R E C E N Z J A. Olsztyn, dnia

Transkrypt

1 Prof. dr hab. Stanisław Sienkiewicz Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Chemii Rolnej i Ochrony Środowiska ul. Oczapowskiego Olsztyn Olsztyn, dnia R E C E N Z J A rozprawy doktorskiej mgr. inż. Wojciecha Czekały na temat: Ocena wartości rolniczej i energetycznej surowej i przetworzonej pulpy pofermentacyjnej pochodzącej z biogazowni wykonanej pod kierunkiem dr. hab. inż. Jacka Dacha, prof. nadzw. Współczesne społeczeństwa stoją przed poważnym wyzwaniem, którym jest zmniejszenie ilości odpadów oraz bezpieczna środowiskowo ich utylizacja. Z kolei konieczność zachowania środowiska w jak najlepszym stanie oraz racjonalizacja gospodarowania zasobami nieodnawialnych źródeł energii wymusza poszukiwanie alternatywnych rozwiązań. Jednym z nich jest fermentacja metanowa materii organicznej z odpadów lub roślin dedykowanych wykorzystywana do produkcji biogazu, który jest produktem głównym tego procesu. Takie przedsięwzięcia umożliwią produkcję nośnika energii oraz mogą prowadzić do zmniejszenia nagromadzenia odpadów organicznych. Po fermentacji pozostaje produkt uboczny w postaci pofermentu (masy pofermentacyjnej, pozostałości pofermentacyjnych, pulpy), który powinien być w pełni zagospodarowany. Racjonalne podejście do pozostałości pofermentacyjnych jest szczególnie wymagane z tego względu, że ich ilość w czasie pracy reaktora może być dość duża do 0,83 m 3 na 1 tonę wsadu. Biorąc pod uwagę plany Rządu RP z 2010 r. dotyczące wybudowania biogazowni rolniczej w każdej gminie (ponad 2000 gmin), możemy liczyć się z ogromną masą i objętością wytwarzanych pofermentów w naszym kraju. Powyższe przesłanki w pełni uzasadniają prowadzenie prac badawczych nad właściwościami i możliwościami zagospodarowania pulpy pofermentacyjnej.

2 W tym kontekście badania przeprowadzone przez Pana mgr. inż. Wojciecha Czekałę są innowacyjne i dobrze wpisują się w działania na rzecz ochrony środowiska. Oceniana rozprawa mieści się na 133 stronach maszynopisu, łącznie z tabelami (27), rycinami (68), oraz spisem literatury (12 stron). Na początku pracy zamieszczono streszczenia pracy w języku polskim i angielskim. Jej układ jest typowy dla pracy doktorskiej. Tytuł rozprawy został skomponowany bardzo dobrze w stosunku do treści. Dysertacja rozpoczyna się jednostronicowym rozdziałem pt.: Wstęp, który Autor zaczyna od historii związanej z dążeniem ludzkości do poprawiania warunków życia, a następnie przechodzi do odnawialnych źródeł energii i konieczności zagospodarowania substancji odpadowych po produkcji biogazu. Zwięźle, dobrze i na temat. Przegląd literatury, a właściwie wg Autora PRZEGLĄG zajmuje 9,5 strony. W rozdziale tym Autor najpierw krótko, ale w wystarczającym zakresie zawarł informacje dotyczące historycznych i aktualnie wykorzystywanych źródeł energii nieodnawialnej. Następnie scharakteryzował odnawialne źródła energii i ich wykorzystanie w Polsce, wspominając również o krajach sąsiednich. W dalszej części opisał proces produkcji biogazu, po którym pozostaje poferment odpad, który należy zagospodarować i któremu Pan mgr inż. Wojciech Czekała poświęcił recenzowaną dysertację. Rozdział powyższy oceniam jako dobrze napisany. Umiejętne wykorzystanie danych literaturowych świadczy o dobrej znajomości problematyki dotyczącej badań własnych. Kolejnym walorem tego rozdziału jest dobra polszczyzna i narracja. W rozdziale 3. zatytułowanym Cel i zakres pracy Autor najpierw zapoznaje czytelnika z celem badań, który brzmi: Celem pracy doktorskiej było zbadanie właściwości fizycznych oraz chemicznych surowej i przetworzonej pulpy pofermentacyjnej pochodzącej z biogazowni rolniczych oraz określenie jej przydatności nawozowej i energetycznej. Następnie formułuje sześć twierdzeń czy aby na pewno to są twierdzenia? Moim zdaniem to stwierdzenie faktów. Hipotezę badawczą sformułowano następująco: 2

3 Właściwości fizyczne i chemiczne surowej oraz przetworzonej pulpy pofermentacyjnej uzyskanej z biogazowni pozwolą na jej bezpośrednie wykorzystanie w celach: rolniczych (rozlewanie na polach) oraz alternatywnych (produkcji kompostu oraz biopaliwa stałego). Ja trochę inaczej sformułowałbym tą frazę, np.: Właściwości fizyczne i chemiczne surowej oraz przetworzonej pulpy pofermentacyjnej uzyskanej z biogazowni stwarzają szansę na jej bezpośrednie wykorzystanie itd. Rozdział ten kończą dobrze sprecyzowane zadania badawcze w liczbie 5. Przedmiot badań został wyczerpująco zaprezentowany w rozdziale: Materiały oraz metodyka badawcza, cytuję: pulpa pofermentacyjna (poferment) pochodząca z różnych etapów ciągu technologicznego biogazowni oraz jej frakcje uzyskane w wyniku separacji. Ponadto do badań wykorzystano pulpę pofermentacyjną wytworzoną w warunkach laboratoryjnych w Pracowni Ekotechnologii działającej w Instytucie Inżynierii Biosystemów na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu. Badaniom poddano pofermenty z pięciu funkcjonujących biogazowni rolniczych na terenie Polski oraz Niemiec. Opisano metodyki oznaczania w pulpie pofermentacyjnej następujących parametrów: zawartość suchej masy, materii organicznej oraz mineralnej, ph, zawartość azotu ogólnego oraz jego frakcji, zawartość fosforu ogólnego i jego frakcji. Podrozdział 4.3. zatytułowano Metody badawcze zastosowane w pracy i zawarto w nim następujące pod-podrozdziały: Separacja Kompostowanie Miejsce prowadzenia badań Układ doświadczeń Pomiar i analiza parametrów procesu Suszenie Produkcja biopaliw stałych peletowanie i oznaczanie wartości energetycznej i ciepła spalania Produkcja biopaliw gazowych kontynuacja procesu fermentacji. 3

4 Moim zdaniem niefortunnie metodami badawczymi nazwano niektóre procesy, np.: czy kompostowanie jest metodą badawczą, czy tylko procesem wykorzystanym w badaniach? Czy miejsce prowadzenia badań jest metodą? Podobnie czy produkcja biopaliw jest metodą badawczą? Jestem zobowiązany jednak do podkreślenia, że całość metodyki badawczej została opisana ze skrupulatnością, a jej duży zakres stworzył Doktorantowi wielkie możliwości do wywiązania się z tematu określonego w tytule. Mam jeszcze uwagi dotyczące terminologii: 1. na stronie 26. pojawia się określenie Udział wagowy substratów i na str. 30. sprawdzano ich wagę myślę, że w obydwu przypadkach chodziło o masę. 2. Na str. 30. znajdujemy stwierdzenie zawartość wilgotności jeżeli napiszemy wilgotność to będzie określenie bardziej prawidłowe lub zawartość wody. Rozdział Wyniki badań i ich omówienie zaczyna się informacjami, które moim zdaniem powinny być zamieszczone w rozdziale metodycznym. Ponadto znalazło się stwierdzenie, cytuję: Próbki pochodzące z jednakowych grup oznaczono kolorami chyba nie oznaczano próbek kolorami, tylko dane dotyczące określonych obiektów? Podrozdziałem 5.1. Właściwości fizyczne i chemiczne surowych pulp pofermentacyjnych oraz ich frakcji uzyskanych na drodze separacji Autor rozpoczął prezentację wyników własnych badań. Zamieścił w nim szczegółowe dane dotyczące zawartości suchej masy, materii organicznej, ph, konduktywności, zawartości azotu ogólnego, azotu amonowego i azotanowego, fosforu ogólnego, mineralnego i organicznego w pulpach pofermentacyjnych i frakcjach. W następnym podrozdziale (5.2.) Pan mgr inż. Wojciech Czekała opisał wyniki otrzymane w dwóch eksperymentach poświęconych kompostowaniu gęstwy pofermentu kompostowano gęstwę lub gęstwę z dodatkiem osadu ściekowego, słomy, podłoża popieczarkowego lub świeżych liści pomidora. 4

5 Badaniami objęto następujące parametry (w układzie dynamicznym): zmiany temperatury, zmiany emisji gazowych, zmiany podstawowych parametrów fizycznych i chemicznych, zmiany zawartości azotu ogólnego i jego form, zmiany zawartości fosforu całkowitego i jego frakcji oraz dokonano analizy ilościowej i jakościowej skroplin gazów emitowanych z bioreaktora. Szczegółowe wyniki zaprezentowano przejrzyście przy pomocy wymownych wykresów i zestawień tabelarycznych. Mam tylko jedną uwagę, a mianowicie dlaczego wyróżniono podrozdział nr zatytułowany Zmiany podstawowych parametrów fizycznych i chemicznych, w którym zamieszczono dane dotyczące zmian podczas kompostowania: świeżej masy, suchej masy, gęstości usypowej, ph, konduktywności; podczas gdy inne właściwości chemiczne i fizyczne zamieszczono w oddzielnych podrozdziałach. W następnym podrozdziale zaprezentowano wyniki dotyczące procesu suszenia pofermentów z dwóch biogazowni suszenie prowadzono w temp. 70 C. Drugą część rozdziału Wyniki badań i ich omówienie Autor poświęcił wykorzystaniu energetycznemu pofermentu oraz wybranych jego frakcji. Najpierw zajął się wartością energetyczną biopaliw stałych powstałych z frakcji stałej pulpy pofermentacyjnej zabrakło porównania do paliw konwencjonalnych. Z kolei badania dotyczące produkcji biopaliw gazowych prowadzono w dwóch cyklach. W I cyklu doświadczalnym badaniami objęto 2 biogazownie, a w drugim jedną. W I cyklu poddano fermentacji metanowej: odciek po separacji i gęstwę po separacji (Biogazowania A) oraz poferment ze zbiornika, gęstwę po separacji i gęstwę konfekcjonowaną z biogazowni B. W drugim cyklu fermentację prowadzono z użyciem odcieku po separacji, gęstwy po separacji, pofermentu ze zbiornika i pofermentu z hydrolizera z biogazowni A. Przejrzyście i fachowo zaprezentowano wyniki dotyczące dziennej produkcji biogazu, wydajności procesu fermentacji (metan oraz biogaz). Opracowanie wyników badań własnych Pan mgr inż. Wojciech Czekała zakończył podrozdziałem Stopień odfermentowania substratów, w którym 5

6 wykazał zróżnicowanie czasu potrzebnego do odfermentowania 70%, 90% oraz 100% biogazu z badanych substratów. Wszystkie rezultaty uzyskane w czasie prac badawczych podano w tabelach oraz opracowano graficznie w formie rysunków. Takie opracowanie danych daje pełną możliwość ich śledzenia i oceniania. Bardzo szeroki zakres badań oraz dobrze przemyślana i dobrana metodyka dały Autorowi duże możliwości do interpretacji uzyskanych wyników. Jednym z ważniejszych elementów pracy jest konfrontacja wyników własnych z piśmiennictwem krajowym i zagranicznym przeprowadzona na bieżąco w rozdziale Dyskusja. Z jednej strony to typowa konstrukcja pracy, w której wyniki własne Autor odnosi do wcześniej uzyskanych przez innych autorów. W recenzowanej pracy dyskusja wyników jest również rozszerzoną interpretacją własnych rezultatów badawczych, co oceniam wysoce pozytywnie. Mogę również stwierdzić, że nadaje to rozprawie cech oryginalnego i wartościowego opracowania o dużym ładunku poznawczym i utylitarnym. Eksperymentalną część pracy Pan mgr inż. Wojciech Czekała zakończył 14 wnioskami. Treści w nich zawarte mają potwierdzenie w wynikach uzyskanych w czasie badań. Moje uwagi do wniosków: ad. 5. czy ten wniosek jest potrzebny, ad. 7. cytuję: Dodatek innych odpadów organicznych, szczególnie podłoża popieczarkowego i osadów ściekowych w kompostowaniu gęstwy, sprzyjał procesowi kompostowania, czego wyrazem były m.in. zmiany ilościowe materii organicznej, azotu i fosforu ogólnego oraz ich połączeń chemicznych. Mam zastrzeżenia do drugiej części wniosku brak konkretu. ad. 10 lepszym rozwiązaniem byłoby odniesienie wartości opałowych i ciepła spalania wyprodukowanych peletów do paliw konwencjonalnych, np. węgla, wnioski 2 i 14 należy połączyć. 6

7 Po rozdziale Wnioski znajdujemy spis dobrze dobranego piśmiennictwa (137 pozycji), które zostało wykorzystywane z bardzo dobrym skutkiem w dwóch rozdziałach: Przegląd literatury oraz Dyskusja. W trakcie prac z tak obszernym materiałem eksperymentalnym Autor posługiwał się metodami fizycznymi, chemicznymi i statystycznymi. Wykazał dobre opanowanie tych metod i zaprezentował się jako dobrze zapowiadający się badacz, który potrafi umiejętnie wykorzystać fachowe piśmiennictwo do interpretacji uzyskanych wyników. Zamieszczone w dysertacji wyniki badań oraz ich szczegółowa analiza i końcowe wnioski są zgodne z celem pracy, świadczą o dużej wiedzy teoretycznej i dobrym przygotowaniu Autora. Jeszcze raz podkreślam, że recenzowana praca Pana mgr. inż. Wojciecha Czekały ma dużą wartość poznawczą i utylitarną. Z tych też względów uważam, że wyniki powinny być opublikowane oraz upowszechnione w wydawnictwach popularno-naukowych czy fachowych z zakresów: ochrony środowiska, agronomii, bioenergetyki. W recenzowanej dysertacji doktorskiej Pan mgr. inż. Wojciech Czekała zaprezentował kompleksowe podejście do rozpracowywanego w badaniach zagadnienia. Ważnym osiągnięciem Autora jest wykazanie, na podstawie bardzo pracochłonnych badań, że odpady pofermentacyjne z biogazowni mogą być z powodzeniem wykorzystywane jako substancja do użyźniania gleb i odżywiania roślin, jako jeden z substratów do produkcji kompostów oraz jako paliwo stałe lub kosubstrat do produkcji biogazu. Kolejnym ważnym aspektem badań jest wskazanie jak można wykorzystać poszczególne frakcje pofermentu. Oprócz wcześnie wyartykułowanych uwag mam jeszcze pewne drobne zastrzeżenia: 1. w pracy podano wyniki dotyczące ph, a znajdujemy taki tekst Odczyn analizowanego materiału był zróżnicowany i mieścił się w zakresie ph od 4,56 do 9,99 odczyn i ph to nie to samo; na podstawie ph określamy odczyn, 2. myślę, że lepiej pisać o zawartości najmniejszej lub największej w pracy najczęściej występują określenia najniższa i najwyższa, 7

8 3. nie najlepiej formułowano wyrażenia typu: Wartości ph dla wszystkich prób z grup: poferment surowy nie dla prób, to było ph próbki, pofermentu itp., 4. w rozdziale Materia organiczna należy zaznaczyć, że zawartość materii organicznej podano w odniesieniu do suchej masy, 5. symbole mnożenia podawane we wzorach i jednostkach wymagają ujednolicenia występują trzy różne, np.: mol dm -3, kj kg -1 oraz s.m. = m 2 /m 1 *100. Uwagi krytyczne (niektóre redakcyjne inne dyskusyjne), które zawarłem w recenzji nie mają wpływu na ocenę pracy jako całości, która jest pozytywna. Biorąc pod uwagę walory naukowe dysertacji stwierdzam, że jest ona świadectwem dojrzałości naukowej Kandydata do stopnia doktora w dziedzinie nauk rolniczych, dyscyplinie ochrona i kształtowanie środowiska i spełnia wymogi stawiane pracom doktorskim, zgodnie z ustawą z dnia 18 marca 2011 r. o zmianie ustawy Prawo o szkolnictwie wyższym, ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki oraz o zmianie niektórych innych ustaw (Dz.U nr 84 poz. 455). Stawiam zatem wniosek do Wysokiej Rady Wydziału Rolnictwa i Bioinżynierii Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu o dopuszczenie mgr. inż. Wojciecha Czekały do publicznej obrony pracy doktorskiej. Moim zdaniem, ze względu na bardzo aktualną tematykę badawczą, szeroki zakres prac oraz walory poznawcze i utylitarne, praca doktorska mgr. inż. Wojciecha Czekały zasługuje na wyróżnienie. Wnoszę zatem do Wysokiej Rady Wydziału Rolnictwa i Bioinżynierii wniosek o wyróżnienie jej Autora stosowną nagrodą. Prof. dr hab. Stanisław Sienkiewicz 8