Rośliny słodkowodne i makroglony morskie jako substrat w produkcji biogazu

Transkrypt

1 (Freshwater plants and marine macroalgae as a substrate in biogas production) Rośliny słodkowodne i makroglony morskie jako substrat w produkcji biogazu Ksawery Kuligowski Agnieszka Kozak Pomorskie Centrum Badań i Technologii Środowiska POMCERT

2 Spis treści 1. Źródła występowania nadmiaru biomasy 2. Biogaz z biomasy roślinnej dotychczas 3. Projekt WAB i cel badań 4. Proponowany system recyklingu nadmiaru biomasy (4 kroki) 5. Zasoby nadmiaru biomasy roślinnej Pomorza 6. Zbieranie biomasy (Krok 1) 7. Suszenie biomasy (Krok 2) 8. Skład gatunkowy i tempo suszenia solarnego 9. Przygotowanie mieszanek (Krok 3) 10.Planowane badania nad fermentacją metanową i badania uzupełniające (Krok 4)

3 Źródła występowania nadmiaru biomasy

4 Biogaz z glonów dotychczas 1. Większość badań dotyczy mikroglonów, 2. Duża zawartość tłuszczów i białek a niska zawartość ligniny w glonach, 3. Niewiele badań nad fermentacją biomasy wodnej w skali większej niż laboratoryjna (tylko bench-scale), 4. Uzysk biogazu Nm 3 /t smo w przedziałach dla gnojowicy ( ) i kiszonki kukurydzianej ( ), 5. Wysoka zawartość metanu w biogazie (60%) i brak siarki, 6. Hodowla: szybki przyrost biomasy (2x w ciągu 24h) i brak konkurencji z roślinami lądowymi, mniejsze wymagania powierzchni, wykorzystanie nadmiaru biogenów i szybsze pochłanianie CO 2, 7. Jednak problemy logistyczne (zbieranie, zagęszczanie biomasy, suszenie)

5 Projekt WAB i cel badań Wetlands, Algae and Biogas (WAB) A southern Baltic Sea eutrophication counteract project Cel: Zagospodarowanie roślin słodkowodnych i glonów morskich jako substratów w produkcji biogazu badania wstępne do modelowego studium wykonalności biogazowni wykorzystującej te substraty

6 System recyklingu nadmiaru biomasy a. b. Ryc. 1. Zagospodarowanie odpadów roślinnych z morza i pompowni dziś (a) i w przyszłości (b).

7 Zasoby roślin słodkowodnych a b Ilość pompowni: 95 stacji pomp w woj. pomorskim 28 stacji pomp w rejonie Gdańska Produkcja biomasy: t biomasy/rok/stacja pomp Łącznie potencjał biomasy: W woj. pomorskim: t/rok; W rejonie Gdańska: t/rok Występowanie: Lato-jesień Ryc. 2. Rozmieszczenie stacji pomp w woj. pomorskim (a) i w rejonie Gdańska (b) wg Zarządu Melioracji i Urządzeń Wodnych Województwa Pomorskiego.

8 Zasoby makroglonów morskich Miejsca występowania: Gdynia Redłowo-Orłowo Sopot Gdańsk Brzeźno, Stogi Produkcja biomasy: Z plaży: t/sezon (MOSiR, ) Z wody: 700 t/sezon (ZOM, 2010) Model: t/sezon (IO PAN, ) Duża zmienność; wiatr, prądy! Łącznie potencjał biomasy: Max: 1500 t/sezon Występowanie: Lato Ryc. 3. Miejsca z częstą obecnością glonów (wg Zakładu Oczyszczania Miasta w Sopocie).

9 Zasoby pozostałej biomasy Miejsca występowania: Hipodrom Sopot Teren miasta Sopot Produkcja biomasy: Obornik koński: 2100 t/rok (UM Sopot) Liście: t/rok (UM Sopot) Występowanie: Obornik: Cały rok Liście: jesień Ryc. 4. Obornik na terenie hipodromu Sopot.

10 Zbieranie biomasy roślinnej

11 Skład gatunkowy roślin słodkowodnych Fot. 1. Megapompownia w Chłodniewie (z lewej) i w Osłonce (z prawej strony). S. sagittifolia (strzałka wodna) (arrowhead) C. demersum (rogatek sztywny) (coontail) 14% 17% 50% 33% N.lutea&N.alba (nymfeidy) (nenuphars) S.aloides (osoka aloesowata) (water soldier) 86% Lemna&Spirodella (rzęsowate) (duckweed) Ryc. 5. Skład gatunkowy biomasy w Chłodniewie (z lewej) i w Osłonce (z prawej strony).

12 Skład gatunkowy makroglonów Fot. 2. Usuwanie glonów z wody (ZOM) Fot. 3. Masa glonowa Tabela 1. Skład gatunkowy masy pobranej z morza (wg Filipkowska i in. 2008). Green algae Brown algae Red algae Cladophora spp. Pilayella littoralis Ceramium spp. Enteromorpha spp. Ectocarpus spp. Polysiphonia spp. Ulotrix sp. Phyllophora brodiaei Stigeoclonium spp % 0-50% 17-71%

13 Podstawowe parametry substratów roślinnych SM [%] a SMO [%] b Gatunek Gatunek Ryc. 6. Zawartość suchej masy (a) i suchej masy organicznej w badanych roślinach (b).

14 System recyklingu nadmiaru biomasy Ryc. 1. Zagospodarowanie odpadów roślinnych z morza i pompowni.

15 Suszenie solarne metodologia

16 Suszenie solarne metodologia Fot. 4. Suszarnie biomasę rozdzielono na gatunki i określono wielkość frakcji, biomasę suszono na 10 tacach (każda o powierzchni 1.5 m 2 ), na każdej tacy ułożono ok. 40 kg biomasy, wzruszanie (przerzucanie) następowało co 2 dni. pomiar zawartości suchej masy [%] wykonywano co 2 dni, na wagosuszarce (MAC 50/NP). Fot. 5. Próbki roślin

17 Suszenie solarne warunki pogodowe Ryc. 7. Temperatura, wilgotność, liczba dni deszczowych i siła wiatru w sierpniu 2011 r. w Gdańsku-Wrzeszczu (wg NOAA Climatological Summaries).

18 Sucha masa [%] Suszenie solarne wyniki makroglony, macroalgae strzałka wodna, arrowhead rogatek, coontail (piasek!!!) Algae sp S.sagittifolia (C. demersum???) osoka aloesowata, water soldier nymfeidy, nenuphars S.aloides 20 N.lutea&N.alba Ryc. 8. Tempo wysychania roślin w warunkach klimatycznych sierpnia rzęsowate, duckweed Lemna&Spirodella dzień Najszybciej schną glony i S. sagittifolia (pol. strzałka wodna) w 10 dniu, Najwolniej mieszanka Lemna&Spirodella (rzęsowate) w 16 dniu.

19 System recyklingu nadmiaru biomasy Ryc. 1. Zagospodarowanie odpadów roślinnych z morza i pompowni.

20 Proponowane mieszanki ROŚLINY SŁODKOWODNE Fot. 6. Obornik z Hipodromu w Sopocie MAKRO- GLONY MORSKIE Tabela. 2. Proporcje w mieszankach roślin i obornika (R+O) oraz glonów i obornika (G+O) mieszanka/powtórzenie /50 30/70 10/90 A. R+O 50/50 30/70 10/90 50/50 30/70 10/90 50/50 30/70 10/90 B. G+O 50/50 30/70 10/90 50/50 30/70 10/90

21 System recyklingu nadmiaru biomasy Ryc. 1. Zagospodarowanie odpadów roślinnych z morza i pompowni.

22 Planowane badania nad fermentacją Dane techniczne: 2 połączone reaktory do fermentacji mokrej (< 5% sm) z możliwością dozowania wsadu, mieszanie i układ przepompowania biomasy continuous stirred tank reactor, 2 niezależne reaktory do fermentacji suchej ze zraszaniem (30-50% sm), batch reactor, V = 50 l T ~ o C (warunki mezofilne), Układy pomiarowe temperatur, przepływu gazu, ciśnienia, Pomiar CH 4, CO 2, H 2 S, NH 3 za pomocą przenośnego analizatora gazu

23 Podsumowanie 1. Łączna ilość zbieranej biomasy wodnej w województwie pomorskim to ok t/rok + ewentualnie obornik koński i liście (7000 t/rok) to może jest potencjał na biogazownię rzędu MW? 2. Możliwe jest wysuszenie biomasy naturalnymi metodami do ok % sm w czasie 17 dni, 3. Niska gęstość nasypowa suchej biomasy (makroglony: 0.22; rośliny słodkowodne bez rzęsy: 0.100; rzęsowate: kg/l) może powodować problemy logistyczne) 4. Duża zawartość piasku w masie glonowej 6-27% w/w, grawitacyjne odpadanie przy 70% sm (9ty dzień suszenia). 5. Planuje się też badanie podstawowych parametrów biomasy (ph, TN, NH4, CHZT5, tłuszcze, C:N:P ratio)

24 Dziękuję za uwagę