PROIZVODNJA BIOPLINA IZ GOVEĐE GNOJOVKE Uranjek, Nataša; Kralik, Davor; Kanižai, Gabriella ...
Krmiva,
09/2007, Letnik:
49, Številka:
4
Conference Proceeding
Odprti dostop
Svake godine se oko 590-880 milijuna tona metana oslobodi širom svijeta u atmosferu kroz mikrobiološku aktivnost. (Baličević i sur., 2001). Oko 90% emitiranog metana potječe od biogenih izvora. Na ...udaru kritike ekološkog pokreta našle su se farme s velikom aglomeracijom životinja, kao veliki proizvođači metana. Pravilnim gospodarenjem organskog gnoja moguće je smanjiti zagađenja okoliša, a istovremeno proizvesti energiju i ostvariti dobit. Hrvatska kao članica međunarodne zajednice 1996. godine ratificirala je okvirnu konvenciju Ujedinjenih naroda o promjeni klime. Potpisnici se obvezuju smanjiti emisiju stakleničkih plinova u razdoblju od 2008 do 2012. godine za 5% u odnosu na polaznu godinu (Duić i sur., 2001). Smanjivanje potrošnje energenata fosilnog porijekla, za koje se smatra da su najveći izvori zagađenja okoliša, moglo bi se postići većim korištenjem energije iz obnovljivih izvora. U stočarskoj proizvodnji veliki, a neiskorišteni potencijali za proizvodnju energije akumulirani su u stajskom gnoju i poljoprivrednoj biomasi. Cilj našeg istraživanja bio je ustanoviti mogućnost iskorištenja tekuće goveđe gnojovke za proizvodnju bioplina, utvrditi količinu bioplina, njegovu energetsku vrijednost te količinu konvencionalne energije koja se može zamijeniti bioplinom na istraživanim farmama.
Zbog ekonomskih i ekoloških razloga nastavlja se unapređivanje proizvodnje i širenje korištenja biogoriva u svijetu i Europskoj uniji (EU). Zbog ograničene površine za proizvodnju biomase, biogoriva ...bi mogla zamijeniti fosilna goriva samo u jednom dijelu. Po EU do 2030. godine, uz razvoj ostalih obnovljivih izvora energije, biogoriva bi u Hrvatskoj zamijenila naftu u prometu za 25 %, što iznosi 452.325 t. Danas poljoprivredne površine zauzimaju 2,955.728 ha. Od toga su 1,074.159 ha pogodne, 1,074.510 ha ograničene, a 806,328 ha trajno nepogodne površine za poljoprivrednu proizvodnju. Potencijali obradivih površina iznose 2,150.000 ha, a obrađuje se svega 1,092.000 ha. Danas je moguće u poljoprivredi iz biomase (organskih ostataka i otpadaka) dobivati 673.530 t/godišnje biogoriva, a da se ne ugrozi stalnost prirodnog obnavljanja organske tvari u tlu. Hrvatska raspolaže s 2,688.687 ha šuma i šumskog zemljišta, gdje godišnje prirašćuje 10,526.000 m3, a sječivi etat je 6,564.000 m3. Od toga se za industrijsko drvo i ogrjev iskoristi 60 % ili 3,938.400 m3, a ostatak od 40 % ili 2,625.000 m3 ostaje kao otpad u šumi. Ako bi se otpad sveo na normalnu količinu od 15 % ili 984.600 m3 onda bi za bioenergiju ostalo 45 % ili 2,953.800 m3. Ta količina drva za bioenergiju dovoljna je za proizvodnju 600.000 t biogoriva u ekvivalentnim količinama nafte. Koristeći postojeće zalihe u poljoprivrtedi i šumarstvu danas se može proizvesti 1,273.530 t/godišnje biogoriva. Taj iznos premašuje za 2,8 puta potrebnu količinu, koju će Hrvatska, trebati koristiti 2030. umjesto fosilnih goriva. Hrvatska raspolaže s potrebnim površinama u poljoprivredi, kao i s kvalitetnim šumama u svrhu proizvodnje hrane i biogoriva po postojećim direktivima EU.
Proizvodnjom bioplina ostvaruju se višestruke koristi. Biomasa koja se koristi za proizvodnju bioplina je obnovljivi izvor energije. Na području Slavonije i Baranje postoje izrazito povoljni uvjeti ...za razvoj i proizvodnju bioplina. U radu su korišteni uzorci svinjske gnojovke kojoj je dodano, u odnosu na masu, 20%, 40% i 80% siliranih glava šećerne repe, a kao kontrolna skupina korištena je svinjska gnojovka bez dodataka. Sve skupine su postavljene u tri ponavljanja. Promatrana je količina stakleničkih plinova ugljikovog dioksida i metana. Najveća količina ugljikovog dioksida u iznosu od 57% razvila se kod smjese svinjske gnojovke s udjelom od 40% glava šećerne repe, dok je najveća količina metana iznosila 64% kod smjese svinjske gnojovke s udjelom od 20% glava šećerne repe. Upotrebom biomase kao energenta u proizvodnji bioplina dolazi do smanjene emisije stakleničkih plinova u atmosferu.
Kad govorimo o bioplinu i njegovoj produkciji, sektor stočarstva se nameće
kao jedan od najizglednijih. Isto tako, zbog velike proizvodnje gnojiva, ali i
samih enteričkih procesa ovaj sektor ...predstavlja značajan izvor stakleničkih
plinova. Upravo proizvodnja bioplina predstavlja jedan od koraka smanjenja
emisija stakleničkih plinova. Hrvatski stočarski sektor prilično kaska za
onim europskim, što je posljedica sustavnog neulaganja, ne samo u sektor
stočarstva, nego i sektor poljoprivrede generalno. U posljednjih par godina
vidimo pomake u načinu ulaganja gdje se javljaju nove i moderne farme
koje zadovoljavaju visoke standarde proizvodnje te se na njima može
organizirati ekonomski isplativa proizvodnja električne i toplinske energije iz
bioplina. Naravno sve to nije dovoljno kako bi Hrvatska iskoristila sve svoje
potencijale, pogotovo ako se uzme u obzir da u Hrvatskoj još masovno nisu
rasprostranjena bioplinska postrojenja. Upravo zbog toga, postavlja se pitanje
koji je pravi tehnički potencijal u proizvodnji bioplina, odnosno topline i
električne energije iz bioplina za sektor stočarstva u Hrvatskoj. Kroz ovaj rad
predstavljena je metodologija izračuna samog potencijala koja je primjenjiva
za svaku individualnu farmu te sami potencijali za obiteljska gospodarstva
i velike farme. Sam izračun je napravljen za dva najisplativija sektora, a to
su: govedarstvo i svinjogojstvo. Najveći izazov je prikupljanje kvalitetnih
podataka te razdvajanje malih obiteljskih gospodarstava i većih farmi na
kojima bi proizvodnja bioplina mogla biti ekonomski isplativa. Pošto farme
u svojem svakodnevnom radu troše velike količine energije dio te energije bi
mogle kompenzirati ili u potpunosti zamijeniti iz obnovljivih izvora energije
te je zato dobro znati koliki su realni potencijali za bioplin u sektoru stočarstva
u Hrvatskoj.
Osnovna namjera istraživanja bila je izgradnja mini digestora za proizvodnju bioplina od energetskih biljaka. Osnovna struktura digestora zavarena je od nehrđajućeg čelika. Mini digestor sastavljen ...je od dvanaest jedinica, tako da se ujedno mogu izvoditi četiri pokusa sa tri ponavljanja. Svaka jedinica sastavljena je od eudiometra, fermentora, koji sadrži supstrat i nivojne posude za spremanje suvišne tekućine. Drugi sastavni dijelovi koji omogućavaju pravilno funkcioniranje mini digestora su pumpa sa grijaćem i termostatom, termometar, barometar te stezaljke eudiometra. Na kraju smo izveli mjerenja proizvodnje bioplina od energetskih biljaka po standardu DIN 38414.
Jedno od obećavajućih alternativnih energetskih rješenja je proizvodnja bioplina anaerobnom razgradnjom organskog otpada, naročito iskorištenjem organskog gnoja kod uzgoja životinja, te drugih ...ostataka iz poljoprivredne proizvodnje. Prema podacima o stočarskoj proizvodnji u vremenu od 2005. do 2007. godine, dnevna količina životinjskih ekskremenata u RH, na bazi broja uvjetnih grla (UG) iznosi 784 015,26 m3. Cilj rada je utvrditi mogućnost proizvodnje bioplina iz najzastupljenijih vrsta domaćih životinja u RH. Anaerobnom fermentacijom u trajanju od 40 dana pri mezofilnim uvjetima proizvedeno je iz 1 kg goveđe gnojovke 31 litra bioplina, a iz svinjske gnojovke 14,83 litre bioplina. Iz naših istraživanja slijedi da bi se u RH godišnje (na bazi broja UG) moglo proizvesti 426.995.250,00 Nm3 bioplina. S obzirom da je RH prisiljena uvoziti većinu energenata, korištenjem bioplina smanjio bi se uvoz pojedinih energenata što je naročito vidljivo kod uvoza el. energije.
Cilj ovog rada bio je istražiti mogućnost proizvodnje bioplina i daljnjeg korištenja higijenski ispravnog fermentiranog ostatka kao biognojiva, dobivenog nakon anaerobne fermentacije svinjske ...gnojovke. Istraživanja su provedena na laboratorijskom bioplinskom postrojenju na Agronomskom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu pri mezofilnim uvjetima anaerobne fermentacije. Istraživanja su obuhvatila kemijske analize kakvoće bioplina kao goriva i fermentiranog ostatka kao gnojiva poljoprivrednih površina, sukladno Pravilniku o ekološkoj proizvodnji u uzgoju bilja i u proizvodnji biljnih proizvoda (NN 91/2001) u RH. Bioplin proizveden anaerobnom fermentacijom zadovoljavajuće je kakvoće s visokom koncentracijom metana. Budu
Korištenje svinjske gnojovke kao biomase za proizvodnju bioplina jedan je od načina za učinkovitu uporabu otpada uz minimalan utjecaj na okoliš. Prednost bioplina i biomase u odnosu na fosilna goriva ...je neusporedivo manje emisije štetnih plinova i otpadnih tvari. Opterećenje atmosfere ugljik dioksidom (CO2) pri korištenju biomase je zanemarivo, jer je količina emitiranog CO2 prilikom izgaranja jednaka količini apsorbiranog CO2 tijekom rasta biljaka. Materijal istraživanja je svinjska gnojovka sa farme u okolici Osijeka gdje su svinje držane na rešetkastom podu a u istraživanju koristila se standardna metoda i kvantitativni postupak. Na uzorku se ispitivao postotak suhe tvari (ST) i njegova ovisnost o količini nastalog bioplina različitog sastava. Količina (ST) je niska i teoretski se kreće se od 0,5 do 10 %. Ona je varijabilna i ovisi o pasmini, hranidbi, uvjetima držanja, tehnologiji, izgnojavanju itd. Uzorak sa niskom količinom (ST) sadržavao je veliku količinu pepela te je njegov postotak iznosio više od 50 %. Većina uzoraka s najvećim postotkom suhe tvari imala je visoki postotak (iznad 70 %) hlapljive organanske tvari (OT). Udio dušika (N) i CO2 viši je u bioplinu proizvedenom iz svinjske gnojovke s većim udjelom ST. Količina N obrnuto je proporcionalna količini metana (CH4) /r=-0,948; p<0,001/. Dokazana je visoko pozitivna korelacija između koncentracije ST i količine bioplina (r = 0,947, p<0,001). Količina bioplina ovisi o sadržaju ST s posebnim naglaskom na visoki postotak OT. Koncentracija CH4 najveća je kod skupine s najnižom
proizvodnjom bioplina. Što je veći sadržaj suhe OT i udio masti u supstratu, veći je i postotak CH4.
U uzorku svinjskog gnoja prije i nakon fermentacije stajanjem odvajaju se različiti slojevi: pjena, fini koloidi, plivajuće čestice-koloidi i talog-grube čestice. Za anaerobnu obradu ispitano je koji ...je od slojeva najpogodniji za održanje mikroorganizama u biomasi anaerobne mješovite kulture. Kao najbolje pokazalo se cjepivo uzeto
iz sloja koji sadrži talog-grube čestice. Anaerobnom obradom tekući svinjski gnoj se stabilizira čime se poboljšavaju njegova svojstva kao gnojiva, a proizvedeni bioplin sadrži više od 88 vol.% metana. Tijekom anaerobne fermentacije organska se tvar razgradi do 50 % tijekom 7 dana, pri početnoj pH-vrijednosti 6,5 i temperaturi od 35 ºC.
Bioplin, kao obnovljivi izvore energije, dobiva se iz biomase koja prolazi proces anaerobne digestije. Proces anaerobne digestije sastoji se od četiri faze: hidrolize, acidogeneze, acetogeneze i ...metanogeneze. Ulazni supstrat obično je mješavina različitih supstrata, kao što su stajnjak, gnojovka, organski kućni otpad, mulj iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, silaža itd. Prije procesa digestije, ulazni supstrat se oslobađa nečistoća. i mehanički obrađuje. Anaerobna digestija proizvodi bioplin i digestat kao nusproizvode. Proizvedeni bioplin može se koristiti za proizvodnju električne i toplinske energije ili se može nadograditi u biometan. Osim što je u skladu s klimatski neutralnim ciljevima EU-a, proizvodnja i korištenje bioplina ima brojne prednosti u pogledu kružnog gospodarstva, sigurnosti opskrbe plinom, pozitivnog utjecaja na okoliš, te ruralnog razvoja. Njemačka, Velika Britanija, Francuska i Italija su najveći proizvođači bioplina u Europi, dok je korištenje bioplina u Republici Hrvatskoj još uvijek u ranoj fazi.
