EKOENERGETYKA – BIOGAZ WYNIKI BADAŃ, TECHNOLOGIE,

PRAWO I EKONOMIKA W REJONIE MORZA BAŁTYCKIEGO

BAŁTYCKIE FORUM BIOGAZU 17-18 września 2012

Organizatorzy

Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. R. Szewalskiego

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Politechnika Koszalińska

Politechnika Gdańska POMCERT

Gdańska Szkoła Wyższa IMPLASER

Komitet programowy

Janusz Gołaszewski – Przewodniczący, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Jan Cebula, Politechnika Śląska

Adam Cenian, Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. R. Szewalskiego Jan Hupka, Politechnika Gdańska

Michał Jasiulewicz, Politechnika Koszalińska Jan Kiciński, Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. R. Szewalskiego

Jan Popczyk, Politechnika Śląska Józef Szlachta, Uniwersytet Przyrodniczy Wrocław

Andrzej Tonderski, POMCERT Irena Wojnowska-Baryła, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Tadeusz Zimiński, Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. R. Szewalskiego

Komitet organizacyjny

Adam Cenian – Przewodniczący Izabela Konkol – Sekretarz

Tadeusz Zimiński

Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. R. Szewalskiego

EKOENERGETYKA – BIOGAZ WYNIKI BADAŃ, TECHNOLOGIE,

PRAWO I EKONOMIKA W REJONIE MORZA BAŁTYCKIEGO

PRACA ZBIOROWA

REDAKCJA NAUKOWA

ADAM CENIAN JANUSZ GOŁASZEWSKI

TADEUSZ NOCH

Gdańsk 2012

Seria wydawnicza: Ekoenergetyka Ekoenergetyka – zagadnienia technologii, ochrony środowiska i ekonomiki, wyd. 2010

Ekoenergetyka – biogaz i syngaz. Technologie, strategie rozwoju, prawo i ekonomika w regionie Morza Bałtyckiego, wyd. 2011 Eco-Energetics – Biogas and Syngas. Technologies, Legal Framework, Policy and Economics in Baltic See Region, wyd. 2011

RECENZENCI

dr inż. Jan Cebula dr hab. inż. Adam Cenian

prof. dr hab. inż. Janusz Gołaszewski prof. dr hab. inż. Jan Kiciński prof. dr hab. inż. Jan Popczyk prof. dr hab. Józef Szlachta

dr inż. Tadeusz Zimiński

Eco-Energetics – Biogas. Researches, Technologies, Law and Economics in Baltic Sea Region, (wer. anglojęzyczna), wyd. 2012, ISBN 978-83-89762-42-9

Wydawnictwo nie ponosi odpowiedzialności za treści poszczególnych artykułów

Redaktor techniczny i projekt okładki Tomasz Mikołajczewski

Na okładce wykorzystano fotografię pochodzącą ze zbiorów serwisu Stock.XCHNG (www.sxc.hu)

Wydanie pierwsze, objętość 14,9 ark. wyd., Gdańsk 2012

Druk i oprawa

Mazowieckie Centrum Poligrafii, Marki, Piłsudskiego 2A, tel. 22 497 66 55, www.c-p.com.pl

Copyright by Wydawnictwo Gdańskiej Szkoły Wyższej, Gdańsk 2012

WYDAWCA

Wydawnictwo Gdańskiej Szkoły Wyższej (do 2011 r. pn. Wydawnictwo Gdańskiej Wyższej Szkoły Administracji)

80-656 Gdańsk, ul. Wydmy 3 tel. 58 305 08 12, faks 58 305 08 89 w.40

Zamówienia: e-mail wydawnictwo@gsw.gda.pl

www.gsw.gda.pl/wydawnictwo

ISBN 978-83-89762-41-2

Spis treści Wstęp ............................................................................................................................................................. 7

Procesy fermentacji metanowej i ko-fermentacji metanowej........................................................... 9 Produktywność biogazu podczas ko-fermenatcji mieszanin wieloskładnikowych

Katarzyna Bernat, Irena Wojnowska-Baryła............................................................................................... 10 Optymalizacja procesu fermentacji metanowej biogazowni rolniczej

Ireneusz Białobrzewski, Ewa Klimiuk, Marek Markowski, Katarzyna Bułkowska......................................... 16 Kinetyka chemiczna fermentacji metanowej makuchu rzepakowego

Jolanta Bohdziewicz, Krzysztof Piotrowski, Jan Cebula ............................................................................. 24 Oznaczanie zawartości wybranych metali w substratach fermentowanych w mikrobiogazowni rolniczej

Jan Cebula, Kamila Widziewicz, Krzysztof Loska, Irena Korus................................................................... 28 Badania izotopowe ścieżek węgla i wodoru w fermentacji metanowej

Dominika Kufka, Beata Biega, Mariusz Orion Jędrysek.............................................................................. 38 Oznaczanie zmian zawartości wybranych anionów podczas mezofilowej fermentacji makuchu rzepakowego

Jacek Pelczar, Jan Cebula ........................................................................................................................ 45 Produkcja biogazu w procesach fermentacji i ko-fermentacji

Irena Wojnowska-Baryła, Katarzyna Bernat............................................................................................... 48

Technologie i instalacje biogazowe ..................................................................................................... 57 Usuwanie lotnych związków siarki z biogazu wytwarzanego w mikrobiogazowni rolniczej z wykorzystaniem nowego sorbentu

Jan Cebula, Józef Sołtys........................................................................................................................... 58 Separacja metanu z biogazu przy użyciu poliimidowej membrany

Andrzej Grzegorz Chmielewski, Agata Urbaniak, Katarzyna Wawryniuk .................................................... 65 Dwustadialny bioreaktor do wytwarzania biogazu

Andrzej Grzegorz Chmielewski, Janusz Usidus, Jacek Palige, Otto Roubinek, Michał Zalewski ................. 73 Wzbogacanie biogazu z zastosowaniem ciekłych membran opartych na cieczach jonowych

Iwona Cichowska-Kopczyńska, Monika Joskowska, Bartosz Dębski, Robert Aranowski............................. 80 Materiały katalityczne dla tlenkowych ogniw paliwowych zasilanych biogazem

Konrad Dunst, Maria Gazda, Bogusław Kusz, Piotr Jasiński ...................................................................... 88 Przebieg i analiza produktów wolnej i szybkiej pirolizy biomasy

Kazimierski Paweł, Marek Klein, Jacek Kluska, Dariusz Kardaś................................................................. 96 Analiza porównawcza olejów z pirolizy opon oraz pirolizy biomasy, pod względem użyteczności jako paliwa

Maciej Klein, Marek Klein, Jacek Kluska, Dariusz Kardaś ........................................................................ 104 Innowacyjne rozwiązania technologiczne w bioelektrowni ELECTRA®

Marek Kurtyka, Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek...................................................... 111 Modelowa biogazownia rolnicza na terenie stacji dydaktyczno-badawczej w Bałdach

Mirosław Krzemieniewski, Marcin Dębowski, Marcin Zieliński .................................................................. 119 Aktywność celulolityczna wybranych szczepów grzybów z rodzaju Trichoderma

Roman Marecik, Paweł Cyplik ................................................................................................................. 126 Modernizacja gorzelni o układ produkcji biogazu

Robert Matysko, Danuta Jasiakiewicz, Wojciech Krużewski..................................................................... 134 Efekty środowiskowe wykorzystania źródeł energii odnawialnej

Tadeusz Noch......................................................................................................................................... 143 Perspektywy wykorzystania biogazu jako biopaliwa w sektorze transportu w Polsce

Barbara Smerkowska.............................................................................................................................. 149

Piroliza i zgazowanie pofermentu z biogazowni Dariusz Wiśniewski ................................................................................................................................. 156

Hybrydowy reaktor fermentacyjny ogrzewany promieniowaniem mikrofalowym Marcin Zieliński, Marcin Dębowski........................................................................................................... 163

Składowisko odpadów komunalnych jako bioreaktor do wytwarzania biogazu Tadeusz Zimiński .................................................................................................................................... 170

Substraty do fermentacji metanowej i wykorzystanie masy pofermentacyjnej........................ 172 Fermentacja metanowa makuchu rzepakowego jako substratu do produkcji biogazu w kontenerowej mikrobiogazowni rolniczej

Jan Cebula, Łukasz Czok........................................................................................................................ 173 Biomasa glonów jako alternatywny substrat dla technologii biogazowych – potencjalne korzyści i ograniczenia

Marcin Dębowski, Marcin Zieliński........................................................................................................... 181 Efektywność substratów wykorzystywanych do produkcji biogazu

Waldemar Gostomczyk ........................................................................................................................... 189 Przydatność Beta vulgaris L. jako substratu biogazowni rolniczej

Anna Karwowska, Janusz Gołaszewski, Kamila Żelazna ......................................................................... 222 Fermentacja i kofermentacja wywaru gorzelnianego, obornika bydlęcego oraz kiszonki kukurydzianej

Ewa Klimiuk, Tomasz Pokój, Katarzyna Bułkowska, Zygmunt Mariusz Gusiatin....................................... 229 Przetwarzanie i nawozowe wykorzystanie masy pofermentacyjnej z biogazowni rolniczej

Aleksandra Urszula Kołodziej .................................................................................................................. 235 Produkcja biomasy ślazowca pensylwańskiego (Sida hermaphrodita Rusby) jako kosubstratu do biogazowni rolniczej

Jacek Kwiatkowski, Łukasz Graban, Waldemar Lajszner, Józef Tworkowski............................................ 254 Ko-fermentacja metanowa biomasy kapusty białej i osadu ściekowego

Justyna Łuczak, Piotr Dargacz, Robert Aranowski................................................................................... 262 Konserwacja biomasy ślazowca pozyskanej w różnych terminach jej zbioru

Cezary Purwin, Barbara Pysera, Maja Fijałkowska, Iwona Wyżlic ............................................................ 272 Wykorzystanie pozostałości po fermentacji ślazowca pensylwańskiego do nawożenia tej rośliny

Stanisław Sienkiewicz, Sławomir Krzebietke, Piotr Żarczyński ................................................................. 278

Potencjał i strategie rozwoju rynku biogazowego .......................................................................... 286 Potencjalne możliwości rozwoju biogazowni – jako cel najbliższy na przykładzie województwa zachodniopomorskiego

Michał Jasiulewicz, Dorota Agnieszka Janiszewska................................................................................. 288 EKOINKUBATOR – nowy sposób finansowania inwestycji w branży odnawialnych źródeł energii

Piotr Kaliszczuk....................................................................................................................................... 302 Program Inwestycyjno-Naukowy RZĘDÓW przykładem modelowej współpracy biznesu, nauki, administracji samorządowej oraz lokalnej społeczności

Marek Kurtyka, Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek...................................................... 305 Projekt centrum paliwowo-energetyczno-chemicznego jako element programu bezpieczeństwa energetycznego realizowanego poprzez strategię rozproszonych źródeł energii

Andrzej Vogt, Sławomir Jabłoński, Hubert Kołodziej, Jerzy Fałat, Stanisław Strzelecki, Marcin Łukaszewicz ............................................................................................... 314

7

Wstęp

Ekoenergetyka to dziedzina wiedzy związana ze zrównoważoną generacją energii elektrycznej i cieplnej. Jakakolwiek produkcja jest zrównoważona tylko wtedy, gdy bierzemy pod uwagę przy jej planowaniu oddziaływanie na środowisko oraz dobro przyszłych pokoleń. Nie zawsze wykorzystanie odnawialnych źródeł energii ma charakter zrównoważony; wątpliwości budzi scentralizowana ener-getyka oparta o źródła biomasowe, prowadząca do zmniejszenia sprawności urządzeń, problemów logistycznych, zakłócenia rynku biomasy i in. Duże pod-mioty energetyki, wykupując duże ilości biomasy, zniekształcają i degenerują jej rynek, utrudniając rozwój lokalnej, rozproszonej energetyki, która zgodnie z obec-nym stanem wiedzy wydaje się być najefektywniejszym sposobem na wykorzys-tanie odnawialnych źródeł energii, stymulującym gospodarczy rozwój regionów oraz wzrost bezpieczeństwa energetycznego. Stąd mówiąc o zrównoważonej ener-getyce musimy brać pod uwagę efektywność wykorzystania źródeł (substratów) oraz sprawność procesu, bioróżnorodność (np. w produkcji biomasy), wpływ na klimat i środowisko (problem zanieczyszczeń), aspekt społeczny (w tym bez-pieczeństwo żywnościowe, jak i zachowanie dóbr kultury) oraz ekonomiczny (np. wpływ bioenergetyki na rynek pracy czy bezpieczeństwo energetyczne).

Jedną z rozważanych opcji ekoenergetyki jest rozwój biogazownictwa, wspieranego przez Rządowy Program „Innowacyjna Gospodarka – Rolnictwo Energetyczne”. Uprawa i wykorzystanie roślin energetycznych może zapewnić stabilizację produkcji i godne przychody producentom rolnym, gdy dochody ze standardowej produkcji rolnej nie gwarantują stabilizacji, a ceny skupu nie są wysokie. Zielona energetyka może stać się motorem gospodarczym Pomorza, szczególnie w regionach słabiej zaludnionych.

Celem Bałtyckiego Forum Biogazu jest zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego krajów regionu Bałtyku poprzez odpowiednie wykorzystanie bio-masy (w tym biomasy pochodzenia rolniczego i/lub biodegradowalnych odpadów miejskich) na cele energetyczne poprzez stosowanie technologii wykorzystujących biogaz, szczególnie w systemach kogeneracyjnych. Forum Biogazu organizowane jest przez Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny wraz z członkami klastra: Urzędem Marszałkowskim Województwa Pomorskiego, Instytutem Maszyn Przepływowych PAN im. R.Szewalskiego, Politechniką Gdańską i Gdańską Szkołę Wyższą. Firmy POMCERT oraz IMPLASER wspierają te instytucje w sprawach organizacyjnych, szczególnie w kontaktach z różnymi podmiotami gospodarczymi. Patronat medial-ny objęły Radio Gdańsk oraz czasopisma Czysta Energia. Patronat honorowy objął Marszałek Województwa Pomorskiego.

Sesje Bałtyckiego Forum Biogazu: naukowe oraz strategii regionalnych są prowadzone w ramach i wspierane przez różne projekty międzynarodowe i krajowe, w tym projekty EU BSR „Bioenergy Promotion 2” oraz „Public Energy

8

Alternatives”, częściowo finansowane przez Unię Europejską (Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego), projekt RPO WP 1.5.2 „Wsparcie tworzenia i rozwoju powiązań kooperacyjnych w Klastrze Kluczowym Województwa Pomorskiego – Bałtyckim Klastrze Ekoenergetycznym” współfinansowany ze środków Europejs-kiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach RPO WP na lata 2007-2013 oraz Zadanie badawcze Nr 4 „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwa-rzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”, strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych NCBiR.

10

PRODUKTYWNOŚĆ BIOGAZU PODCZAS KO-FERMENATCJI MIESZANIN WIELOSKŁADNIKOWYCH

Katarzyna Bernat, Irena Wojnowska-Baryła

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Biotechnologii w Ochronie Środowiska, 10-709 Olsztyn, ul. Słoneczna 45 G

Wprowadzenie

Biogazownie rolnicze są efektywnym rozwiązaniem zagospodarowania produktów odpadowych powstających w gospodarstwach, tj. gnojowicy, obornika, ponadto innych odpadów pochodzących z przemysłu rolno-spożywczego, jak wywar gorzelniany, melasa czy faza glicerynowa. Wsad do fermentorów mogą stanowić kiszonki biomasy roślinnej, tj. kukurydzy, buraka, traw. Mieszanka wykorzystywana w biogazowni powinna być rozdrobniona i wymieszana, należy również określić skład wsadu do fermentorów, gdyż jest on wyjściowym kryterium projektowania instalacji. Substancje lignocelulozowe, jakimi są kiszonki oraz np. część obornika (słoma), składają się z trzech głównych składników, tj. celulozy, hemicelulozy i ligniny, które są w niewielkim stopniu podatne na beztlenową biodegradację. Enzymatyczną hydrolizę lignocelulozy limituje między innymi krystaliczna struktura celulozy czy zawartość lignin (Chang, Holtzapple 2000). Zmniejszenie wielkości cząsteczek i zwiększenie dostępnej powierzchni jest istotne w przypadku krystalicznej struktury celulozy, która wymaga wydłużonej fazy hydrolizy (Zhang, Lynd 2004). Zbyt duży udział surowców lignocelulozowych w mieszaninie poddawanej stabilizacji beztlenowej z odzyskiem biogazu, wymaga zastosowania długiego czasu zatrzymania (HRT) lub wstępnego przygotowania biomasy lignocelulozowej. Podczas fermentacji kiszonki kukurydzy jako jedno-składnikowej masy należy wprowadzić do reaktora mikroelementy zapewniające wzrost bakterii, w tym jony żelaza, niklu, kobaltu. Obserwuje się szybkie za-kwaszanie fermentowanej jednorodnej masy, stąd jako zaszczepienie reaktora stosuje się obornik. Kukurydza powinna być traktowana jako kosubstrat (Bruni i in. 2010). Dobór wsadu do fermentacji metanowej jest istotnym czynnikiem zrównoważenia warunków środowiskowych sprzyjających efektywnej produkcji biogazu. Stąd celowym jest stosowanie mieszanin o różnorodnym, uzupełniającym się składzie. Celem badań było określenie potencjału gazotwórczego mieszaniny składającej się z surowców odpadowych – obornika, wywaru gorzelnianego oraz surowca pochodzącego z upraw kukurydzy.

16

OPTYMALIZACJA PROCESU FERMENTACJI METANOWEJ BIOGAZOWNI ROLNICZEJ

Ireneusz Białobrzewski1, Ewa Klimiuk2, Marek Markowski1, Katarzyna Bułkowska2

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie 1Katedra Inżynierii Systemów,

2Katedra Biotechnologii w Ochronie Środowiska

Streszczenie: W pracy wykorzystano model ADM1 do oszacowania produkcji metanu z mieszaniny kiszonki z kukurydzy i miskanta cukrowego oraz gnojowicy jako kosubstratu. Stężenie celulozy w dopływie wyniosło 32,7 kgChZT m-3, hemicelulozy 26,2 kgChZT m-3a ligniny 10,2 kgChZT m-3. Badania prowadzono dla HRT = 45 d, w reaktorze z całkowitym wymieszaniem. Badania wykazały, że dla założonej szybkości hydrolizy celulozy, hemicelulozy oraz ligniny wynoszących odpowiednio 0,2318, 0,1995; 0,042 doba-1 rzeczywista produkcja metanu była porównywalna z modelową.

1. Wprowadzenie

Modelowanie matematyczne i komputerowa symulacja od dawna są nieodłącznym elementem projektowania i eksploatacji systemów wykorzystywa-nych w wielu gałęziach gospodarki. Metody symulacji stanowią alternatywę w stosunku do pracochłonnych i kosztownych wstępnych badań technologicznych prowadzonych w stacjach pilotowych czy w warunkach technicznych. Uzyskane w ten sposób dane służą do celów projektowych oraz stanowią bazę wyjściową do opracowania systemów komputerowego sterowania pracą obiektów.

W inżynierii środowiska do prognozowania oczyszczania ścieków w skali technicznej stosowane są modele znane pod akronimem ASM. W 1997 roku zespół roboczy International Water Association (IWA) opracował opartą na tych samych zasadach co ASM, wersję modelu opisującego procesy fermentacji metanowej osadów ściekowych pod nazwą Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1). Model ten wkrótce został uznany za standard w dziedzinie modelowania procesów fermentacji beztlenowej (Batstone i in., 2002). Celem ADM1 jest projektowanie oraz kontrola produkcji biogazu z osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków komunalnych.

24

KINETYKA CHEMICZNA FERMENTACJI METANOWEJ MAKUCHU RZEPAKOWEGO

Jolanta Bohdziewicz1, Krzysztof Piotrowski2, Jan Cebula1

Politechnika Śląska w Gliwicach 1Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków

2Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej

Streszczenie: Przedstawiono wyniki badań kinetyki okresowego procesu fermen-tacji metanowej odpadowego makuchu rzepakowego pochodzącego z terenu Śląska. Za-stosowano zmodyfikowany model kinetyczny Gompertza. Z uwagi na jednostkowy maksy-malny uzysk biogazu oraz jednostkową maksymalną szybkość procesu fermentacji meta-nowej ładunek makuchu wynoszący 10 kg/m3 należy uznać za optymalny. Wyniki badań mogą mieć zastosowanie przy projektowaniu i optymalnej ekonomicznie eksploatacji mikro-biogazowni rolniczej.

Wprowadzenie

Rozdrobnione gospodarstwa rolne i hodowlane w Polsce sprzyjają roz-wojowi małych biogazowi rolniczych. Optymalnym rozwiązaniem wydaje się być wprowadzenie na rynek kontenerowych mikrobiogazowni. Ekonomiczna eksplo-atacja takich mikrobiogazowni wymaga często użycia substratów, które pozwalają na pozyskanie dużej ilości biogazu ze stosunkowo małej objętości komory. Substratami, które wyróżniają się stosunkowo dużą jednostkową ilością wytwarzanego biogazu, są np. różnego rodzaju tłuszcze czy odpadowa gliceryna. Odpadowy makuch jest również z wielu powodów atrakcyjnym substratem do wytwarzania biogazu. Identyfikacja kinetyki okresowej fermentacji metanowej tego typu biomasy jest istotna z uwagi na ustalenie warunków procesu oraz harmonogramu dostarczania substratów do komory fermentacyjnej. W pracy przedstawiono kinetykę procesu okresowej fermentacji metanowej odpadowego makuchu rzepakowego pochodzącego z terenu Śląska.

Część doświadczalna

Do termostatowanych komór fermentacyjnych o objętości 1 dm3 po osiągnięciu temperatury 38ºC wprowadzano odpowiednie odważki makuchu rzepakowego. Na bieżąco wykonywano pomiar objętości wytwarzanego biogazu

28

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WYBRANYCH METALI W SUBSTRATACH FERMENTOWANYCH

W MIKROBIOGAZOWNI ROLNICZEJ

Jan Cebula, Kamila Widziewicz1, Krzysztof Loska, Irena Korus

Politechnika Śląska w Gliwicach, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków 1Kamila.Widziewicz@polsl.pl

Streszczenie: Dynamiczny rozwój energetyki opartej o źródła odnawialne wzbudził zainteresowanie lokalnych gospodarstw rolnych możliwością wykorzystania zielonej biomasy do produkcji biogazu. Dobór wsadu roślinnego pozwalającego na maksymalizację produkcji biogazu powinien być poprzedzony próbami laboratoryjnymi fermentacji różnych mieszanek surowcowych oraz analizą ich składu chemicznego. Skład mieszanki kosub-stratów roślinnych ma decydujące znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesu fer-mentacji, jak i możliwości późniejszego wykorzystania masy pofermentacyjnej jako sub-stancji nawozowej. Przedstawione w opracowaniu wyniki badań dotyczą analizy ilościowej zawartości metali (La, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Li, Pb, Cd) w różnorodnej biomasie roślinnej pochodzącej z terenu Śląska, stosowanej popularnie jako wsad surowcowy w procesie fermentacji metanowej. Zawartość metali w próbach analizowano z wykorzystaniem atomowej spektrometrii absorpcyjnej (AAS). Znaczne ilości metali ciężkich stwierdzono w kiszonce z kukurydzy, a ponadto wysokie zawartości: miedzi w arbuzie, niklu w wytło-kach owocowych oraz ołowiu w pszenżycie.

Wprowadzenie Wytwarzanie biogazu w procesie fermentacji metanowej stanowi ważny

aspekt w kontekście spełnienia obowiązujących przepisów prawa, tj. dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych [1]. Jednym z kierunków działań zawartych w tej dyrektywie jest zwiększenie produkcji energii pochodzącej z surowców rolnych [11,6]. Ten sposób pozyskania biogazu cieszy się w Polsce coraz większym zainteresowaniem. Fermentacja metanowa biomasy roślinnej stanowi nie tylko najlepszą strategię zabezpieczenia potrzeb energetycznych małych gospodarstw rolnych, ale także preferowaną metodę utylizacji tego odpadu i jego wykorzystania jako nawóz ekologiczny [7].

38

BADANIA IZOTOPOWE ŚCIEŻEK WĘGLA I WODORU W FERMENTACJI METANOWEJ

Dominika Kufka, Beata Biega, Mariusz Orion Jędrysek

Uniwersytet Wrocławski, Zakład Geologii Stosowanej i Geochemii

Streszczenie: Fermentacja metanowa to jedna z metod pozwalających na produk-cję metanu jako odnawialnego źródła energii. Daje to możliwość zyskownego zagospodaro-wania odpadów organicznych. Istotne staje się zatem dążenie do optymalizacji procesu fermentacji metanowej w instalacjach biogazowych dla zwiększenia stężenia metanu w produkowanym biogazie i przyspieszania procesu fermentacji. Zastosowanie narzędzi, jakimi są analizy zmienności stosunków izotopowych węgla i wodoru, może pomóc osiąg-nąć powyższy cel.

Realizowane w ramach niniejszego projektu badania izotopowe ukierunkowane są na bieżące rozpoznawanie aktywności ścieżek metanogenezy w układzie redukcja dwutlenku węgla / rozkład kwasu octowego i ewentualne wskazanie metody ich regulacji w celu utrzy-mania najwyższej wydajności procesu metanogenezy.

1. Wstęp

1.1. Fermentacja metanowa Zasadniczo w ekosystemach naturalnych oraz sztucznie utworzonych przez

człowieka, niezawierających tlenu, substancje organiczne (polisacharydy, białka, lipidy) są przekształcane w procesach mikrobiologicznych w metan i dwutlenek węgla w procesie fermentacji metanowej [Jędrczak, 2007].

Ten beztlenowy proces degradacji polimerycznej rozpuszczonej i cząstecz-kowej materii organicznej jest opisywany jako seria wielostopniowych procesów i równoległych reakcji, które przeprowadzane są przez mikroorganizmy reprezen-tujące różne grupy fizjologiczne. Mikroorganizmy te do prawidłowego rozwoju wymagają odpowiednich dla siebie, specyficznych warunków środowiska. Podczas fermentacji metanowej polimeryczna materia organiczna ulega hydrolizie do rozpuszczalnych produktów przez ektoenzymy, które są wydzielane przez mikroorganizmy. Następnie powstałe proste związki organiczne są fermentowane lub beztlenowo utleniane do lotnych kwasów tłuszczowych, alkoholi, dwutlenku węgla, wodoru. Powstają wówczas mineralne formy azotu (amonu) oraz fosforu. Ostatni etap procesu stanowi redukcja dwutlenku węgla przez wodór i rozczepienie

45

OZNACZANIE ZMIAN ZAWARTOŚCI WYBRANYCH ANIONÓW PODCZAS MEZOFILOWEJ

FERMENTACJI MAKUCHU RZEPAKOWEGO

Jacek Pelczar, Jan Cebula

Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18

Streszczenie: Przedstawiono wyniki oznaczeń wybranych anionów w fermen-towanym makuchu rzepakowym w inokulum stanowiącym przefermentowaną gnojowicę świńską i przefermentowane odchody ptasie. Fermentację metanową prowadzono w warunkach mezofilowych. Stwierdzono, że stężenie chlorków podczas eksperymentu ulegało niewielkim zmianom w przedziale 363÷415 mg/dm3. Podobną sytuację odnotowano w przypadku jonu PO4

3-, którego stężenie zmieniało się w zakresie 1939÷2136 mg/dm3. Zaobserwowano istotny spadek koncentracji SO4

2- w ciągu 15 dni prowadzenia eks-perymentu z poziomu 348 mg/dm3 do 47 mg/dm3. Wynikało to z redukcji jonu siarczano-wego do H2S wytwarzanego w trakcie fermentacji metanowej.

Wprowadzenie Intensywna hodowla bydła i trzody chlewnej związana jest z powsta-

waniem odpadów będących potencjalnym zagrożeniem dla środowiska. Rezultatem chowu bezściółkowego jest produkcja dużych ilości gnojowicy, zaliczanej do półpłynnych nawozów organicznych pochodzenia zwierzęcego. Gnojowica jest mieszaniną moczu, kału, resztek niewykorzystanych pasz i wody stosowanej do celów higieniczno-gospodarczych [1, 2]. Jej skład jest zmienny i zależny od wielu czynników, takich jak: skład karmy, wiek zwierząt czy ilość zużywanej wody. Uwodnienie gnojowicy wynosi na ogół 90-92%, a zawartość składników nawo-zowych występuje na poziomie: azot – 0,40%, potas – 0,19%, fosfor – 0,15%, wapń – 0,13%, magnez – 0,04% [2, 3].

Nieprawidłowe przechowywanie surowej gnojowicy, a także niewłaściwe jej wykorzystanie rolnicze, może być przyczyną skażenia wód powierzchniowych organizmami chorobotwórczymi oraz wzbogacenia w związki azotu i fosforu [4, 5]. Efektem tego jest eutrofizacja wód powierzchniowych oraz obniżenie jakości płytkich wód podziemnych.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami gnojowica wymaga odpowiedniego unieszkodliwiania lub wykorzystania. Do najwłaściwszych sposobów zagospo-

48

PRODUKCJA BIOGAZU W PROCESACH FERMENTACJI I KO-FERMENTACJI

Irena Wojnowska-Baryła, Katarzyna Bernat

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Biotechnologii w Ochronie Środowiska, 10-709 Olsztyn, ul. Słoneczna 45 G

Streszczenie: Polska zobowiązana jest do uzyskania 15% udziału odnawialnych źródeł energii (OZE) w końcowym zużyciu energii w roku 2020. Biogaz, który powstaje jako produkt beztlenowych przemian biochemicznych może być jednym z zasobów energii odnawialnej.

Lajlepszym substratem do produkcji biogazu jest biomasa roślinna o dużej zawartości węglowodanów m.in. kiszonka z kukurydzy, mieszkanka zbożowa, mieszanka zbożowo-strączkowa, rośliny pastewne, w tym trawy pastewne, a także rośliny łąkowe. Ponadto wykorzystuje się odpady wytwarzane przez przemysł rolno-spożywczy oraz bio-degradowalną frakcję odpadów komunalnych zbieraną selektywnie, w tym odpady kuchen-ne i odpady zielone. O przydatności surowca do biologicznego przetwarzania w warunkach beztlenowych decyduje struktura, udział dostępnego węgla organicznego, zawartość azotu, wilgotność. Obecnie rozwijaną technologią produkcji biogazu z produktów odpadowych przemysłu rolno-spożywczego i biomasy roślinnej jest ich wspólna fermentacja tj. kofer-mentacja. Efektywność tej technologii można zwiększyć między innymi poprzez dobór sub-stratów czy parametrów technologicznych, w tym hydraulicznego czasu zatrzymania (HRT), obciążenia objętości komory ładunkiem związków organicznych (OLR), sposobu prowadze-nia fermentacji.

W pracy wskazano możliwości zwiększenia produktywności biogazowni rolniczych poprzez zastosowanie wieloskładnikowych układów kofermentacyjnych.

Wprowadzenie Dyrektywa Unii Europejskiej 2009/28/WE z 5 czerwca 2009 roku zo-

bowiązuje Polskę do osiągnięcia 15% udziału odnawialnych źródeł energii (OZE) w końcowym zużyciu energii w roku 2020. Jednym z zasobów energii odnawialnej jest biogaz, który ma bezpośrednie i pośrednie zastosowanie jako energia elek-tryczna, ciepło i paliwo do transportu. Biogaz powstaje jako produkt beztlenowych przemian biochemicznych.

Potencjał dostępnych surowców do wytwarzania biogazu rolniczego Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi ocenia ogółem na 5 500 mln m3, są to

58

USUWANIE LOTNYCH ZWIĄZKÓW SIARKI Z BIOGAZU WYTWARZANEGO W MIKROBIOGAZOWNI ROLNICZEJ

Z WYKORZYSTANIEM NOWEGO SORBENTU

Jan Cebula1, Józef Sołtys2

1Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18 2Przedsiębiorstwo Techniczo-Handlowe Intermark, 44-100 Gliwice, ul. Św. Marka 9/7

Streszczenie: Użycie biogazu jako nośnika energii wymaga usunięcia z niego lotnych związków siarki, a zwłaszcza siarkowodoru. Usuwanie siarkowodoru za pomocą powietrza nie zawsze skutkuje pożądanymi efektami. Spełnienie norm dopuszczalnej zawartości siarkowodoru w biogazie było powodem podjęcia prac nad opracowaniem nowego skutecznego sorbentu. W artykule przedstawiono wyniki badań własnych zwią-zanych z usuwaniem lotnych związków siarki z biogazu z użyciem nowego sorbentu wytworzonym na bazie haloizytu. Opracowany filtr pozwala na usuwanie siarkowodoru z biogazu do poziomu poniżej 2ppm. Wprowadzenie

Usuwanie lotnych związków siarki z biogazu jest bardzo istotne z uwagi na wymagania stawiane przez producentów silników gazowych. Bardziej rygorys-tyczne wymagania stawiane są odnośnie zawartości siarkowodoru w biogazie przeznaczonym do wtłaczania do sieci gazowej lub do ogniw paliwowych. Siarkowodór w biogazowniach rolniczych najczęściej usuwa się z wykorzystaniem tlenu z powietrza [4]. Zachodzi wtedy z udziałem bakterii Thiobacillus następujaca reakcja:

2H2S + O2 � 2S + 2H2O W zależności od stężenia siarkowodoru do komory fermentacyjnej dodaje

się powietrza w ilości 2-6% wytwarzanego biogazu. Następuje redukcja lotnych związków siarki w ilości 80-99%. Czasami zawartość taka siarkowodoru może być za wysoka i wtedy dodaje się większe ilości powietrza. Dodatek powietrza do biogazu w ilości 6-12% powoduje, że wchodzi on w strefę wybuchowości, a ponadto wprowadza się duże ilości azotu [1, 2]. Dodatek jonów żelaza Fe(II) i żelaza Fe(III) do komory fermentacyjnej powoduje usunięcie siarkowodoru na

65

SEPARACJA METANU Z BIOGAZU PRZY UŻYCIU POLIIMIDOWEJ MEMBRANY

Andrzej Grzegorz Chmielewski1,2, Agata Urbaniak2, Katarzyna Wawryniuk1

1Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, 03-195 Warszawa, ul. Dorodna 16 2Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Chemicznej

i Procesowej, 00-645 Warszawa, ul. Waryńskiego 1

Streszczenie: Wzbogacanie biogazu w metan polega na usunięciu dwutlenku węgla, pary wodnej oraz siarkowodoru, które przyczyniają się do obniżenia właściwości kalorycznych surowego biogazu. Proces ten prowadzi się powszechnie na drodze absorpcji (w wodzie, glikolu polietylenowym, aminach), adsorpcji (sita molekularne, węgiel aktyw-ny), destylacji niskotemperaturowej lub separacji membranowej. W porównaniu z wymie-nionymi metodami, permeacja membranowa jest techniką pozwalającą uzyskać tę samą wydajność przy niższych kosztach eksploatacyjnych i znacznie mniejszym zapotrzebowaniu energetycznym i powierzchni. Uzyskanie wzbogacenia biogazu do stężeń wyższych od 70% obj. metanu daje możliwość wykorzystania tego surowca jako alternatywnego paliwa. Wstęp

Surowy biogaz musi być poddany oczyszczeniu (cleaning), a następnie procesowi podwyższenia zawartości metanu w biogazie (upgrading), po którym zakłada się osiągnięcie parametrów kalorycznych (ciepło spalania, liczba Wobbego), np. zgodnych z normami gazu sieciowego. Proces konwersji można realizować w oparciu o wodną absorpcję dwutlenku węgla, zmiennociśnieniową adsorpcję (PSA – Pressure Swing Adsorption) lub procesy kriogeniczne [1]. Metody te wymagają dużego nakładu energetycznego i powierzchniowego, a konieczność użycia dodatkowych reagentów przeczy polityce zrównoważonego rozwoju. Perspektywiczną metodą są procesy membranowe, które charakteryzuje modułowa budowa, pozwalająca – w razie konieczności, na szybkie i proste powiększanie skali. W porównaniu z powszechnie stosowanymi, tradycyjnymi metodami oczyszczania gazów, techniki membranowe nie wymagają dużego nakładu energetycznego i zapotrzebowania na powierzchnię. Dodatkowo nie przyczyniają się do produkcji dodatkowych strumieni odpadów procesowych i nie wymagają użycia dodatkowych reagentów. Prosta, kompaktowa budowa modułów

73

DWUSTADIALNY BIOREAKTOR DO WYTWARZANIA BIOGAZU

Andrzej Grzegorz Chmielewski1,2, Janusz Usidus3, Jacek Palige1, Otto Roubinek1, Michał Zalewski1

1Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, 03-195 Warszawa, ul. Dorodna 16 2Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Chemicznej

i Procesowej, 00-645 Warszawa, ul. Waryńskiego 1 3Stowarzyszenie Elektryków Polskich – Zamość, 22-400 Zamość, ul. Rynek Wielki 6

Streszczenie: W skali ćwierćtechnicznej przebadano proces przerobu w dwu-stadialnym bioreaktorze do produkcji biogazu surowców pochodzenia rolniczego kiszonki kukurydzy i oborniki oraz odpadów rolniczych. Uzyskano biogaz o zawartości metanu 58-69% z wydajnością 0,35-0,45 m3/kg s.m. Przedstawiono schemat przemysłowej instalacji o mocy 400 kW składającej się z kaskady hydrolizerów i fermentorów.

Wstęp Wymogi prawne oraz stały wzrost zapotrzebowania na energię powoduje,

że istnieje konieczność rozwoju alternatywnych dla istniejących źródeł energii opartych na spalaniu węgla, ropy naftowej i gazu naturalnego technologii pozyskiwania energii, takich jak energetyka jądrowa i biotechnologia, które nie prowadzą do wzrostu emisji CO2 do atmosfery. Ze względu na duży potencjał rolniczy Polski dużego znaczenia nabiera problem pozyskiwania energii poprzez produkcję biogazu otrzymywanego w procesie fermentacji metanowej wybranych celowych produktów rolniczych, jak również odpadów przemysłu rolnego i spożywczego. W chwili obecnej w Polsce działa około dwudziestu dużych biogazowni o mocy ok. 1 MW każda [1] oraz około kilkunastu biogazowni znaj-duje się na etapie budowy lub projektowania.

Podstawy procesów fermentacji metanowej dla otrzymania biogazu przedstawione są w obszernej literaturze światowej i w wielu publikacjach przeglądowych np. [2, 3, 4]. Proces może być prowadzony w zależności od dostępności surowców, typu substratów i innych czynników najczęściej w sposób jedno- lub dwustadialny (rozdzielenie procesu hydrolizy od fermentacji zasad-niczej) z okresowym, quasi-ciągłym lub ciągłym podawaniem substratów. Większość instalacji biogazowych pracuje w trybie reaktorów przepływowych z quasi-ciągłym zasilaniem substratami. Niezależnie od typu procesu należy zapewnić warunki dobrego wymieszania zawiesiny fermentacyjnej w fermentorze

80

WZBOGACANIE BIOGAZU Z ZASTOSOWANIEM CIEKŁYCH MEMBRAN OPARTYCH NA CIECZACH JONOWYCH

Iwona Cichowska-Kopczyńska, Monika Joskowska, Bartosz Dębski, Robert Aranowski

Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny Katedra Technologii Chemicznej, 80-233 Gdańsk, Narutowicza 11/12

Streszczenie: Zastosowanie cieczy jonowych osadzonych w porach nośników poli-merowych bądź ceramicznych jest nowoczesnym podejściem do separacji ditlenku węgla z mieszanin gazowych. Znikoma prężność par cieczy jonowych i możliwość modyfikacji budowy kationu i wyboru anionu wchodzących w skład cieczy jonowych sprawiają, że związki te mogą zastąpić obecnie stosowane w procesach separacji aminy. W publikacji przedstawiono wpływ struktury chemicznej, właściwości fizykochemicznych cieczy jono-wych oraz parametrów operacyjnych na efektywność separacji CO2 z biogazu i innych mieszanin gazowych w ciekłych membranach z cieczami jonowymi. Zastosowanie unie-ruchomionych membran ciekłych w procesach separacyjnych umożliwia stosowanie niewielkich ilości, selektywnie działających absorbentów. Wprowadzenie

Unieruchomione (immobilizowane) membrany ciekłe (ang. SLM – supported liquid membranes) składają się z dwóch faz: fazy stałej, czyli poro-watego nośnika (polimerowego lub ceramicznego) i fazy ciekłej tzw. fazy mem-branowej. Faza membranowa będąca najczęściej cieczą organiczną wypełnia pory nośnika i utrzymywana jest w nich przez siły kapilarne [1].

Przemysłowe zastosowania membran ciekłych obejmują z reguły użycie jako fazy membranowej monoetanoloaminy (MEA), dietanoloaminy (DEA), chloroformu, dichlorometanu, tetrachlorometanu, chlorobenzenu oraz toluenu. Użycie takich tradycyjnych rozpuszczalników wiąże się z licznymi wadami, jak możliwość wtórnego zanieczyszczenia strumienia, ubytek fazy membranowej poprzez odparowanie lub wypchnięcie cieczy z porów nośnika pod wpływem ciśnienia transmembranowego [2]. Poczyniono wiele starań w celu poprawienia stabilności immobilizowanych membran ciekłych, jednym z rozwiązań może być użycie cieczy o niskiej prężności par. Pośród wielu zalet cieczy jonowych to

88

MATERIAŁY KATALITYCZNE DLA TLENKOWYCH OGNIW PALIWOWYCH ZASILANYCH BIOGAZEM

Konrad Dunst1, Maria Gazda2, Bogusław Kusz2, Piotr Jasiński1,3

Politechnika Gdańska 1Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

2Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej 3e-mail: pijas@eti.pg.gda.pl

Streszczenie: Tlenkowe ogniwa paliwowe (SOFC) są jednymi z najbardziej obie-cujących przyrządów do konwersji energii ze względu na wysoką wydajność, niską emisję zanieczyszczeń i możliwość zastosowania szerokiej gamy paliw. Jednak zastosowanie biogazu jako paliwa w obecnie wytwarzanych ogniwach paliwowych, w których anoda jest zbudowana z niklu i tlenku itru stabilizowanego tlenkiem cyrkonu, powoduje osadzanie się węgla oraz degradację ogniwa. Oczekuje się, że można tego uniknąć poprzez zmodyfiko-wanie powierzchni anody materiałem o takich właściwościach katalitycznych, które zapo-biegałyby osadzaniu się węgla w trakcie pracy ogniwa.

W tej pracy przedstawiono porównanie właściwości katalitycznych 4 materiałów: Cu1,3Mn1,7O4, Y0,08Sr0,92Ti0,8Fe0,2O3-δ, SrZr0,95Y0,05O3−α, CeCu2O4, które mogą mieć poten-cjalne zastosowanie w wewnętrznym reformingu biogazu. Materiały zostały wprowadzone w strukturę anody Li/YSZ poprzez nasączenie. Ich właściwości katalityczne zostały prze-badane w syntetycznym biogazie z wykorzystaniem spektrometrii fourierowskiej (FTIR). Lajbardziej obiecujące wyniki otrzymano dla spinelu Cu1,3Mn1,7O4 oraz domieszkowanego tytanianu strontu Y0,08Sr0,92Ti0,8Fe0,2O3-δ.

Wstęp

Tlenkowe ogniwa paliwowe (ang. Solid oxide fuel cell – SOFC) są przy-rządami elektrochemicznymi umożliwiającymi bezpośrednią konwersję energii chemicznej w energię elektryczną. Ogniwa SOFC charakteryzują się wysoką wydajnością, niską emisją zanieczyszczeń w porównaniu do procesu spalania [1,2]. Do zasilania tlenkowych ogniw paliwowych możliwe jest wykorzystanie wielu rodzajów paliw [3,4]. Najczęściej stosowanym paliwem jest wodór. Jednak z po-wodu braku infrastruktury wodorowej można obecnie zaobserwować zaintere-sowanie zasilaniem ogniw SOFC paliwami ogólnie dostępnymi, takimi jak metan, metanol, gaz ziemny czy też biogaz [5]. Paliwa te zanim trafią do ogniwa SOFC są konwertowane do wodoru i tlenku węgla w zewnętrznym reformerze. Jest to

96

PRZEBIEG I ANALIZA PRODUKTÓW WOLNEJ I SZYBKIEJ PIROLIZY BIOMASY

Kazimierski Paweł1, Marek Klein2, Jacek Kluska2, Dariusz Kardaś2

1 Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, 80-233 Gdańsk, ul. G. Narutowicza 11/12 2 Instytut Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk,

Zakład Energii Odnawialnych, 80-231 Gdańsk, ul. Fiszera 14

Streszczenie: Ograniczone zasoby paliw kopalnych powodują konieczność po-szukiwania nowych źródeł energii: zielonych, odnawialnych, bezpiecznych. Poniższa praca prezentuje możliwości otrzymania stałych, ciekłych oraz gazowych paliw poprzez wykorzys-tanie pirolizy drewna. Cel prowadzonych badań to porównanie produktów termicznego, beztlenowego rozkładu biomasy, w eksperymentach różniących się szybkością nagrzewania substratów. W badaniach zastosowano drewno dębowe, sosnowe oraz wierzbowe. W po-równaniu uwzględniono otrzymane masy karbonizatu, frakcji ciekłej oraz gazu. Porównano także wartości opałowe otrzymanych karbonizatów i gazu, a także skład gazu. Badania prowadzono przy użyciu reaktora pirolitycznego oraz termograwimetru.

Wstęp Ograniczone zasoby paliw kopalnych zmuszają do refleksji na temat

przyszłości energetyki. Wykorzystywanie do celów energetycznych jedynie, lub w znacznej większości, paliw kopalnych nie daje poczucia bezpieczeństwa z powo-du braku realnej alternatywy, dlatego ważnym jest poszukiwanie nowych źródeł energii – zielonej, odnawialnej, bezpiecznej. Taką alternatywą może być wy-korzystanie drewna po odpowiedniej obróbce – w przypadku poniższej pracy, obróbce termicznej w warunkach beztlenowych – pirolizie. Drewno jako surowiec energetyczny wykorzystywane było przez człowieka od początku jego istnienia, jest to odnawialne i powszechnie akceptowalne społecznie źródło energii. Biomasa pod różnymi postaciami, w wielu gałęziach przemysłu często staje się odpadem, a w większości regionów Polski jej potencjał jest duży. Jedną z postaci biomasy jest rozdrobnione drewno – zrębki i trociny, których dotyczy poniższa praca. Zrębki, wióry, trociny powstają w znaczących ilościach podczas pozyskania drewna, jego obróbki tartacznej, a także kolejnych etapach obróbki zależnych od docelowego wykorzystania drewna. Tradycyjne zastosowanie tego typu biomasy polega na pozyskaniu energii cieplnej lub elektrycznej, najczęściej poprzez kon-

104

ANALIZA PORÓWNAWCZA OLEJÓW Z PIROLIZY OPON ORAZ PIROLIZY BIOMASY,

POD WZGLĘDEM UŻYTECZNOŚCI JAKO PALIWA

Maciej Klein1, Marek Klein2, Jacek Kluska2, Dariusz Kardaś2

1Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, 80-233 Gdańsk, ul. G. Narutowicza 11/12, macklein1@student.pg.gda.pl

2Instytut Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk, Zakład Energii Odnawialnych, 80-231 Gdańsk, ul. Fiszera 14

Streszczenie: Rosnąca niestabilność na tradycyjnych rynkach paliw kopalnych ożywiła zainteresowanie produkcją paliw alternatywnych z biomasy. Piroliza jest obiecu-jącym procesem dla konwersji biomasy odpadowej w użyteczne paliwo płynne. W niniejszej pracy przedstawiono analizę porównawczą olejów z pirolizy opon oraz pirolizy biomasy, pod względem bezpośredniego wykorzystania jako paliwa. Olej z pirolizy opon został dostarczony przez zakład utylizacji opon, natomiast olej z pirolizy biomasy pochodzi z procesu pirolizy zrębków wierzbowych przeprowadzonego w IMP PAL. Analizę prze-prowadzono przy użyciu następujących technik badawczych: analizy kalorymetrycznej, analizy elementarnej, ATR-FTIR, TGA-FTIR. Otrzymano następujące wartość opałowe oleju z pirolizy opon i oleju z pirolizy biomasy, odpowiednio 45266 kJ/kg i 1238 kJ/kg. 1. Wstęp

Rosnąca niestabilność na tradycyjnych rynkach paliw kopalnych ożywiła zainteresowanie produkcją paliw alternatywnych z biomasy [1]. Energia od-nawialna pochodząca z biomasy zmniejsza zależność od paliw kopalnych i nie wpływa na wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery [2]. Piroliza jest termicznym rozkładem biomasy w gaz, ciecz i ciało stałe, zachodzi w warunkach całkowicie beztlenowych [3]. Podczas pirolizy duże cząsteczki węglowodorów rozpadają się na mniejsze. Podczas szybkiej pirolizy produkowane są głównie paliwa płynne bioolej, podczas wolnej pirolizy otrzymujemy głównie gaz i produkt stały – karbonizat. Piroliza jest obiecującym procesem dla konwersji biomasy odpadowej w użyteczne paliwo płynne. W przeciwieństwie do spalania, nie jest procesem egzotermicznym [4].

W niniejszej pracy przeprowadzono analizę porównawczą olejów z piro-lizy opon oraz biomasy, pod względem użyteczności jako paliwa. Należy zwrócić

111

INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA TECHNOLOGICZNE W BIOELEKTROWNI ELECTRA®

Marek Kurtyka1, Ola Łukaszek2, Karol Bartkiewicz2, Wojciech Łukaszek2

1Termo – Klima MK Katowice, 2Ekoenergia Kolonia Pozezdrze

Streszczenie: Bioelektrownia ELECTRA® jest jedną z najnowocześniejszych insta-lacji w zakresie energetyki biogazowej. Jest technologią na wskroś polską i na dodatek technologią „żywą”, wprowadzającą coraz nowsze i efektywniejsze rozwiązania. Obok zaproponowanych wcześniej: miksowania substratów przed wprowadzeniem do komory fermentacyjnej, produkcji z osadu pofermentacyjnego granulowanego substytutu nawozu organicznego czy mieszadła szczelinowego, wprowadza się w tej chwili nowocześniejsze elementy, jakimi są mikronizer oraz tomograficzne monitorowanie, wizualizację i opty-malizację procesu mieszania wielofazowego w komorze fermentacyjnej. Urządzenia te oraz procedury zwielokrotniają efektywność procesową, a zarazem ekonomiczną bioelektrowni.

Wśród kilkunastu propozycji rozwiązań konstrukcyjnych i technolo-gicznych bioelektrowni na świecie, z pewnością jedną z najnowocześniejszych i najciekawszych jest zaproponowana przez polskich konstruktorów i technologów bioelektrownia ELECTRA® uwzględniająca w swych rozwiązaniach najbardziej bieżące osiągnięcia konstrukcyjne i technologiczne.

Bioelektrownia ELECTRA® (Urząd Patentowy RP – nr W.121256), polska instalacja do produkcji energii elektrycznej z biogazu wytworzonego z biomasy organicznej w większości pochodzenia rolniczego i granulowanego substytutu nawozu organicznego, jest rozwiązaniem, które na bieżąco uzupełniane jest o najnowsze osiągnięcia techniczne przydatne w instalacji.

W ELECTRZE®, jako jednej z pierwszych bioelektrowni w Europie, kilkanaście lat temu przyjęto zasadę odwadniania osadu pofermentacyjnego i produkowania z niego granulowanego substytutu nawozu organicznego. W produkcji tej wykorzystuje się zarówno siarkę otrzymywaną przy odsiarczaniu biogazu (mokrą metodą BIOSULFEX, autorstwa polskiej firmy PROMIS), jak i koncentrat retentatu otrzymywany w mikrooczyszczalni (stanowiącej stały element bioelektrowni ELECTRA®). Mikrooczyszczalnia pracuje w technologii odwróconej osmozy i jest wykorzystywana przy oczyszczaniu awaryjnego zrzutu

119

MODELOWA BIOGAZOWNIA ROLNICZA NA TERENIE STACJI DYDAKTYCZNO-BADAWCZEJ W BAŁDACH

Mirosław Krzemieniewski, Marcin Dębowski, Marcin Zieliński

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Inżynierii Środowiska, 10-719 Olsztyn, ul. Warszawska 117 a

Streszczenie: W publikacji zaprezentowano Przyzagrodową Biogazownię Rolniczą (PBR) w Stacji Dydaktyczno-Badawczej Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego zlokalizo-wanej w Bałdach. Całkowita powierzchnia zajmowana przez instalacje PBR wynosi 152 m2, jest to obszar ogrodzony i zabezpieczony. Funkcjonalnie Biogazownia połączona jest z obiektami technologicznymi Stacji Badawczej w Bałdach, które są odbiorcą ciepła wytwarzanego w biogazowni. Do zasilania biogazowni wykorzystywana jest gnojowica oraz kiszonki roślin energetycznych. Reaktory są eksploatowane przy obciążeniu na p-oziomie 2,0 kg s.m.o./m3·d. Hydrauliczny czas zatrzymania wynosi 40 dni.

Wstęp Fermentacja metanowa stanowi zespół beztlenowych procesów

biochemicznych, w których wielkocząsteczkowe substancje organiczne (przede wszystkim węglowodany, białka i tłuszcze oraz ich pochodne) ulegają rozkładowi do alkoholi lub niższych kwasów organicznych oraz do metanu, dwutlenku węgla i wody [1].

W procesie fermentacji metanowej wyróżnia się cztery następujące po sobie etapy. Pierwszy to enzymatyczna hydroliza złożonych substancji organicz-nych przy udziale enzymów produkowanych przez bakterie hydrolityczne. Następ-nie bakterie fermentacji kwasnej metabolizują produkty hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych (głównie do kwasu octowego, masłowego i propionowego), etanolu i produktów gazowych. Kolejnym etapem degradacji bioodpadów jest octanogeneza, w czasie której grupa bakterii octanogennych rozkłada lotne kwasy tłuszczowe, przede wszystkim kwas propionowy i masłowy do kwasu octowego, dwutlenku węgla i wodoru. Ostatnim etapem jest metanogeneza, w czasie której następuje właściwa przemiana kwasu octowego do metanu i dwutlenku węgla [2, 3].

Końcowe produkty procesów beztlenowych stanowią gazy, głównie metan i dwutlenek węgla. Po stronie stałych produktów przemian powstają osady. W osa-

126

AKTYWNOŚĆ CELULOLITYCZNA WYBRANYCH SZCZEPÓW GRZYBÓW Z RODZAJU TRICHODERMA

Roman Marecik, Paweł Cyplik

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności

60-627 Poznań, ul. Wojska Polskiego 48, e-mail: romarc@up.poznan.pl

Streszczenie: Celem prowadzonych badań było wyselekcjonowanie szczepów grzybów z rodzaju Trichoderma o największych zdolnościach do degradacji celulozy. Badaniom poddano 121 szczepów grzybów należących do gatunków: viridescens, viride, longibrachiatum, atroviride, koningi, pseudokoningi, citrinoviride, hamatum i harzianum. Grzyby hodowano na podłożu indukującym syntezę enzymów celulolitycznych poprzez zastosowanie karboksymetylocelulozy (CMC) jako jedynego dostępnego źródła węgla dla mikroorganizmów. Po zakończeniu hodowli badano aktywność celulolityczną pozyskanych płynów pohodowlanych odnosząc wyniki do szczepu referencyjnego, jakim był Trichoderma reesei. W wyniku przeprowadzonych doświadczeń odnotowano znaczną liczbę szczepów o wysokiej aktywności celulolitycznej. Wśród badanych grzybów największą aktywność celulolityczną obserwowano dla szczepów należących do gatunków harzianum i virens. Poszczególne szczepy należące do tych gatunków charakteryzowały się aktywnością celulolityczną 2-, 3-krotnie przewyższającą aktywność szczepu referencyjnego.

Wstęp

Biomasa roślinna jest bardzo ważnym, odnawialnym surowcem do pro-dukcji biopaliw i innych cennych substancji chemicznych. Pobierany w procesie fotosyntezy węgiel akumulowany jest w roślinach w postaci złożonych związków, z których największą część stanowią związki ligninocelulozowe. Substancje o charakterze ligninoceluloz są podstawowym materiałem strukturotwórczym wszystkich roślin. Ligninoceluloza składa się z trzech głównych komponentów: celulozy, hemicelulozy i ligniny. Najważniejszym składnikiem jest składający się z glukozy biopolimer – celuloza. Jest ona najbardziej rozpowszechnionym na świecie polisacharydem, stanowiącym zwykle ponad 50% biomasy roślinnej. Ze względu na powszechność występowania oraz skład (cząsteczki glukozy), celuloza może być istotnym, odnawialnym surowcem do produkcji biopaliw, np. etanolu lub biogazu. Jednakże właściwości celulozy – brak rozpuszczalności w wodzie oraz

134

MODERNIZACJA GORZELNI O UKŁAD PRODUKCJI BIOGAZU

Robert Matysko1, Danuta Jasiakiewicz2, Wojciech Krużewski2

1IMP-PAN w Gdańsku, 2Ekspert SITR – Koszalin

Streszczenie: Praca przedstawia obieg przepływowy dla zadanych parametrów termodynamicznych procesów realizowanych w instalacjach produkcji etanolu, metanu, ciepła, prądu elektrycznego oraz nawozów rolniczych. W obliczeniach wyznaczono para-metry termodynamiczne wymienników ciepła. W wyniku obliczeń zaproponowano modyfi-kacje obiegu klasycznej gorzelni o: − zamkniętą instalację obiegu pary wodnej niskiego ciśnienia (2,3 bar, 125oC), − dodatkową instalację parową wysokiego ciśnienia 25 bar i 450oC do prototypowej in-

stalacji ciągłej hydrolizy termicznej, − instalację produkcji metanu oraz odzysku ciepła do procesów suszarniczych oraz prze-

grzewania pary w procesie hydrolizy termicznej.

1. Modele procesów realizowanych w gorzelniach

W gorzelniach aktualnie istniejących na terenie Polski realizowane są klasyczne procesy mające na celu produkcję alkoholu etylowego do celów spożywczych. Do głównych procesów technologicznych realizowanych w polskich gorzelniach zaliczyć można: − sacharyzacja, − fermentacja, − destylacja lub rektyfikacja.

Realizacja tych procesów jest prowadzona na bazie technologii opracowa-nych kilkadziesiąt lat temu, które nie są w świetle obecnych trendów ani energo-oszczędne, ani ekonomicznie zasadne. Przykładem jest gorzelnia w Trzebiechowie, gdzie istnieje otwarty obieg parowy (oznacza to duże straty wody).

Poniżej przedstawiono jedną z propozycji, jakie przedstawiono dla gorzelni w Trzebiechowie. Propozycja ta obejmuje zmiany układu o: − zamknięty obieg wody dla kotłowni i systemu destylacji alkoholu etylowego, − układ hydrolizy ciągłej na potrzeby produkcji alkoholu etylowego,

143

EFEKTY ŚRODOWISKOWE WYKORZYSTANIA ŹRÓDEŁ ENERGII ODNAWIALNEJ

Tadeusz Noch

Gdańska Szkoła Wyższa z siedzibą w Gdańsku, e-mail: tadeusz.noch@gsw.gda.pl

Streszczenie: W opracowaniu. omówiono wykorzystanie energii ze źródeł od-nawialnych. Przeprowadzono analizę emisji zanieczyszczeń powstających przy spalaniu konwencjonalnych i niekonwencjonalnych źródeł energii. Opisano przykładowe układy kogeneracyjne. W szczególności uwzględniono układ skojarzony z turbiną gazową oraz układ skojarzony z tłokowym silnikiem spalinowym. Zwrócono uwagę na stosowanie nowoczesnych rozwiązań w technice ogrzewania.

1. Wstęp Zapotrzebowanie na energię jest bezpośrednią pochodną rozwoju gospo-

darczego, stąd też w ciągu najbliższych kilkunastu lat przewidywany jest dalszy znaczny wzrost jej konsumpcji [10]. Problemem współczesnej gospodarki jest zmniejszanie się zasobów surowców kopalnych oraz wzrost ich cen. Powoduje to, że należy podjąć działania związane z poszukiwaniem innych, odnawialnych źródeł energii w celu zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego.

Problematyka odnawialnych źródeł energii zawarta jest w wielu aktach polskiego prawa. Podstawowym aktem jest Konstytucja RP, której art. 74 brzmi: „władze publiczne zapewniają bezpieczeństwo ekologiczne współczesnemu i przyszłym pokoleniom, a ochrona środowiska jest obowiązkiem władz publicz-nych, które wspierają działania obywateli na rzecz ochrony i poprawy środowiska” [6].

2. Energia ze źródeł odnawialnych

Energia ze źródeł odnawialnych może mieć postać przydatną do bez-pośredniego wykorzystania (energia wiatru, energia wody, energia słoneczna, geotermia) lub pozwalającą na jej magazynowanie (biomasa, biopaliwa). Przy racjonalnym jej wykorzystaniu mniej zanieczyszczają one środowisko [7]. Uzys-kanie energii ze źródeł odnawialnych jest jedną z głównych opcji pozwalających zmniejszyć obecne uzależnienie od paliw kopalnych oraz zaspokoić stale rosnące

149

PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA BIOGAZU JAKO BIOPALIWA W SEKTORZE TRANSPORTU W POLSCE

Barbara Smerkowska

Przemysłowy Instytut Motoryzacji

Streszczenie: W pracy przedstawiono pewne polityczne, techniczne i gospodarcze aspekty wykorzystania biogazu w sektorze transportu w Polsce.

Obecność Polski w strukturach Unii Europejskiej wiąże się z realizacją

zobowiązań przyjętych na poziomie wspólnotowym. Należą do nich zobowiązania środowiskowe, w tym obowiązkowe cele dotyczące udziału transportowych paliw odnawialnych na poziomie 10% do 2020 r. w każdym kraju członkowskim.

Obecnie kraje członkowskie wypełniają te cele wprowadzając do obrotu paliwa pierwszej generacji: bioetanol oraz biodiesel (estry metylowe kwasów tłuszczowych – FAME). Jednocześnie szacuje się, że biodiesel (7% dodatek do oleju napędowego oraz niewielkie ilości obecnego na rynku 100% biodiesla) i bioetanol (5% lub 10% dodatku do benzyny) nie wystarczą by wypełnić Narodowe Cele Wskaźnikowe, brakującą ilość ocenia się na około 20%1. W ostatnim czasie widać, że oczekiwania związane z wykorzystaniem biopaliw pierwszej generacji nie zostały spełnione zarówno w aspekcie ekonomicznym, jak i środowiskowym. Jednocześnie biopaliwa zaawansowane technologiczne nie są jeszcze dostępne komercyjnie i nadal wymagają intensywnych badań.

Raporty eksperckie opracowane na zlecenie Komisji Europejskiej wyraźnie wskazują na gaz ziemny i jego odnawialny odpowiednik – biometan, jako paliwa pomostowe pomiędzy paliwami konwencjonalnymi a biopaliwami kolejnych generacji2,3. Potwierdzają to również przedstawiciele Komisji Europejskiej z DG MOVE (Directorate-General for Mobility and Transport)4. Paliwa metanowe

1 Według danych Stowarzyszenia NGV Europe. 2 Report on Future Transport Fuels. European Expert Group on Future Transport Fuels. 2011. 3 Nijboer M. 2010. The Contribution of Natural Gas to Sustainable Transport. International Energy Agency. 4 Franz-Xaver Söldner, Deputy Head of Unit, EC DG Move, prezentacja „Alternative Fuels”, konferencja GasHighWay, Bruksela 1 marca 2012 r.

156

PIROLIZA I ZGAZOWANIE POFERMENTU Z BIOGAZOWNI

Dariusz Wiśniewski

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk Technicznych

Streszczenie: W referacie przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych nad wykorzystaniem pofermentu z biogazowni rolniczych do celów energetycznych. Badania nad możliwością wykorzystania energetycznego pofermentu koncentrowały się nad meto-dami termicznymi jak piroliza i zgazowanie. Jako materiał wsadowy do procesu zgazo-wania i pirolizy w instalacji badawczej został wykorzystany poferment z eksperymentalnej biogazowi rolniczej w Bałdach Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego. Eksperymentalna Biogazownia w Bałdach jako substrat wykorzystuje gnojowice oraz kiszonkę z kukurydzy. Z biogazowi została pobrana próba w postaci 30L pofermentu o uwodnieniu około 90%. Próba została następnie osuszona wieloetapowo do wilgotności około 10% poprzez sedymentacje a następnie separację części przez sito, podgrzewanie i odparowanie wody, wygrzewanie w piecu komorowym. La osuszonym i przygotowanym pofermencie zostały przeprowadzone próby pirolizy i zgazowania. Przygotowany poferment z biogazowi rolniczej został poddany próbie pirolizy. Podczas badań analizowano kaloryczność gazów palnych w frakcji lotnej oraz dokonano analizy frakcji stałej przed i po procesie pirolizy. W drugiej części badań nad konwersją termiczną przygotowany poferment został poddany próbie zgazowania. Jako czynnik zgazowujący został wykorzystany dwutlenek węgla. Zgazowanie dwutlenkiem węgla wymagało dostarczenia energii zewnętrznej do procesu oraz temperatury powyżej 800°C. Próba ta miała na celu określenie możliwości wykorzystania osuszonego pofermentu do celów energetycznych poprzez zgazowanie

Przygotowanie pofermentu z biogazowi rolniczej Przygotowanie pofermentu przebiegało wieloetapowo. W pierwszym eta-

pie po pobraniu próby dokonano sedymentacji. Na fot. 1 przedstawiono poferment pobrany bezpośrednio z biogazowni. Pobrany poferment został następnie przepuszczony przez specjalnie skonstruowane sito o niewielkim rozmiarze oczek. Osad pozostały po sedymentacji wraz frakcją stałą został następnie złany do naczynia. Następnie poprzez podgrzewanie odparowano zawartą wodę. Otrzymano w ten sposób frakcję stałą wysuszono do wilgotności około 10% w piecu komorowym.

163

HYBRYDOWY REAKTOR FERMENTACYJNY OGRZEWANY PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM

Marcin Zieliński, Marcin Dębowski

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Inżynierii Środowiska, 10-719 Olsztyn, ul. Warszawska 117 a

Streszczenie: Mikrofale są częścią widma elektromagnetycznego z zakresu długoś-ci fal od 1 mm do 1 m i zakresu częstotliwości od 300 MHz do 300 GHz. Oddziaływanie promieniowania mikrofalowego na molekuły nie powoduje zmiany w ich strukturze. Przyj-muje się, że w wyniku promieniowania mikrofalowego drgania cząsteczek dipolarnych, takich jak woda wpływa bezpośrednio na wzrost temperatury substancji.

W pracy zaprezentowano rozwiązanie technologiczne reaktora beztlenowego z wy-korzystywaniem mikrofalowego promieniowania elektromagnetycznego jako czynnika pozwalającego tworzyć warunki cieplne. Ogrzewanie mikrofalowe charakteryzuje się dużą selektywnością, istnieje zatem możliwość wprowadzenia energii bezpośrednio do biofilmu ukształtowanego na wypełnieniu umieszczonym w reaktorze. Wpłynie to bezpośrednio na aktywność biofilmu i przebieg przemian biochemicznych. W pracy przedstawiono możli-wość zastosowania elektromagnetycznego promieniowania mikrofalowego do stymulo-wania warunków termicznych w procesie beztlenowego rozkładu substratów organicznych. Zakłada się, iż promieniowanie mikrofalowe wpłynie na poprawę wyników końcowych zarówno pod względem efektywności degradacji materii organicznej, jak ilości i składu biogazu produkowanego w procesie.

Wstęp Ze względu na liczne zalety, ogrzewanie przy pomocy promieniowania

mikrofalowego znalazło szerokie zastosowanie w badaniach naukowych, przemyś-le, jak i w życiu codziennym. Najpowszechniej znane zastosowanie energii mikro-falowej wiąże się z opatentowaną ponad 50 lat temu (Spencer 1949) domową kuchenką. W urządzeniach tych wykorzystuje się najczęściej mikrofale o często-tliwości 2450 MHz, których źródłem jest magnetron.

Ogrzewanie mikrofalowe jest szeroko stosowane w analityce chemicznej [Jin i in. 1999]. Energię mikrofal wykorzystuje się do rozkładu próby na analizowane czynniki (spalanie), ekstrakcji, suszenia prób, pomiarów wilgotności, analizy adsorpcji i desorpcji. Mikrofale wykorzystuje się również w takich

170

SKŁADOWISKO ODPADÓW KOMUNALNYCH JAKO BIOREAKTOR DO WYTWARZANIA BIOGAZU

Tadeusz Zimiński

Instytut Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego w Gdańsku

Streszczenie: Odpady komunalne są uciążliwym balastem pozostającym po działalności człowieka we wszystkich skupiskach ludzkich. Ich likwidacja bądź bezpieczne składowanie jest kłopotliwym zadaniem dla wszystkich władz lokalnych różnego szczebla. Likt nie chce mieć w swoim otoczeniu składowiska odpadów, potocznie mówiąc „wysypiska śmieci” – „czyichś śmieci”. Jest to problem społeczny, ale i gospodarczy.

Z chemicznego punktu widzenia, odpady komunalne możemy podzielić na or-ganiczne i nieorganiczne. Z morfologicznego punktu widzenia, odpady możemy podzielić na wielkogabarytowe, drobne, z działalności bytowej, gospodarstw domowych i działalności przemysłowej. Z biologicznego punktu widzenia możemy podzielić na biodegradowalne i niebiodegradowalne. Wszystkie rodzaje odpadów, najczęściej w formie zmieszanej i zanieczyszczonej trafiają do Zakładu Utylizacji Odpadów bądź na dzikie wysypiska.

Każda z grup odpadów, z uwagi na możliwość różnego zagospodarowania użytkowego, wymaga segregacji i odrębnego postępowania. Z reguły odpady komunalne są mieszaniną uciążliwą i stanowią, szczególnie po uwzględnieniu różnych pór roku, mieszaninę niejednorodną i niejednolitą.

Z energetycznego punktu widzenia odpady mogą mieć znaczną wartość, z uwagi na dużą zawartość materiałów organicznego pochodzenia. Są to równego rodzaju odpady drewna, tworzywa, makulatura, odpady biodegradowalne gospodarstw domowych, jak i przeterminowane i zdyskwalifikowane z innych powodów produkty spożywcze. Odpady biodegradowalne są szczególnie uciążliwe w trakcie zbierania, segregacji i podczas składowania, głównie z uwagi na emisję odorów. Do powstawania odorów dochodzi w warunkach niedostatecznego dostępu tlenu (gdy przeważają procesy gnilne), przy udziale drobnoustrojów beztlenowych i względnych tlenowców. W warunkach pełnego dostępu tlenu rozkład odpadów biodegradowalnych zachodzi z dominującym udziałem drobno-ustrojów tlenowych i zachodzi bez wydzielania odorów. W warunkach tlenowych rozkład biomasy to proces kompostowania, gdzie z rozkładanej biomasy narasta masa drobno-ustrojów tlenowych, a produktami odpadowymi są gazowy ditlenek węgla i woda, a przy nadmiarze białka też amoniak.

W warunkach beztlenowych z rozkładanej biomasy narasta masa drobnoustrojów beztlenowych, a produktem jest gaz wysypiskowy (rodzaj biogazu), mieszanina metanu, ditlenku węgla i niewielkiej ilości gazów odorowych, a więc surowiec energetyczny. Taki proces rozkładu biodegradowalnych odpadów ma miejsce na każdym składowisku odpadów komunalnych, które jest jakby dużym bioreaktorem.

173

FERMENTACJA METANOWA MAKUCHU RZEPAKOWEGO JAKO SUBSTRATU DO PRODUKCJI BIOGAZU

W KONTENEROWEJ MIKROBIOGAZOWNI ROLNICZEJ

Jan Cebula1, Łukasz Czok2

1Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków 2eGmina, Infrastruktura, Energetyka Sp. z o.o.

Streszczenie: Makuch rzepakowy jest produktem ubocznym wytwarzanym przy produkcji oleju rzepakowego. Zasadnicza część makuchu wykorzystywana jest jako pasza dla zwierząt. Makuch odpadowy lub jego nadmiar może być wykorzystywany jako substrat do produkcji biogazu. W pracy przedstawiono wyniki badań związanych z fermentacją metanową makuchu rzepakowego wytwarzanego w olejarni zlokalizowanej w okolicach Gliwic. Makuch został poddany fermentacji metanowej w kontenerowej mikrobiogazowni rolniczej. Wyniki badań porównano z wynikami uzyskanymi w trakcie prowadzonych doświadczeń laboratoryjnych. Wstęp

Biomasa pochodzenia rolniczego, przede wszystkim otrzymana z upraw roślin energetycznych, a także pochodząca z odpadów przemysłu przetwórczego i spożywczego jest bogatym źródłem energii odnawialnej. Jest ona złożoną mieszaniną organicznych związków chemicznych, takich jak węglowodany, tłuszcze, białka, celuloza, ligniny, hemiceluloza i innych o wysokim potencjale energii do produkcji biopaliw, a w szczególności biogazu [6]. Szeroko wykorzys-tuje się ją do produkcji alkoholi, środków powierzchniowoczynnych, rozpuszczal-ników, lekarstw, tworzyw sztucznych itp.

Obecnie biogazownie stają się integralną częścią przemysłu rolno-spożywczego i hodowlanego, a także elementem ochrony środowiska. Z ich wykorzystaniem rozwiązuje sie problem emisji gazów cieplarnianych, utylizuje biomasę odpadową. Przeprowadza się jej konwersję do użytecznej energii, a także kreuje drogę do wytwarzania naturalnego nawozu.

Biogaz wytwarzany w procesie fermentacji beztlenowej, bogaty w metan może być wykorzystywany jako paliwo w układach kogeneracyjnych przy skojarzonej produkcji energii elektrycznej oraz cieplnej [3].

181

BIOMASA GLONÓW JAKO ALTERNATYWNY SUBSTRAT DLA TECHNOLOGII BIOGAZOWYCH

– POTENCJALNE KORZYŚCI I OGRANICZENIA

Marcin Dębowski, Marcin Zieliński

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Inżynierii Środowiska, 10-719 Olsztyn, ul. Warszawska 117 a

Streszczenie: Glony posiadają wiele zalet w stosunku do typowych, wyższych roślin energetycznych. Charakteryzują się wyższym tempem przyrostu biomasy, a fakt, iż mogą być pozyskiwane z naturalnych akwenów wodnych powoduje, iż nie stanowią konkurencji dla upraw dedykowanych na cele żywieniowe lub paszowe. Dotychczasowe badania prowadzone pod kątem wykorzystania tego rodzaju substratu w procesach fermentacji metanowej są bardzo obiecujące. W badaniach testowano między innymi mikroglony w tym Macrocystis, Gracilaria, Hypnea, Ulva, Laminaria and Sargassum. Z uwagi na obserwowane postępy w technologii produkcji, pozyskiwania i separacji fitoplanktonu, w chwili obecnej również ta grupa glonów jest postrzegana jako substrat w procesach wytwarzania biogazu. Wykorzystanie tego rodzaju źródła biomasy jest rozwią-zaniem nowatorskim, które dotychczas było jedynie sygnalizowane w literaturze światowej. Doniesienia dotyczą głównie wykorzystania sinic pochodzących z zurofizowanych jezior w Chinach lub dotyczą teoretycznych rozważań, szacunków i kalkulacji potencjału tego typu rozwiązań technologicznych.

Wprowadzenie Opracowanie oraz wdrożenie na szeroką skalę czystych, efektywnych

i odnawialnych technologii pozyskiwania energii staje się obecnie wyzwaniem zarówno dla naukowców, jak również priorytetem dla eksploatatorów systemów energetycznych. Bezpośrednią przyczyną takiego stanu rzeczy jest konieczność ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, co wiązać się musi ze zmniejszeniem wydobycia i wykorzystania konwencjonalnych nośników energii, w tym węgla, gazu ziemnego i ropy naftowej.

W powszechnym przekonaniu cele przedstawione powyżej można w części osiągnąć poprzez stymulowanie rozwoju niekonwencjonalnych systemów ener-getycznych opartych na wykorzystaniu biomasy o różnej charakterystyce i pocho-dzeniu (Börjesson i Berglund 2006). Istnieją jednak analizy, które podważają tę

189

EFEKTYWNOŚĆ SUBSTRATÓW WYKORZYSTYWANYCH DO PRODUKCJI BIOGAZU

Waldemar Gostomczyk

Politechnika Koszalińska Wydział Nauk Ekonomicznych

Streszczenie: W pracy przedstawiono szeroki zakres zagadnień dotyczących pro-dukcji biogazu rolniczego. Scharakteryzowano politykę państwa w zakresie rozwoju bio-gazowi, potencjał surowcowy uwzględniający zróżnicowanie źródeł, jak i jego regionalne zróżnicowanie, podstawowe elementu procesu technologicznego warunkujące uzyskanie wysokiej efektywności oraz surowce i ich właściwości wykorzystywane w polskich bio-gazowniach. Dokonano również przeglądu wszystkich zarejestrowanych biogazowi rol-niczych wraz z ich parametrami technicznymi i technologicznymi.

Wstęp

Produkcja energii z biogazu rolniczego stanowi jedną ze ścieżek produkcji z źródeł odnawialnych. Umożliwiają one realizację przez Polskę nałożonych do wypełnienia Narodowych Celów Wskaźnikowych oraz postanowień Pakietu Klimatyczno-Energetycznego. Biogazownie rolnicze doskonale nadają się do osiągania tych celów. Są to instalacje, które z racji lokalizacji w pobliżu budynków inwentarskich, są urządzeniami utylizującymi produkty uboczne rolnictwa, przyczyniając się do ich efektywnego wykorzystania i zmniejszenia uciążliwości dla mieszkańców oraz szkodliwości dla środowiska naturalnego. Pozytywny wpływ na środowisko jest autentyczny, w odróżnieniu od innych źródeł biomasy, gdzie ograniczenia emisji gazów cieplarnianych ma charakter umowny. Redukcja ta opiera się założeniu, że równoważne ilości dwutlenku węgla powstające w wy-niku spalania są następnie pochłaniane w procesie fotosyntezy. W rzeczywistości ilość dwutlenku węgla emitowana przy produkcji jednostki energii z biomasy jest większa od tej przy spalaniu węgla kamiennego i brunatnego. Ponadto należy jeszcze uwzględnić emisję spalin przez maszyny wykorzystywane w uprawie, zbiorze i przetwórstwie biomasy. Biogazownie, poprzez kontrolowanie procesów fermentacji, a następnie spalanie biogazu, znacznie redukują emisję metanu do atmosfery, którego wpływ na powiększanie dziury ozonowej jest 21 razy większy od dwutlenku węgla. Do kanonów efektywnego gospodarowania zaliczamy

222

PRZYDATNOŚĆ BETA VULGARIS L. JAKO SUBSTRATU BIOGAZOWNI ROLNICZEJ

Anna Karwowska, Janusz Gołaszewski, Kamila Żelazna

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Streszczenie: Burak zwyczajny (Beta vulgaris L.), którego uprawa w Polsce ma bogatą tradycję, może być rozważany jako alternatywny surowiec do produkcji energii odnawialnej. Duża plenność oraz wysoka zawartość sacharydów szczególnie predysponują ten gatunek na cele biogazowe. We wstępnych doświadczeniach z odmianami Abrax i Gerty określono plon korzeni i liści, a następnie wydajność produkcji biogazu, w tym metanu przy wykorzystaniu kiszonki z korzenia oraz korzenia i liści. Wstępna analiza respirometryczna wykazała, że burak jest substratem do produkcji biogazu o korzystnym składzie oraz dużej wydajności z powierzchni uprawy. Generalnie kiszonki z korzeni wykazywały niższą wydajność produkcji biogazu niż wariant z dodatkiem liści, przy czym zależność ta była bardziej wyraźna w przypadku buraka cukrowego Abrax. Fermentacja metanowa mono-substratu korzeni i liście prowadzi do około 3-krotnie większej wydajności metanu aniżeli monosubstratu korzeni i liści. W przeliczeniu na plony korzeni i liści uzyskane w warunkach doświadczalnych wydajność odmiany Abrax określono na poziomie 6998.27 m3 ha-1 zaś od-miany Gerty na poziomie 9074.21 m3 ha-1.

Wstęp Biomasa roślinna stanowi trzecie co do wielkości naturalne źródło energii

[1]. Do paliw odnawialnych o największym znaczeniu należą biogaz, biodiesel, bioetanol oraz biopaliwa stałe. Sektor produkcji biogazu w Polsce jest obecnie nie-wielki, jednak możliwości jego rozwoju są obiecujące. Szacuje się, że w pers-pektywie do 2020 r. może powstać około 1500-2000 biogazowni przetwarzających różnorodny substrat biomasowy [2].

Biogaz, jako podstawowy produkt fermentacji metanowej, różni się struk-turą gazów w zależności od materiału poddawanego fermentacji [3]. O stopniu przydatności biomasy roślinnej jako surowca biogazowego świadczy uzyskiwany plon z jednostki powierzchni (t/ha), wydajność energetyczna w odniesieniu do jednostki biomasy oraz szybkość, z jaką ulega ona przekształceniu do paliwa gazowego [4].

229

FERMENTACJA I KOFERMENTACJA WYWARU GORZELNIANEGO, OBORNIKA BYDLĘCEGO

ORAZ KISZONKI KUKURYDZIANEJ

Ewa Klimiuk, Tomasz Pokój, Katarzyna Bułkowska, Zygmunt Mariusz Gusiatin

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku Katedra Biotechnologii w Ochronie Środowiska, 10-709 Olsztyn, ul. Słoneczna 45G

Streszczenie: W pracy oceniano wydajność biogazu dla substratów wytwarzanych w Gospodarstwie Rolnym w Komorowie (woj. kujawsko-pomorskie), tj. wywaru z gorzelni melasowej, obornika bydlęcego i kiszonki kukurydzy zwyczajnej. Badania prowadzono w systemie quasi-ciągłym, w reaktorze z pełnym wymieszaniem, w warunkach mezofilowych (39°C). Podczas wspólnej fermentacji wszystkich trzech substratów specyficzna szybkość produkcji biogazu (rB) wynosiła 1,03 dm3/dm3·d. Maksymalne obciążenie ładunkiem organicznym (OLR), przy hydraulicznym czasie zatrzymania (HRT) 45d, kształtowało się na poziomie 1,67 g smo/dm3·d, co przy niskiej sprawności usuwania związków organicznych (60,7%) jest wartością graniczną. Rozdzielenie fermentacji wywaru melasowego od obornika bydlęcego i kiszonki kukurydzianej pozwoliło uzyskać wyższą produkcję biogazu, z uwagi na możliwość skrócenia HRT wywaru (20-25d). Średnia wartość rB podczas fermentacji wywaru melasowego (HRT = 20d) wyniosła 1,96 dm3/dm3·d, ale proces było mało stabilny. Dla mieszaniny obornika bydlęcego i kiszonki kukurydzianej (HRT = 45d, OLR = 1,98 g smo/dm3·d) wartość rB kształtowała się na poziomie 1,06 dm3/dm3·d. Wysoka sprawność usuwania związków organicznych (72,8 % oraz 68,9% odpowiednio dla wywaru oraz mieszaniny obornika bydlęcego i kiszonki kukurydzianej) wskazuje na możliwość dalszego zwiększania OLR.

1. Wprowadzenie

Wydajność produkcji biogazu rolniczego zależy od odpowiedniego składu i sposobu przygotowania substratu, właściwie dobranych systemów fermentacji metanowej i parametrów technologicznych procesu. W większości obiektów produkujących biogaz rolniczy substraty stanowią odchody zwierzęce, dostępne na rynku lokalnym materiały odpadowe w postaci, np. wywaru gorzelnianego, odpadów z produkcji rolniczej i innych. W większości krajów Unii Europejskiej stosuje się również kiszonki z upraw polowych, głównie kukurydzy.

235

PRZETWARZANIE I NAWOZOWE WYKORZYSTANIE MASY POFERMENTACYJNEJ

Z BIOGAZOWNI ROLNICZEJ

Aleksandra Urszula Kołodziej

Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej

Streszczenie: Dyrektywy Rady Unii Europejskiej dotyczące gospodarowania bio-odpadami, wynikające z konieczności podejmowania działań na rzecz ochrony środowiska, zalecają stosowanie kompostu i masy pofermentacyjnej pochodzącej z przetwarzania odpadów ulegających biodegradacji do ponownego wprowadzenia do gleby w celach nawozowych. Jak dowiodły liczne badania, masa pofermentacyjna z biogazowni, może być z powodzeniem stosowana jako pełnowartościowy nawóz, po jej uprzednim przetworzeniu (wysuszeniu, granulacji) lub w postaci płynnej do zastosowania bezpośredniego na pola z zachowaniem ustalonych dawek i terminów agrotechnicznych, a także musi uzyskać status nawozu lub środka wspomagającego uprawę roślin zgodnie z obowiązującym prawem. Masa pofermentacyjna może być też stosowana w celach opałowych w postaci granulatu, lecz jej wykorzystanie do celów nawozowych jest bardziej racjonalne.

Wstęp

Stawiając duży nacisk na ochronę środowiska i konieczność zmniejszania skutków globalnego ocieplenia Rada Unii Europejskiej przyjęła m.in. dyrektywy dotyczące gospodarowania bioodpadami, mobilizując kraje członkowskie do zweryfikowania swoich sposobów gospodarowania tego rodzaju odpadami.

Kwestią sporną jest, czy globalne ocieplenie spowodowane jest działal-nością człowieka, nie mniej jednak z uwagi na kierunek działań instytucji unijnych, jako kraj członkowski, zobowiązani jesteśmy i musimy podejmować szereg działań dostosowujących się do wymogów unijnych.

Już w dyrektywie 1999/31/WE w sprawie składowania odpadów ustalono wielkości docelowe w zakresie ograniczenia składowania odpadów komunalnych ulegających biodegradacji, natomiast w dyrektywie 2009/98/WE w sprawie od-padów UE zachęca państwa członkowskie, m.in. do wprowadzenia środków wspie-rających selektywną zbiórkę i odpowiednie przetwarzanie bioodpadów.

Jak podaje Rada Unii Europejskiej w swoich konkluzjach dotyczących przyjętej Zielonej Księgi w sprawie gospodarowania bioodpadami w UE

254

PRODUKCJA BIOMASY ŚLAZOWCA PENSYLWAŃSKIEGO (SIDA HERMAPHRODITA RUSBY) JAKO KOSUBSTRATU

DO BIOGAZOWNI ROLNICZEJ1

Jacek Kwiatkowski, Łukasz Graban, Waldemar Lajszner, Józef Tworkowski

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa

Streszczenie: W pracy zawarto krótką charakterystykę ślazowca pensylwańskiego jako gatunku na uprawy dedykowane dla biogazowi rolniczej. Przedstawiono wyniki cech biometrycznych roślin oraz plonu biomasy pozyskanej w pierwszych dwóch latach wegetacji z plantacji rozmnażanej generatywnie w zależności od wybranych czynników agrotechnicznych.

Wprowadzenie

Biomasa surowców roślinnych z upraw dedykowanych jest jednym z czterech podstawowych źródeł substratów biogazowi rolniczej. Może stanowić wyłączny jej wsad, zaszczepiany jedynie odpowiednią mikroflorą lub być doda-wana do pozostałości i odpadów rolniczych w celu ich racjonalnego zagospodaro-wania, przyczyniając się do znacznego zwiększenia uzysku metanu (Gołaszewski, 2011). Najszerzej w tym celu wykorzystuje się biomasę kukurydzy, ze względu na wysoką produkcyjność tej rośliny, opanowaną technologię uprawy i konserwacji pozyskanej biomasy. Poza nią zastosowanie w tej roli znajdują trawy, w tym zboża oraz rośliny bobowate w uprawach czystych i mieszankach z trawami. Jednakże najpowszechniej wykorzystywane w uprawach dedykowanych biogazowni gatunki roślin należą do tzw. żywnościowych surowców strategicznych, a ich energetyczne wykorzystanie może zakłócić produkcję żywności (Gołaszewski, 2010). Dlatego coraz większą rolę w uprawach dedykowanych zaczynają odgrywać rośliny alternatywne, charakteryzujące się dużą produkcyjnością, które można z powo-dzeniem uprawiać na gruntach nienadających się do produkcji żywności. Jedną z nich jest ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby).

1 Opisane badania były finansowane z budżetu Zadania Badawczego nr 4, pt. „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych” w ramach strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych, pt. „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii” realizowanego ze środków NCBiR i ENERGA SA.

262

KO-FERMENTACJA METANOWA BIOMASY KAPUSTY BIAŁEJ I OSADU ŚCIEKOWEGO

Justyna Łuczak, Piotr Dargacz, Robert Aranowski

Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Technologii Chemicznej, 80-233 Gdańsk, ul. Narutowicza 11/12

Streszczenie: Fitoekstrakcja jest obiecującą i tanią metodą remediacji skażonej metalami ciężkimi gleby, jednak ze względu na powstawanie zanieczyszczonej biomasy, dla której wciąż nie opracowano odpowiedniej technologii zagospodarowania lub unieszkodli-wiania, nie jest powszechnie stosowana. Przedstawiono badania nad możliwością redukcji biomasy kapusty białej w procesie mezofilowej ko-fermentacji z przefermentowanym osadem ściekowym w procesie jednostopniowej fermentacji. Wykazano, że biomasę kapusty białej można poddać ko-fermentacji z osadem ściekowym przy obciążeniu komory fermen-tacyjnej na poziomie 1,87 kg smo m-3d-1. Zaobserwowano, że w wyniku fermentacji meta-nowej wsadu można uzyskać biogaz o średnim składzie 50% obj. metanu i 50% obj. ditlen-ku węgla z wydajnością 189 dm3 biogazu / kg smo wsadu. Uzyskano stopień przefermento-wania na poziomie 70,5% suchej masy organicznej. Intensyfikację wydajności produkcji biogazu oraz stopnia przefermentowania można uzyskać poprzez optymalizację składu, temperatury i/lub zastosowanie dodatkowych metod przygotowania wsadu, jak hydroliza czy dezingeracja. 1. Wprowadzenie

Fitoekstrakcja jest obiecującą i niedrogą metodą oczyszczania gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Technologia ta wykorzystuje naturalną zdolność niektórych roślin do pobierania, gromadzenia oraz zatężania dużych ilości metali ciężkich w całym cyklu wzrostu [1]. Z doniesień literaturowych wynika, że rośliny z rodziny Brassicaceae z rodzaju Brassica, mogą być stosowane jako hiperakumulatory metali ciężkich z zanieczyszczonych gleb [2, 3]. Kapusta biała (Brassica oleracea var. capitata), jedna z najbardziej popularnych europejskich roślin kapustowatych, wydaje się być atrakcyjną rośliną stosowaną do fito-ekstrakcji ze względu na wysoką tolerancję wobec wielu ksenobiotyków, dużą biomasę skoncentrowaną w małej sferycznej główce, prostą, opanowaną techno-logię uprawy, rozległy system korzeniowy i szybkie tempo wzrostu [4]. Co więcej, przeprowadzone dotychczas badania naukowe wykazały, że akumulacja metali

272

KONSERWACJA BIOMASY ŚLAZOWCA POZYSKANEJ W RÓŻNYCH TERMINACH JEJ ZBIORU

Cezary Purwin, Barbara Pysera, Maja Fijałkowska, Iwona Wyżlic

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Żywienia Zwierząt i Paszoznawstwa

Streszczenie: Badania miały na celu porównanie możliwości konserwowania i przechowywania biomasy ślazowca zbieranego w różnych terminach i przy zróżni-cowanym nawożeniu z zastosowaniem różnych dodatków konserwujących. W badaniach wykorzystano biomasę ślazowca zebranego w trzech terminach zbioru i trzech rodzajach nawożenia (1 – bez nawożenia; 2 – połowa dawki; 3 – pełna dawka). System dwukośny: 09.06.2011 pierwszy pokos (3 rodzaje biomasy w zależności od systemu nawożenia: 1/I pokos; 2/I pokos; 3/I pokos); 08.09.2011 drugi pokos (3 rodzaje biomasy w zależności od systemu nawożenia: 1/II pokos; 2/II pokos; 3/II pokos). System jednokośny: 14.09.2011 (3 rodzaje biomasy w zależności od systemu nawożenia: 1/zbiór jednokośny; 2/zbiór jednokośny; 3/zbiór jednokośny). Każdy z rodzajów biomasy ślazowca zakonserwowano: bez dodatków oraz z dodatkiem kwasu mrówkowego, inokulantu bakteryjnego, preparatu enzymatycznego. Biomasa ślazowca okazała się surowcem trudnym do konserwowania, we wszystkich rodzajach konserwowanej biomasy stwierdzono niezadawalający stopień zakwaszenia, niski poziom kwasu mlekowego, duży udział kwasu octowego i masłowego, co wskazuje na ograniczony przebieg fermentacji. W analizowanych kiszonkach ze ślazowca stwierdzono obniżenie zawartości suchej masy i substancji organicznej w stosunku do wszystkich rodzajów zakiszanej biomasy świeżej. System zbioru i nawożenie miały wpływ na wielkość ubytków suchej i substancji organicznej w czasie przechowywania biomasy ślazowca. Spośród zastosowanych dodatków tylko preparat enzymatyczny miał pozytywny wpływ na profil fermentacji we wszystkich rodzajach zakiszanej biomasy ślazowca.

Wstęp Rosnące zapotrzebowanie na biomasę ze strony energetyki wymusza

zakładanie celowych plantacji roślin, charakteryzujących się dużym potencjałem plonowania. Ślazowiec pensylwański, jako gatunek wieloletni, o dużym potencjale plonowania, znalazł się w kręgu zainteresowania agroenergetyki. Na podstawie dotychczasowych badań można jednoznacznie stwierdzić, iż jego biomasa nadaje się do spalania w postaci zrębków oraz jako surowiec do produkcji brykietów i peletów (Borkowska i Styk 1997). Formy łodygowe ślazowca pensylwańskiego

278

WYKORZYSTANIE POZOSTAŁOŚCI PO FERMENTACJI ŚLAZOWCA PENSYLWAŃSKIEGO

DO NAWOŻENIA TEJ ROŚLINY

Stanisław Sienkiewicz, Sławomir Krzebietke, Piotr Żarczyński

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Chemii Rolnej i Ochrony Środowiska

Streszczenie: W pracy przedyskutowano wpływ nawożenia na wysokość i grubość pędów ślazowca pensylwańskiego, ilość świeżej i suchej masy oraz koncentracji L, P, K, Mg i Ca w pędach Sida hermephrodita Rusby, wykorzystując pozostałości po fermentacji ślazowca pensylwańskiego. Ślazowiec pensylwański dodatnio reagował na zwiększone nawożenie potasem. Intensywniejszą redukcję stężenia magnezu obserwowano po aplikacji pozostałości po fermentacji ślazowca łącznie z potasem, niż po zastosowaniu samej pozostałości.

Wstęp

Ze względu na potrzebę pozyskiwania jak największej ilości biomasy, uprawa roślin alternatywnych w naszym kraju nabiera coraz większego znaczenia. Wśród roślin, które coraz częściej uprawiane są na cele energetyczne należy wymienić wierzbę, kukurydzę, rzepak oraz ślazowiec pensylwański [Denisiuk 2005; Sławiński i in. 2009]. Ślazowiec pensylwański jeszcze do niedawna był dość mało znany w Polsce, a jest rośliną, która może być wszechstronnie wykorzysta jako: pasza, do rekultywacji oraz w celach energetycznych. O przydatności ślazow-ca do celów energetycznych, zdaniem Hanowca i Smolińskiego [2011], świadczy jego dobra zasobność w wodór i węgiel.

Jednak każda uprawiana roślina do wydania optymalnego plonu potrzebuje odpowiedniego zaopatrzenia w składniki pokarmowe. W literaturze spotyka się optymalne dawki składników do nawożenia ślazowca pensylwańskiego, które w zależności od zasobności podłoża kształtują się w granicach: 100-200 kg N·ha-1, 50-150 kg K2O·ha-1, 80-120 kg P2O5·ha-1 [Bujak 2004; Nawożenie wpływa nie tylko na ilość biomasy, ale także na zawartość w niej pierwiastków. Kalembasa i Wiśniewska 2006, 2008, 2010, Borkowska i Lipiński 2008]. Nawożenie nie-koniecznie musi opierać się na stosowaniu nawozów mineralnych, które są drogie i wymagają dużego nakładu energii na ich wytworzenie. Pozostałości pofermen-

288

POTENCJALNE MOŻLIWOŚCI ROZWOJU BIOGAZOWNI – JAKO CEL NAJBLIŻSZY NA PRZYKŁADZIE

WOJEWÓDZTWA ZACHODNIOPOMORSKIEGO

Michał Jasiulewicz, Dorota Agnieszka Janiszewska

Politechnika Koszalinska, Wydział Nauk Ekonomicznych

Streszczenie: Celem artykułu jest ocena opłacalności biogazowni rolniczych małych i średnich mocy. Za pomocą metod oceny opłacalności oszacowano, iż bez względu na zainstalowaną moc inwestycji budowa biogazowni jest wysoce rentowna, a zwrot zainwestowanego kapitału następuje po średnio 5 latach.

W artykule przedstawiono również substraty wykorzystywane do produkcji biogazu rolniczego, a także określono ich dostępną ilość w województwie zachodniopomorskim. Pomorze Zachodnie posiada potencjał do produkcji energii z biogazu, jednak obecnie w regionie działają tylko 3 biogazownie rolnicze. W celu poprawy sytuacji należy uru-chomić odpowiednie bodźce ekonomiczne wpływające na rozwój biogazowni, a także wprowadzić zmiany w zakresie prawa energetycznego oraz ochrony środowiska, jak i wprowadzić zmiany w ustawach o odpadach oraz nawozach i nawożeniu.

Wstęp

Obecne prognozy przewidują, że produkcja biogazu rolniczego w naj-bliższej dekadzie będzie się rozwijać dynamicznie – w tempie nawet do kilku-dziesięciu procent rocznie. Wiele wskazuje na to, że w ciągu najbliższych kilku lat biogaz rolniczy nabierze znaczenia na rynku energii, a tempo wzrostu będzie jednym z najwyższych w całym „zielonym koszyku energetycznym”. Świadczą o tym również zauważalne obecnie tendencje na rynku deweloperskim i inwes-torskim. Inwestycje rozwijają się bardziej dynamicznie, gdy dostępne są infor-macje na temat zweryfikowanych i potwierdzonych praktyką doświadczeń re-alizacyjnych i eksploatacyjnych, z których początkujący inwestorzy mogliby sko-rzystać1.

Teoretyczny potencjał surowcowy w Polsce stwarza możliwość wy-tworzenia 5 mld m3 biogazu. Potencjał ten zakłada wykorzystanie w pierwszej

1 Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych, IEO, Warszawa 2011, s. 7.

302

EKOINKUBATOR – NOWY SPOSÓB FINANSOWANIA INWESTYCJI W BRANŻY ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

Piotr Kaliszczuk

EKOINKUBATOR Fundusz Kapitałowy, EDORADCA Sp. z o.o. w Tczewie

Streszczenie: Odnawialne źródła energii zyskały nowego sprzymierzeńca w sposo-bie finansowania inwestycji. Oprócz kredytów i dotacji, od roku istnieje możliwość do-kapitalizowania nowych inwestycji poprzez Fundusz Kapitałowy EKOILKUBATOR, w wysokości do 800 tys. PLL na projekt.

EKOILKUBATOR zarządzany jest przez Grupę EDORADCA Sp. z o.o., która posiada ponad dziesięcioletnie doświadczenie w pozyskiwaniu środków unijnych. Zostało to docenione przez czasopisma branżowe, które umieściły firmę EDORADCA wśród liderów usług doradczych. Kapitał na realizację zadań związanych z Funduszem Kapitałowym EKOILKUBATOR pochodzi z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, dzia-łanie 3.1, pt. „Inicjowanie działalności innowacyjnych”.

Celem Funduszu jest wsparcie i ułatwienie zaistnienia na rynku nowym firmom w branży OZE (start-up, seed). La uwagę i współpracę EKOILKUBATORA mogą liczyć wszyscy, którzy mają ciekawy pomysł z dziedziny ekoenergetyki, ale nie dysponują wystar-czającymi środkami pieniężnymi lub doświadczeniem, aby go zrealizować. Warto nad-mienić, że ta forma pomocy jest bezzwrotna, w zamian za objęcie udziałów w nowo powstałej spółce. Finansowanie i mentoring

Podczas realizacji projektu, pomysłodawca otrzyma szerokie wsparcie w zakresie wiedzy technicznej, biznesowej, prawnej i marketingowej. Do jego dyspozycji będą eksperci firmy konsultingowej EDORADCA, od wielu lat specjalizującej się w pozyskiwaniu finansowania oraz realizacji inwestycji kapita-łowych.

Ta kompleksowość oferty EKOINKUBATORA wyróżnia go na tle dotychczasowych możliwości finansowania tego typu inwestycji – kredytów i dotacji. Pomysłodawca może liczyć na pełną opiekę pod względem biznesowym i marketingowym oraz na bezpłatne przygotowanie analiz technologicznych, finansowych oraz prawnych.

305

PROGRAM INWESTYCYJNO-NAUKOWY RZĘDÓW PRZYKŁADEM MODELOWEJ WSPÓŁPRACY

BIZNESU, NAUKI, ADMINISTRACJI SAMORZĄDOWEJ ORAZ LOKALNEJ SPOŁECZNOŚCI

Marek Kurtyka1, Ola Łukaszek2, Karol Bartkiewicz2, Wojciech Łukaszek2

1Termo – Klima MK Katowice, 2Ekoenergia Kolonia Pozezdrze

Streszczenie: Program Inwestycyjno-Laukowy RZĘDÓW, w ramach którego na terenie byłej kopalni siarki „Grzybów” zbudowane zostaną: bioelektrownia o mocy elek-trycznej 9,6 MW, farmy fotowoltaiczne o mocy 10 i 4 MW oraz farma wiatrowa o mocy 9-15 MW, skupił nie tylko poważnych i operatywnych inwestorów, ale również wybitnych przedstawicieli nauki zajmujących się energetyką odnawialną. Przedstawione działania oraz ich bieżąca realizacja spotkała się z przychylnym przyjęciem przez miejscowe społeczeństwo oraz zyskało pełną aprobatę władz administracyjnych – od Urzędu Gminy w Tuczępach przez Starostwo Powiatowe w Busku Zdroju do Urzędu Marszałkowskiego Województwa Świętokrzyskiego włącznie. O wszystkich działaniach inwestorów infor-mowani są ba bieżąco zarówno mieszkańcy gminy, jak i przedstawiciele władzy. Atmosfera, jaka wytworzyła się wokół Programu jest modelowa i stanowi gwarancję pełnego sukcesu przedsięwzięcia.

23 marca 2012 r. rozpoczęła się realizacja Programu Inwestycyjno-

Naukowego RZĘDÓW, którego pełna nazwa brzmi: Rewitalizacja terenu kopalni siarki w Rzędowie oraz okolicznych terenów poprzez budowę na jej terenie bio-elektrowni ELECTRA® (moc elektryczna około 10 MW) zasilanej biogazem z kon-traktowanej biomasy pochodzenia rolniczego i innymi substratami organicznymi w tym materiałami odpadowymi oraz farmy fotowoltaicznej (moc elektryczna około 10 MW i 4 MW) i farmy wiatrowej (moc elektryczna około 9-15 MW) z jedno-czesnym przestawieniem zasilania transportu samochodowego bioelektrowni oraz okolicznych mieszkańców z paliw ropopochodnych na biometan.

Biznes Inwestorami poszczególnych obiektów OZE są: Bioelektrownie Święto-

krzyskie Sp. z o.o. z Kielc (główny udziałowiec Termo-Klima Katowice) – bio-elektrownia, Green Power Development z Krakowa – farma wiatrowa, Georyt

314

PROJEKT CENTRUM PALIWOWO-ENERGETYCZNO-CHEMICZNEGO

JAKO ELEMENT PROGRAMU BEZPIECZEŃSTWA ENERGETYCZNEGO REALIZOWANEGO

POPRZEZ STRATEGIĘ ROZPROSZONYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

Andrzej Vogt1,2, Sławomir Jabłoński1,3, Hubert Kołodziej2, Jerzy Fałat4, Stanisław Strzelecki1,2, Marcin Łukaszewicz1,3

1Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, Zakład Chemii i Technologii Paliw, 50-344 Wroclaw, ul. Gdańska 7/9

2Uniwersytet Wrocławski, Wydział Chemii, 50-383 Wrocław, ul. Joilot-Curie 14 3Uniwersytet Wrocławski, Wydział Biotechnologii, Zakład Biotransformacji,

51-148 Wrocław, ul. Przybyszewskiego 63-77 4Procomplex, 48-300 Nysa, os. Podzamcze sek. A 6/22,

e-mail: Marcin.lukaszewicz@uni.wroc.pl

Streszczenie: Liniejsza praca prezentuje koncepcję Centrum Paliwowo-Ener-getyczno-Chemicznego, którego celem jest produkcja energii elektrycznej, jak również półproduktów przemysłu chemicznego z surowców odnawialnych (płody rolne, odpady organiczne). Prezentowany pomysł znakomicie wpisuje się w politykę zwiększania udziału odnawialnych źródeł energii promowaną w Unii Europejskiej. Stabilność ekonomiczną prezentowanej koncepcji ma zapewnić różnorodność w doborze substratów wymaganych do działania instalacji, jak również szeroka oferta produktów.

Wstęp

Przedmiotem pracy jest innowacyjna koncepcja rozwiązania problemu realizacji narodowego wskaźnika energii odnawialnej oraz zmian strukturalnych polskiego rolnictwa, poprzez konwersję biomasy, odpadów rolnych oraz komunal-nych na energię elektryczną, cieplną oraz produkty chemiczne otrzymywane dotąd z surowców mineralnych.

Koncepcja ta to projekt pod nazwą „Centra Paliwowo-Energetyczno-Chemiczne (CPECH)” (Vogt, Fałat et al. 2001, Vogt, Kołodziej et al. 2006). CPECH oznacza kompletny zespół instalacji oraz urządzeń tworzących funkcjo-nalną całość, przeznaczonych do produkcji z biomasy: 1. energii elektrycznej i cieplnej,