraz niedojady. W pracy przedstawiono wyniki bada substratów, ich
skad chemiczny, zawarto metali cikich oraz warto energetyczn. Przeprowadzono badania fermentu w kierunku obcienia
fermentacji metanowej okrelajc profil niskoczsteczkowych kwasów organicznych oraz zasadowo, w okresie rozruchu oraz w
okresie produkcji. Dla tych samych okresów przedstawiono skad biogazu (zawarto metanu, dwutlenku wgla, zasiarczenie). Pofermentacyjnym produktem procesu zgazowania substratów jest dygestat (poferment), który zawiera, co potwierdzono w badaniach wasnych, uwodnienie na poziomie 91–95% H2O. Po odseparowaniu dygestat zawiera ok. 27% suchej masy, a woda
pofermentacyjna od 3,1 do 4,4%. Okrelono skad chemiczny, waciwoci fizykochemiczne dygestatu staego i pynnego oraz wody pofermentacyjnej. W badaniach jakoci mikrobiologicznej dygestatu i wody pofermentacyjnej wykazano brak bakterii Salmonella spp. oraz niewielki Escherichia coli (14,2±10,4 jtkg-1 i 25,0±10,95 jtkml-1). Aktualnie prowadzi si badania porównawcze
wartoci nawozowej dygestatu i gnojowicy. Zaoono, e zarówno dygestat, jak i wody pofermentacyjne winny wykaza wyszo
ekologiczn w zakresie obecnoci nasion chwastów oraz mikroorganizmów patogennych. Przedstawiono take wstpn analiz
ekonomiczn produkcji energii elektrycznej z biogazu, stwierdzajc, e agrobiogazownia moe by przykadem dywersyfikacji produkcji rolniczej.
Sowa kluczowe: biomasa; biogazownie; energia elektryczna; produkcja; badania
K. Wglarzy, I. Skrzyala
177
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
wyliczono FOS/TAC jako wskanik obcienia (przecienia lub niedocienia) procesu fermentacji metanowej.
1. Wstp
W Zakadzie Dowiadczalnym Instytutu Zootechniki –
Pastwowym Instytucie Badawczym w Grodcu lskim
wybudowano w 2010 r. agrobiogazowni, w której z przyczyn
rodowiskowych zagospodarowywana jest biomasa z produkcji zwierzcej i rolinnej, a take odpady przemysu spoywczego. Agrobiogazownia jest kolejnym, obok agrorafinerii, kolektorów sonecznych i turbiny wiatrowej, ogniwem
Centrum Energii Odnawialnej, jakie funkcjonuje w nalecym
do Zakadu Gospodarstwie Kostkowice.
Celem pracy byo przedstawienie charakterystyk substratów wykorzystywanych w agrobiogazowni, ich skadu
chemicznego, wartoci energetycznej oraz ich wpywu na
efektywno
produkcji biogazu, a take oceny fermentu
przez oznaczenie profilu niskoczsteczkowych kwasów organicznych, zasadowoci i obcienie fermentacji metanowej oraz skadu chemicznego, waciwoci fizykochemicznych, wartoci i przydatnoci nawozowej dygestatu i wody
pofermentacyjnej dla substancji wieej i przechowywanej
przez okres 3 miesicy na pryzmie (dygestat suchy) lub
w zbiorniku (woda pofermentacyjna).
Przedstawione wyniki s wstpne, obejmuj okres funkcjonowania agrobiogazowni od 6 czerwca 2011 r. do
31 maja 2012 r. i potwierdzaj przyjte zaoenia.
3. Bad an ia g azu
Zawarto
metanu, dwutlenku wgla, tlenu i siarkowodoru kontrolowano, na podstawie rednich dziennych odczytów, za pomoc analizatora biogazu znajdujcego si na
instalacji przesyowej biogazu do silnika kogeneracyjnego
i monitorujcego w sposób cigy skad biogazu.
4 . B ad an i a d yg es t a tó w p y n n e g o i s taego ora z
w o d y p o f erme n t a c yj n ej
W skad pozostaych po fermentacji beztlenowej w fermentorze produktów pofermentacyjnych wchodz biomasa
bakterii metanowych, nieprzefermentowane zwizki organiczne oraz skadniki mineralne. Skad chemiczny pozostaoci pofermentacyjnych uzaleniony jest od charakteru
stosowanych w procesie substratów.
Badania produktów pofermentacyjnych - dygestatów
i wody pofermentacyjnej wykonano w Chemicznym i Mikrobiologicznym Laboratorium Akredytowanym w Pisku
(Republika Czeska) wg procedury wasnej na podstawie
normy uznawanej w UE – parametr akredytowany, w Stacji
Chemiczno-Rolniczej w Gliwicach na podstawie procedury
wasnej wg wytycznych IUNG oraz w laboratorium chemicznym Zakadu Dowiadczalnego Instytutu Zootechniki
– Pastwowego Instytutu Badawczego w Grodcu lskim
wg normy polskiej PN-ISO 6496/2002.
W próbkach dygestatów oraz wody pofermentacyjnej
oznaczono:
such mas metod wagow wg PN-62 R-66163,
azot ogólny metod Kjeldahla wg PN-75 R-04018,
P2O5 - metod kolorymetryczn.
Próbki pobierano z materiau bezporednio przed i po
separacji oraz skadowanego przez okres 3 miesicy
w zbiornikach dygestatu pynnego i wody pofermentacyjnej
oraz na pryzmie.
W Pastwowym Instytucie Weterynaryjnym PIB w Puawach wykonano analizy jakoci mikrobiologicznej dygestatu i wody pofermentacyjnej w kierunku obecnoci bakterii Escherichia coli i Salmonella spp. Badania liczby betaglukuronidazo -dodatnich komórek Escherichia coli wykonano metod PN-ISO 16649-2-2004, natomiast badania
w kierunku Salmonella spp. wg ZM/PB-12 edycja:4, 201005-06.
2. Metodyka bada
1. Bad an ia substratów
Skad chemiczny substratu oznaczono stosujc metod weendesk, wykorzystywan w analizie pasz. Do obliczenia iloci skadników strawnych wykorzystano wspóczynniki strawnoci dla przeuwaczy.
W próbkach substratów do analiz chemicznych pobieranych
co 21 dni, w próbach okrelono:
such mas metod wagow wg PN-62 R-66163,
such mas organiczn metod wagow wg PN-76
R-64795,
biako surowe metod Kjeldahla wg PN-75 R-04018,
tuszcz surowy metod ekstrakcyjn wg PN-76 R-64753,
wókno surowe metoda poredni filtracyjn wg PN-EN
ISO 686.
Wydajno
biogazu i metanu z 1 kg strawnych skadników
organicznych poszczególnych substratów obliczono wedug
wskaników podanych przez Wglarzego i Podkówk [16].
2. B ad an i e o sadu f er me n t ac yjnego
Proces fermentacji kontrolowano co 7 dni pobierajc
próby osadu fermentacyjnego z fermentora gównego,
w których oznaczono:
pH - metod potencjometryczn z uyciem pH-metru
ELMETRON C 411,
such mas metod wagow wg PN-62 R-66163,
such mas organiczn metod wagow wg PN-76 R64795,
FOS - jako sum niskoczsteczkowych kwasów organicznych (octowego, masowego, propionowego,
walerianowego) w przeliczeniu na kwas octowy metod destylacyjn lub metod miareczkow z
uyciem 0,1 N kwasu siarkowego (VI),
TAC - alkaiczn pojemno
buforow, obejmujc
wszystkie substancje buforowe (wglany, fosforany
i zwizki amonowe) - metoda miareczkowa z uyciem
0,1 N kwasu siarkowego (VI),
K. Wglarzy, I. Skrzyala
3. Wyniki
Przedstawione wyniki dotycz obserwacji i wstpnych
bada przeprowadzonych w okresie prawie 12 miesicy
pracy agrobiogazowni, po okresie rozruchu od 6 czerwca
do 31 grudnia 2011 r. i stabilizacji procesów biochemicznych do 31 maja 2012. W tab. 1 przedstawiono ilo
(w kg
suchej masy) oraz procentowy udzia skadowych substratu
zuytego w omawianym okresie do produkcji energii.
Kiszonka z kukurydzy (31,2%), obornik bydlcy
(27,2%) oraz sianokiszonka (21,3%) byy podstawowymi
substratami staymi, z których produkowano biogaz.
Dla wymaganej w procesach fermentacyjnych zawartoci
suchej masy stosowano frakcje pynne substratu w postaci
gównie gnojowicy bydlcej i wody pofermentacyjnej z odpowiednio 30,2% i 21,4% udziaem w wieej masie substratu.
Ponadto stosowano serwatk (3,3%) gnojowic wisk i gliceryn z marginalnym ich udziaem w produkcji energii.
178
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
Tab. 1. Ilo
(kg SM) i udzia zadanych substratów (%)
Table 1. Amount (DM kg) and participation of substrates
(%)
Substrat
gnojowica bydlca
gnojowica wiska
woda pofermentacyjna
gliceryna
serwatka
obornik bydlcy
kiszonka z kukurydzy
sianokiszonka
móto
jarzyny
smalec
ziemniaki
trawa
Razem
kg SM
124 090
56 347
120 992
15 815
13 200
532 537
610 342
416 483
9 612
1 216
15 469
25 300
12 870
1 954 273
no, biako, tuszcz oraz bezazotowe wycigowe, do oblicze przyjto tabelaryczne wspóczynniki strawnoci [10].
Na podstawie uzyskanych wyników i przyjtych wskaników [16] obliczono wydajno
energetyczn zastosowanych w produkcji biogazu substratów (rys. 1).
Próby zastosowania odpadów uytkowych smalcu day
dobre efekty. Ten wysoce energetyczny produkt (1125 1n
biogazu/kg SSO) stanowi dobry komponent dawki, a jako
produkt przemysu spoywczego dobrze wpisuje si w ide
gospodarnego wykorzystania odpadów uytecznych dla
produkcji zielonej energii. W biogazowni wykorzystano
tegoroczn krajow nadprodukcj ziemniaków, uzyskujc
dobry efekt ekonomiczny i ekologiczny. Testowane s dalsze produkty organiczne (serwatka, trawy z parków i skwerów), których zastosowanie w procesie produkcji biogazu
moe mie
korzystny wpyw na rodowisko a take na bilans energetyczny regionu.
W niektórych paszach wykorzystywanych jako substraty wykonano badania zawartoci podstawowych metali
cikich (tab. 3) i stwierdzono na podstawie uzyskanych
wyników, i byy znacznie nisze ni w badaniach Jasiewicza i Antonkiewicza [5], a porównywalne do uzyskanych w
badaniach innych autorów [6, 15].
% udzia
6,3
2,9
6,2
0,8
0,7
27,2
31,2
21,3
0,5
0,1
0,8
1,3
0,7
100
W próbkach skadowych substratów oznaczano zawarto
skadników potrzebnych do okrelenia ich wartoci
(tab. 2) - such mas, popió, such mas organiczn, wókTab. 2 . Wyniki analiz chemicznych substratów
Table 2. Results of chemical analyses of substrates
Zawarto
skadników strawnych w kg
w 1 kg SSO***
biako ogólne
tuszcz
wókno
gnojowica bydlca
0,601
0,033
0,092
0,169
gnojowica wiska
0,832
0,031
0,032
0,066
serwatka
0,917
0,137
0,013
0
obornik bydlcy
0,442
0,014
0,063
0,246
kiszonka z kukurydzy
0,958
0,065
0,025
0,234
sianokiszonka
0,886
0,115
0,026
0,211
móto
0,958
0,172
0,050
0,136
jarzyny
0,838
0,101
0,050
0,065
smalec
0,998
0
0,9
0
ziemniaki
0,941
0,073
0,004
0,026
trawa
0,934
0,084
0,031
0,116
* SO - substancja organiczna, **SM - sucha masa, ***SSO - sucha substancja organiczna
Substrat
Zawarto
SO*
w 1kg SM**
BNW
0,039
0,452
0,795
0,081
0,39
0,344
0,309
0,513
0
0,830
0,441
ln/kg SSO – znormalizowana jednostka objtoci gazu (1 litr) w warunkach normalnych
Rys. 1. Wydajno
biogazu z substratów
Fig. 1. Biogas efficiency in substrates
K. Wglarzy, I. Skrzyala
179
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
Tab. 3. rednia zawarto
metali cikich w wybranych substratach pochodzenia rolniczego
Table 3. Average content of heavy metals in chosen substrates of the agricultural origin
Substrat
Kiszonka z kukurydzy
Sianokiszonka
Zielonka pastwiskowa
Oów (Pb)
mgkg-1
0,6910
1,4390
1,3600
Kadm (Cd)
mgkg-1
0,1400
0,3680
0,1700
Cynk (Zn)
mgkg-1
79,0000
41,050
40,500
Mied (Cu)
mgkg-1
5,9000
10,590
5,7400
Tab. 4. Wyniki analiz fermentu (wartoci rednie) w Agrobiogazowni Kostkowice
Table 4. Results of analyses of the digestate (average values) in agricultural biogas plant in Kostkowice
Próbka
1
2
3
4
6
7
8
9
FOS/TAC
pH
FOS mg CaCO3l-1 TAC mg CaCO3l-1
w okresie uruchamiania biogazowni (do 31.12.2011 r.)
7,30
654
3467
0,189
7,48
1292
4326
0,299
7,38
1255
5252
0,239
7,24
1227
5944
0,206
w okresie produkcji od 1 stycznia 2012 do 31 maja 2012 r.
7,73
2565
7450
0,344
7,69
4490
9950
0,451
7,73
2605
8350
0,312
7,58
2531
8527
0,297
965 000 m3 biogazu. Faza rozruchu trwaa od czerwca 2011
do grudnia 2011 (iloci wyprodukowanego gazu na wykresie zapisano czcionk w kolorze czerwonym),
a w 2012 r. faza penej zdolnoci produkcyjnej (iloci wyprodukowanego gazu na wykresie zapisano czcionk
w kolorze zielonym). Widoczna jest tendencja wzrostowa
produkcji, ale take pewne wahania wynikajce bd z warunków meteorologicznych (dotkliwe mrozy w lutym
2012 r.) bd z usterkowoci systemu.
Wykorzystywanie substratów o zmiennym skadzie
chemicznym, charakterystycznym dla materiau biologicznego, ma wpyw na procesy biochemiczne zachodzce
w fermentorze. Przemiany biochemiczne w procesie fermentacji metanowej uzalenione s od wielu czynników,
np. rodzaju i proporcji substratów, pH, uwodnienia, mieszania osadu, inhibitorów, toksyn.
Wana jest znajomo
czynników mogcych spowodowa
zakócenia w procesie zamiany skadników na biogaz, by na
zaistniae nieprawidowoci w por zareagowa
. Poprzez mieszanie zapewnia si homogeniczno
osadu i dostpno
substancji odywczych wszystkim grupom mikroorganizmów.
Nastpuje take przemieszczanie produktów fermentacji,
gownie metanu, który podobnie jak brak zwizków odywczych hamuje rozwój flory bakteryjnej, obniajc dynamik
procesu. Zaburzenia w namnaaniu si flory bakteryjnej moe
powodowa
take odczyn osadu, który winien by
obojtny i
mieci
si w granicach pH 7–7,5.
Kontrol przemian zachodzcych w komorze fermentacyjnej przeprowadza si na podstawie stenia niektórych metabolitów. Uzyskane w wyniku rocznej eksploatacji agrobiogazowni wyniki (tab. 4) wskazuj na stabilizacj procesów biochemicznych, jaka nastpia po okresie rozruchu, a proporcje
FOS/TAC s na poziomie normy wskazujcym na prawidowy
przebieg procesów metabolicznych [17].
W pocztkowym okresie rozkadu obserwowano wzrost
stenia lotnych kwasów tuszczowych, co jest zwizane
z pocztkow faz procesu hydrolizy i acidogenezy (faza
kwana), w której produkty hydrolizy s metabolizowane
do krótkoacuchowych kwasów tuszczowych [1, 2]. Zawarto
kwasów wraz z czasem przebywania osadu w reaktorze fermentacyjnym stabilizuje si, a po osigniciu obojtnego odczynu nastpuje przejcie do fazy rozkadu, kiedy bakterie octowe przeksztacaj dalej krótko acuchowe
kwasy karboksylowe do octanów, wodorowglanów i wodoru [5]. W badaniach nie stwierdzono istotnych zmian
w pH osadu fermentujcego, z czego mona wnioskowa
,
e podwyszony poziom lotnych kwasów by metabolizowany w kolejnej fazie fermentacji przez mikroorganizmy.
Produkcj biogazu w kolejnych miesicach przedstawiono na rys. 2. Ogóem wyprodukowano prawie
K. Wglarzy, I. Skrzyala
Rys. 2. Produkcja biogazu w agrorafinerii w Kostkowicach
w okresie od czerwca 2011 r. do maja 2012 r.
Fig. 2. Biogas production in agricultural biogas plant in
Kostkowice from June 2011 till May 2012
Zawarto
analizowanych skadników biogazu w okresie
dowiadczenia zmieniaa si (tab. 5), ale uzyskany biogaz zawiera wysok zawarto
metanu nawet do 57%, ale take zanotowano, zwaszcza na pocztku procesu, wysok zawarto
siarkowodoru. Siarkowodór jest produktem rozkadu biaek,
czy si z metalami cikimi i powoduje ich neutralizacj, co
jest korzystne zarówno dla podmiotu fermentacji, jakim s mikroorganizmy, jak równie dla rodowiska. Jego maksymalna
zawarto
w okresie rozruchu wyniosa nawet 1152 ppm, po
ustabilizowaniu procesu, a przede wszystkim wzbogaceniu
substratów, uzyskano oczekiwany oraz bezpieczny dla zestawu kogeneracyjnego oraz rodowiska, wynik ok. 150 ppm.
Skad uzyskanego biogazu mieci si w normach dla tego
procesu [16].
180
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
Tab. 5. Skad biogazu w okresie rozruchu i produkcji
Table 5. Composition of biogas in the start – up and experimental period
Wyszczególnienie
Metan CH4 (%)
Dwutlenek wgla CO2 (%)
W okresie rozruchu
rednia
Min. – maks.
46,63
29,00-54,30
58,1
33,3-83,3
tów do celów nawozowych, cielenia, a take w przypadku
wody pofermentacyjnej do wykorzystania jej jako wody
technologicznej.
Produktem finalnym agrobiogazowni jest energia elektryczna. Powstay w wyniku fermentacji biomasy metan
jest w procesie kogeneracji przetwarzany na energi elektryczn i ciepln. Energia elektryczna jest przesyana do
krajowej sieci.
W omawianym okresie agrobiogazownia w Kostkowicach
sprzedaa do krajowej sieci energetycznej 1 618,5 MWh, co
stanowi 86% energii wyprodukowanej. Pozostaa cz
zostaa
zagospodarowana na potrzeby eksploatacyjne biogazowni.
Obliczono analiz opacalnoci przedsiwzicia, z której
wynika, e zastosowana dyskontowa metoda rachunku ekonomicznego, uwzgldniajca rozoenie w czasie przewidywanych wpywów i wydatków zwizanych z inwestycj
[14] jest najbardziej efektywnym narzdziem. Po stronie
kosztów znajduje si warto
substratów wasnych wg wydatków poniesionych na ich wytworzenie i zakupionych wg
cen zakupu, amortyzacja (2,5%), koszty pracy i eksploatacji, za po stronie przychodów warto
sprzedanej i wykorzystanej energii, wiadectw pochodzenia (zielonych i ótych) nalenych podmiotom wytwarzajcym energi ze
róde odnawialnych, dygestatów.
Ciepo w 15-20% wykorzystano do ogrzewania fermentora. Pozostae ciepo jest sukcesywnie zagospodarowywane poprzez wdraanie nowych systemów ogrzewania pomieszcze inwentarskich trzody chlewnej i byda, a take
dla produkcji ryb ciepolubnych.
Agrobiogazownia w Kostkowicach, podobnie jak pozostae elementy funkcjonujcego od kilku lat Centrum Odnawialnych róde Energii, jest przykadem dywersyfikacji
produkcji rolniczej, zmian profilu, ale take oczekiwa zainteresowanych tym obszarem dziaalnoci. Wykorzystanie
biomasy dla celów energetycznych wpisuje si w krajowe
i unijne prawo, wypenia treci jego wymogi [3, 12, 13].
Pozostaa po procesie fermentacji beztlenowej substancja pofermentacyjna jest mieszanin bakterii metanowych,
nieprzefermentowanych zwizków organicznych oraz
skadników mineralnych. Skad chemiczny pozostaoci pofermentacyjnych uzaleniony jest od substratów uytych do
produkcji.
Podczas fermentacji ulega zmianie stosunek wgla do
azotu, wskutek wbudowywania wgla w powstajcy biometan. Podczas fermentacji maleje zawarto
substancji organicznej, ronie za zawarto
azotu i zwizków mineralnych. Forma amonowa azotu, która w gnojowicy surowej
wynosi okoo 48% wzrasta w wyniku fermentacji beztlenowej do 90%, przez co wzrasta take warto
nawozowa
substancji pofermentacyjnych, gdy azot w tej formie jest
lepiej przyswajalny przez roliny.
W porównaniu do gnojowicy surowej, substancja pofermentacyjna wykazuje wiele zalet i korzyci ekologicznych, wród których na uwag zasuguje lepsza przydatno
nawozowa, brak charakterystycznych dla gnojowicy
odorów, a take mniejsze ryzyko zanieczyszczenia wód
gruntowych i eutrofizacji zbiorników wodnych.
Niekorzystn cech substancji pofermentacyjnej jest jej
wysokie uwodnienie. W zalenoci od stosowanego substratu, zawarto
wody w substancji pofermentacyjnej waha
si od 90 do 97%. W badaniach substancji pofermentacyjnej pochodzcej z agrobiogazowni Kostkowice stwierdzono
uwodnienie rednio 92,9%.
W wyniku zastosowanego systemie separacji dygestatu
pynnego (tab. 6) uzyskano substancj, której sucha masa
przekroczya zawarto
27%, bezzapachow o konsystencji
i kolorze ziemi kwiatowej lub torfu, któr zastosowano do
nawoenia gruntów ornych i uytków zielonych. Wykonano take próby wykorzystania jej do cielenia.
Tab. 6. Skad chemiczny dygestatu pynnego i suchego
(wartoci rednie)
Table 6. Chemical composition of solid and liquid digestate
(average values)
Wyszczególnienie
dygestat pynny
dygestat odseparowany
sucha
masa %
7,1
27,61
popió %
5
3,52
N-og.
(% w s.m.)
0,3
0,23
4. Podsumowanie
P2O5
1. Agrobiogazownia w Kostkowicach jest przykadem
wielokierunkowoci produkcji rolniczej.
2. Spenione zostay zaoenia technologiczne budowli,
a uzyskiwane po okresie rozruchu parametry s zgodne
z normami.
3. Efekt ekologiczny stosowania OZE jest widoczny
w biogazowniach rolniczych, które do produkcji energii
wykorzystuj rolinne i zwierzce produkty i odpady organiczne.
4. Wykorzystanie wszystkich produktów powstaych
z fermentacji (biogaz, metan, dygestat i poferment) i kogeneracji (energia elektryczna, ciepo) daje gwarancj opacalnoci tego kierunku produkcji rolnej.
5. Agrobiogazownia w gospodarstwie rolnym wpywa na
popraw efektów ekonomicznych poprzez sprzeda nadwyek energii elektrycznej i cieplnej, po zabezpieczeniu potrzeb wasnych.
0,71
0,36
Wykonano badania stabilnoci cech nawozowych dygestatu. W tym celu dygestat odseparowany o zawartoci suchej masy 25% spryzmowano i przechowywano przez
3 miesice, a dygestat pynny w zbiorniku. Po tym czasie,
ponownie okrelono ich warto
nawozow i stwierdzono,
e w wyniku przechowywania na pryzmie obniya si warto
nawozowa przez ubytek N-og (o 28,57%) i P2O5
(o 17%), a zawarto
K2O nie zmienia si.
W dygestacie staym i wodzie pofermentacyjnej nie
stwierdzono obecnoci bakterii z rodzaju Salmonella spp.,
a zawarto
Escherichia coli bya bardzo maa, odpowiednio: 14,2±10,4 jtkg-1 i 25,0±10,95 jtkml-1, co mimo i
badania s wstpne, daje gwarancj wykorzystania dygestaK. Wglarzy, I. Skrzyala
W okresie penej zdolnoci produkcyjnej
rednia
Min. – maks.
54,43
46,90-57,00
42,5
28,9-45,3
181
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
[8] Kozowska B.: Ochrona rodowiska - wybrane zagadnienia.
Wyd. Polit. ódzkiej, ód, 2001.
[9] Ledakowicz S.: Wykorzystanie fermentacji metanowej w utylizacji odpadów przemysu rolno-spoywczego. Biotechnologia,
2005, 3 (70). 165-183.
[10] Normy ywienia zwierzt gospodarskich. Warszawa: PWRiL,
1981.
[11] Olendrzyski K., Kargulewicz I., Skokiewicz J., Dbski B., Cieliska J., Olecka A., Kanafa M., Kania K., Saek P.: Krajowa
inwentaryzacja emisji i pochaniania gazów cieplarnianych za
rok 2007, Instytut Ochrony rodowiska, http://www.kashue.pl
/materialy/Inwentaryzacje_krajowe/NIR_2009_Polska_0509.pdf
[12] Rozporzdzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Europy ustanawiajce przepisy dotyczce patnoci bezporednich dla rolników na podstawie systemów wsparcia w ramach wspólnej polityki rolnej COM (2011) 625.2011.
[13] Rozporzdzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Europy ustanawiajce wspóln organizacj rynków produktów rolnych (rozporzdzenie o jednolitej, wspólnej organizacji rynków) COM
(2011) 626.2011.
[14] Sierpiska M., Jachna T.: Ocena przedsibiorstwa wg standardów wiatowych. Warszawa: PWN, 2012, s. 408.
[15] Wglarzy K.: Wpyw zawartoci metali cikich w glebie na ich
odkadanie w runi pastwiskowej oraz produktach i tkankach wypasanych zwierzt” Roczniki Naukowe Zootechniki, Rozprawy
Habilitacyjne, Kraków, 2005, s. 65.
[16] Wglarzy K., Podkówka W.: Agrobiogazownia – poradnik, wyd.
ZD IZ PIB Grodziec lski, s. 156
[17] Voß E., Weichgrebe D., Rosenwinkel K.-H.: FOS/TAC – Deduction, Methods, Application and Significance http://www.vegmbh.de
6. Rozwój energetyki odnawialnej powinien by
uwarunkowany stabilnym prawem unijnym i krajowym, zapewniajcym inwestorom przewidywalny horyzont czasowy opacalnoci energii elektrycznej:
- brak stabilnych przepisów dotyczcych dofinansowywania rónych rodzajów OZE,
- brak spójnych i przejrzystych zasad wspólnej polityki
rolnej po roku 2013.
5. Bibliografia
[1] Banel A., Zygmunt B.: Lotne kwasy tuszczowe na skadowisku odpadów - wystpowanie i oznaczanie. Ecological
chemistry and engineering, 2009, 32, 193-206.
[2] Barlaz M.A., Schaefer D.M., Ham R.K.: Appl. Environ.
Microb., 1989, 35, 55-65.
[3] Czyewski A.: Wspólna Polityka Rolna UE po roku 2013
a interesy polskiego rolnictwa: Ekonomista, 2011, 1, 12.
[4] Harsem J.: Water Res., 1983, 17; 699-705.
[5] Jasiewicz C., Antonkiewicz J.: Zawarto
metali cikich
w kukurydzy uprawianej w warunkach gleb zanieczyszczonych metalami cikimi, Chemia i Inynieria Ekologiczna,
2002, http: http://www.pzits.not.pl
[6] Jasiewicz Cz., Madeyski M., Tarnawski M., Baran A.: Zawarto
metali cikich w biomasie kukurydzy pod wpywem
dodatku dennego do gleby http://www.pzits.not.pl
/Ekotoks_2008/
[7] Kociszewski K.: rodowiskowe aspekty planowanej reformy
Wspólnej Polityki Rolnej. Roczniki Nauk Rolniczych, 2011,
Seria G, 98, 3; 84-100.
K. Wglarzy, I. Skrzyala
182
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)