Home Substraty
Substraty Drukuj

Rodzaje substratów 


Biogaz może być wytwarzany z wielu rodzajów substratów. Istotą technologii, kwalifikowanej do OZE, jest wykorzystywanie nie tylko biomasy ze specjalnych upraw rolniczych, ale również odpadów organicznych. Praktycznie każda substancja organiczna, nie zawierająca inhibitorów, może być substratem wykorzystanym do produkcji biogazu. Zasadą jest sporządzanie mieszaniny substratów, w taki sposób aby uzyskać konieczne uwodnienie masy fermentacyjnej (w technologii mokrej) oraz wzbogacenie procesu substratami o wyższej wydajności produkcji biogazu, niż szeroko dostępne odpady pochodzące z hodowli zwierząt inwentarskich. Dlatego między innymi, aby proces produkcji biogazu z substratów odpadowych (produkcji rolniczej, spożywczej) był wydajniejszy, gnojowicę, gnojówkę, wywary przemysłu spożywczego wzbogaca się substratem z roślin energetycznych lub odpadami zawierającymi tłuszcze (odpady poubojowe). W podziale na trzy kategorie przedstawimy podstawowe substraty oraz ich wydajność w procesie produkcji biogazu.

Odpady produkcji rolniczej 

To kluczowy dla biogazowni rolniczej rodzaj substratu. Najczęściej stosowanymi są: gnojowica, gnojówka, obornik czy kurzaniec. Najważniejszą rolę odgrywa w tym procesie gnojowica świńska lub bydlęca. W formie surowej stanowią nawóz naturalny, lecz ze względu na odór są uciążliwe przy stosowaniu. Przefermentowanie eliminuje tę uciążliwość. Te substraty wykorzystywane są w biogazowni przede wszystkim w celu ich utylizacji lub  uwodnienia masy fermentacyjnej, tj. nadania jej odpowiedniej konsystencji. Wydajność poszczególnych rodzajów odpadów rolniczych przedstawiono w ramce. 

Specjalne uprawy rolne 

Nowoczesne biogazownie rolnicze zasilane są biomasą pochodzącą z upraw roślin energetycznych. Najlepiej  do bogazowni dostarczać rośliny energetyczne w postaci rozdrobnionej i zakiszonej. Kiszonki surowców roślinnych stanowią znakomite uzupełnienie masy fermentacyjnej. Ze względu na wysoką wydajność produkcji biogazu, stanowią element ?energetyzujący? w procesie biogazowym. Przykłady najczęściej stosowanych substratów z tej kategorii przedstawiono w ramce.

Odpady produkcji spożywczej 

Stanowią w masie najmniejszy procent. Przy niektórych rozwiązaniach technologicznych mogą nie znaleźć zastosowania. Czasami jednak, jak w przypadku biogazowni gorzelnianych lub przy zakładach mleczarskich mogą zastąpić gnojowicę i stanowić podstawowy substrat do produkcji biogazu. Ta kategoria substratu wykorzystywana jest w produkcji biogazu przede wszystkim ze względów ekonomicznych, podnosi zyskowność całego przedsięwzięcia. Wynika to z otrzymywania przez biogazownię opłaty za przyjęcie odpadu do utylizacji. Szczególne znaczenie mają odpady poubojowe, ich utylizacja jest jednocześnie i zyskowna i zwiększająca potencjał energetyczny masy substratów. Przykładowy przegląd substratów znajduje się w ramce.

Masa fermentacyjna

Przed podaniem substratów procesowi fermentacji poszczególne rodzaje substratów są mieszane w odpowiednich proporcjach i rozdrabniane w c
elu uzyskania jednorodnej homogenicznej masy. O proporcjach mieszania decydują właściwości poszczególnych substancji: ich wydajność biogazowa, zawartoś
ć suchej masy, zawartość substancji inhibitujących proces. W technologii mokrej istotne znaczenie ma zapewnienie płynności masy fermentacyjnej w celu zachowania jej pompowalności i zdolności mieszania w fermentorach. Dobór składników i proporcji jest procesem skomplikowanym, należy wszak pamiętać, że proces fermentacji składa się z trzech podstawowych faz, za który odpowiadają trzy rodzaje mikroorgaznizmów. Dlatego w doborze składników zwraca się uwagę nie tylko na teoretyczną wydajność procesu, ale również na bezpieczeństwo i stabilność procesu. Dobierając skład, często po okresie badań laboratoryjnych, trzeba wykluczyć sytuacje, w których pomiędzy poszczególnymi składnikami masy fermentacyjnej zachodzą negatywne interakcje. Takim przykładem może być sytuacja zbyt gwałtownego uwalniania się lotnych kwasów tłuszczowych w fazie kwasowej, które negatywnie wpływają na środowisko bakterii metanowych. To także dobór składników w dużej mierze będzie decydował o stabilności pH, którego poziom decyduje wpływa na aktywność bakterii metanowych. 
Ze względu na proporcje kofermentacji i rodzaje użytych substratów można wskazać kilka podstawowych typów biogazowni. W ramce obok wskazaliśmy cztery możliwe warianty biogazowni rolniczo-utylizacyjnych wraz z przykładowymi proporcjami:
A. typowa biogazownia rolnicza (typu NaWaRo) zasilana kiszonką z kukurydzy i gnojowicą,  zalety to stabilność i wydajność procesu, wadą w polskich warunkach jest niska rentowność,  
B. rolniczo-utylizacyjna, modyfikacja biogazowni rolniczej, poprawa rentowności operacyjnej uzyskana dzięki zastosowaniu w procesie odpadów spożywczych, np. poubojowych i uzyskiwanie dodatkowej opłaty utylizacyjnej,
C. biogazownia ukierunkowana na wykorzystanie odpadu z przemysłu gorzelnianego, gorzelnia w zamian  za przekazywany do utylizacji wywar otrzymuje ciepło technologiczne w postaci pary,
D. typowa, możliwa do zrealizowania biogazownia utylizacyjna, wszystkie substraty stanowią odpad poprodukcyjny, często bardzo uciążliwy dla środowiska naturalnego, zyskowność operacyjna opiera się w dużej mierze na opłatach utylizacyjnych. 

Dobór substratów

Dobór substratów dla technologii biogazowej jest zagadnieniem kluczowym. Oczywiście wykorzystanie danego substratu zdeterminowane jest jego dostępnością oraz kosztem pozyskania. Dla operatora biogazowni, pytanie dotyczące substratów ogranicza się do inwentaryzacji własnych zasobów substratów, pochodzących z gospodarstwa rolnego lub zakładu produkcyjnego. To one stanowią trzon produkcji biogazu. Jednak może okazać się, że ilość i wydajn
ość substratów nie jest wystarczająca dla zaplanowanej mocy elektrociepłowni biogazowej. Wtedy często podejmuje się decyzję o uzupełnieniu o substraty dostępne w okolicy planowanej biogazowni. Nie ma odpowiedzi wprost jakie substraty będą optymalne. Zadecyduje o tym szczegółowy projekt biogazowni i analiza konkretnego miejsca lokalizacji biogazowni. Na pewno pod uwagę należy brać: wielkość dostępnego dodatkowego paliwa, odległość, koszty pozyskania, jakość i właściwości substratu, pewność dostaw na przestrzeni kilku lat. Ocena przydatności substratu należeć będzie do technologa i projektanta. Ale rozważając możliwe warianty zawsze trzeba pamiętać o znacznym zróżnicowaniu substratów pod kątem ich właściwości i przydatności w procesie biogazowym. Dla przykładu parametry dwóch podstawowych substratów: kiszonki z kukurydzy i gnojowicy świńskiej 8%, wykorzystywanych szeroko w biogazowniach rolniczych. Każdy z substratów opisany jest parametrami, dla zobrazowania wybrano: zawartość procentową suchej masy s.m.(TS), zawartość procentową suchej masy organicznej s.m.o.(VS), procentową zawartość metanu w biogazie %CH4, uzysk biogazu ze świeżej masy substratu m3/Mg, wydajność produkcji biogazu z jednostki masy organicznej m3/Mg VS. 


 
BBI