Wydajność procesu fermentacji metanowej w biogazowniach rolniczych

Literatura przedmiotu potwierdza, że większa część badań najczęściej odnosi się do warunków laboratoryjnych. Dotyczą one głównie ilości uzyskanego biogazu, jego składu z badanego substratu wraz z podstawowymi parametrami fizycznymi i chemicznymi. W badaniach tych nie analizuje się pracy instalacji biogazowych pod kątem konwersji biomasy w biogaz (biometan), która w bezpośredni sposób przekłada się na efekt ekonomiczny i ekologiczny bioelektrowni w Polsce. Ponadto brak jest danych literaturowych określających, w jakim stopniu ilość uzyskanego biogazu (metanu) z substratów w laboratorium znajduje odzwierciedlenie w instalacjach w skali technicznej. Celem pracy była analiza i ocena związku pomiędzy efektywnością procesu fermentacji metanowej, uzyskiwanej w skali technicznej i w warunkach laboratoryjnych. Dla porównania produktywności instalacji przemysłowej z laboratoryjną wprowadzono nie stosowany dotąd współczynnik korekcji biochemicznego potencjału metanogennego (WKBPM). Badania wykonano w warunkach laboratoryjnych oraz w wytypowanych trzech zakładach różniących się budową fermentorów, co w bezpośredni sposób wpływało na efektywność procesu fermentacji metanowej. W pracy analizowano wpływ takich czynników jak: rodzaj i ilość zadawanych substratów, temperatura procesu, czas mieszania substratów wewnątrz fermentorów, wpływ zagęszczenia wsadu wyrażony w suchej pozostałości (sucha masa) na obciążenie mieszadeł, dobowe obciążenie fermentorów oraz hydrauliczny czas retencji. Przeanalizowano biochemiczny potencjał metanogenny poszczególnych substratów otrzymywany w laboratorium oraz poddano analizie ilości uzyskiwanego metanu z tych samych substratów w skali technicznej. Do analizy wykorzystano autorskie rozwiązanie, które polegało na wprowadzeniu współczynnika korekcji biochemicznego potencjału metanogennego. Parametr ten pozwolił na wyznaczenie i wskazanie najefektywniejszej instalacji biogazowej przetwarzającej biomasę organiczną w metan w odniesieniu do warunków laboratoryjnych. Wyniki wskazują, że uzyskany biochemiczny potencjał metanogenny w laboratorium różni się od wartości uzyskiwanych w skali technicznej. Różnice w masie metanu z tony świeżej masy substratów wahają się od 3% do nawet 20%. Wprowadzenie „współczynnika korekcji biochemicznego potencjału metanogennego” (WKBPM) pozwoliło na wskazanie, w jakim stopniu (procencie) biomasa w skali technicznej nie jest przetwarzana w metan w odniesieniu do warunków laboratoryjnych. Wykorzystano w tym celu elementarne wzory chemiczne poszczególnych substratów, które wyznaczono na podstawie składu chemicznego. W instalacji A ilość uzyskanego metanu z poszczególnych substratów zbliżona była do warunków laboratoryjnych. Wyższe wartości współczynnika korekcji biochemicznego potencjału metanogennego uzyskano w instalacji C, co świadczy o słabszej konwersji biomasy w metan w skali technicznej w odniesieniu do warunków laboratoryjnych. Natomiast dla biogazowni B współczynnik korekcji okazał się najwyższy i na przykład dla kiszonki z kukurydzy wyniósł 20%, co wskazuje, że ilość uzyskanego metanu z tego substratu w skali technicznej jest niższa o 20% w odniesieniu do warunków laboratoryjnych. Zaproponowany współczynnik korekcji biochemicznego potencjału metanogennego może służyć jako narzędzie diagnozujące instalację biogazową w wybranym interwale czasowym, jak również może być wykorzystane do weryfikacji biochemicznego potencjału metanogennego poszczególnych substratów w odniesieniu do badań laboratoryjnych.