Możliwości wykorzystania alg i odnawialnych źródeł energii w rolnictwie

Transkrypt

1 Konferencja naukowa Problemy gospodarki energią i środowiskiem w rolnictwie, leśnictwie i przemyśle spożywczym Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Warszawa, 14 września 2016 Możliwości wykorzystania alg i odnawialnych źródeł energii w rolnictwie Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki Andrzej Curkowski Przemysław Mroczkowski Paweł Sulima

2 Konspekt prezentacji Profil Instytutu Możliwości zastosowania alg Zwiększenie plonowania roślin Dodatek do pasz dla zwierząt Algi w hodowli ryb Warunki hodowli i produktywność Technologie produkcji alg (I) baseny otwarte Technologie produkcji alg (II) Fotobioreaktory zamknięte Technologie produkcji alg (III)- Zastosowanie lamp LED przy produkcji alg Technologie produkcji alg (IV) porównanie Sposoby separacji i odławiania Możliwości powiązania alg z OZE i przemysłem Polskie doświadczenia Projekt OMEGA, USA AlgaePARC, Holandia Perspektywy dofinansowania I krajowe Perspektywy dofinansowania II - zagraniczne your organisation s logo

3 Profil Instytutu Instytut na prawach fundacji, Kompetencje założycieli IRIE: - realizacja projektów badawczo-rozwojowych i edukacyjnych, - analizy techniczno-ekonomiczne inwestycji, - realizacja projektów inwestycyjnych, - doradztwo biznesowe dla inwestorów i deweloperów branży OZE, - pozyskiwanie finansowania dla projektów ze źródeł krajowych i UE. Cele: Promocja i rozwój innowacyjnych rozwiązań w energetyce odnawialnej, Zastosowania OZE w rolnictwie i przemyśle, Poszukiwanie innowacyjnych rozwiązań dla rolnictwa i energetyki, Realizacja projektów B&R, demonstracyjnych i edukacyjnych, Budowanie lokalnych kompetencji we współpracy z uczelniami oraz partnerami technologicznymi i przemysłowymi. Źródło: Wikimedia Commons Źródło:

4 W rolnictwie nawozy, Możliwości zastosowań alg środki pielęgnacji roślin, pasze dla zwierząt hodowlanych, akwakultura, jako pasze dla ryb i innych zwierząt wodnych. your organisation s logo Poza rolnictwem dodatki zdrowotne dla ludzi suplementy i tzw. superfood oraz nutraceutyki, składniki kosmetyków, biopaliwa, Integracja hodowli alg z OZE. Źródło: Internet

5 Zwiększenie plonowania roślin Korzyści z nawozowego stosowania alg: pozwalają uzyskać wyższe i lepszej jakości przyrosty, stymulują plonowanie, (np. w uprawie pomidorów uzyskano 30% więcej cukrów, 70% więcej naturalnych pigmentów) efektywne w sytuacjach stresowych dla roślin, takich jak: zimno, susza, brak słońca, nadmiar wody, zawierają łatwo przyswajalne składniki odżywcze i fizjologicznie aktywne, m.in.: witaminy, fitohormony, aminokwasy, które pozytywnie działają m.in. poprzez: korzystny wpływ na pobieranie i transport składników pokarmowych, wspomaganie biosyntezy hormonów, właściwości zachęcające pszczoły do zapylania kwiatów, poprawę żywotności komórek i prawidłowego przebiegu procesów komórkowych. Źródło: Coppens J., Vlaeminck S. E., Universiteit Gent

6 Dodatek do pasz dla zwierząt Zalety skarmiania zwierząt algami (gł. drób, trzoda chlewna, bydło): poprawiają przyrost masy i zwiększają płodność, poprawiają funkcjonowanie układu immunologicznego (zmniejszenie konieczności stosowania antybiotyków), zapewniają wyższe stężenia korzystnych związków w mięsie, mleku i jajach, stanowią źródło wysoce przyswajalnych substancji witamin, aminokwasów i białek, mikro i makroelementów). Przykłady zastosowań na podstawie projektów badawczych: w hodowli bydła ograniczono produkcję metanu przez przeżuwacze uzyskując większą efektywność energetyczną produkcji mleka i mięsa, w hodowli trzody chlewnej działanie stabilizujące florę żołądka i wpływ na ograniczenie agresywnych zachowań zwierząt i kanibalizmu, w hodowli drobiu uzyskano zwiększoną zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych i karotenoidów w żółtkach jaj. Źródło: Możliwości zastosowania biomasy alg w rolnictwie K. Chojnacka K. i in., Politechnika Wrocławska, 2012

7 Algi w hodowli ryb Zintegrowana hodowla ryb, krewetek i określonych szczepów alg: główny obszar - hodowla ryb: łosoś, pstrąg, tuńczyk, karp, tilapia, dorada, ponadto: krewetki, ostrygi. Zalety karmienia algami ryb hodowanych w akwakulturze: dobre źródło protein, aminokwasów, tauryny, pigmentów, tłuszczy, szybszy wzrost, wyższa zawartość białka, poprawa aminogramu mięsa ryb, zwiększenie ilości korzystnych kwasów tłuszczowych np.: Omega 3, Omega 6 itp., stosowane jako pierwszy pokarm w stadium larwalnym obniżają śmiertelność o ok. 30%. Źródło:

8 Warunki hodowli i produktywność Warunki odpowiednia ilość światła (doświetlanie może być uzasadnione), temperatura o C, ph 7-9, źródła C, N, P i składników mineralnych np. Fe, Si, źródło CO 2 (ilość zawarta w powietrzu nie zapewnia optymalnego wzrostu, do wyprodukowania 100 g alg potrzeba 183 g CO 2 ), cykl wzrostu zależy od gatunku i warunków (średnio od kilku do kilkudziesięciu dni). Szacunkowa produktywność 70 t s.m./ha/rok (stawy otwarte), 175 t s.m./ha/rok (fotobioreaktory + bezpośrednia ekspozycja), 210 t s.m./ha/rok (fotobioreaktory + doświetlanie). Szacunkowy zakres kosztów produkcji stawy 1,7 (0,4*) eur/kg s.m., fotobioreaktory 9,0 (3,8*) eur/kg s.m., systemy hodowli 50-60% kosztów, zbiór i ekstrakcja 40-50% kosztów. *bez kosztu energii Źródło: Glony produkcja biomasy, Kozieł W., Włodarczyk T., EBTP 3SPM Haspeslagh L., Micro-algae cultivation for biofuels: cost, energy balance, environmental impacts and future prospects, Slade R.

9 Technologie produkcji alg (I) Baseny otwarte ZALETY znaczny uzysk masy glonów, relatywnie niski koszt inwestycyjny i operacyjny (efekt skali), bardziej wskazane do hodowli makroalg (glonów). WADY ograniczona kontrola nad warunkami uprawy, wysokie ryzyko zanieczyszczenia, wysoka podatność na warunki atmosferyczne, ograniczona ilość możliwych do uprawy gatunków, duża powierzchnia. Źródło: Aban Infrastructure Pvt Ltd

10 Technologie produkcji alg (II) Fotobioreaktory zamknięte panelowe cylindryczne kolumnowe ZALETY dobra kontrola przebiegu procesu, niskie ryzyko zanieczyszczeń, wysoka wydajność produkcji biomasy, zalecane do hodowli mikroalg. WADY możliwość wystąpienia stresu hydrodynamicznego, konstrukcja wymaga specjalnych materiałów, często wysokie koszty inwestycyjne. Źródło: UP Poznań, UWM Olsztyn, Otto Wulff

11 Technologie produkcji alg (III) Zastosowanie lamp LED przy produkcji alg zwiększenie efektywności przyswajania światła przez algi, dzięki charakterystyce dystrybucji światła bliskiej do oświetlenia słonecznego (długość fali nm, natężenie promieniowania ok W/m 2 ), kontrolowany, wysokowydajny wzrost w ciągu całego roku, niezależnie od warunków atmosferycznych, precyzyjny system monitoringu i kontroli procesu, ograniczone wymagania przestrzenne reaktorów pozwalają na optymalne wyskalowanie procesu. Źródło: Algae Food & Fuel; Technische Universität München

12 Technologie produkcji alg (IV) Otwarte baseny Fotobioreaktory zamknięte Fotobioreaktory zamknięte doświetlane LED Źródło energii Słońce Słońce Lampy LED Nakłady finansowe Niskie Wysokie Wysokie Powierzchnia Bardzo duża Duża Mała Uzysk alg z 1m 3 Niski Wysoki Bardzo wysoki Praca w ciągu roku Zależy od klimatu Zależy od klimatu Niezależna od klimatu Kontrola procesu Niska Średnia Wysoka Czyszczenie Skomplikowane Zróżnicowane Łatwe Źródło: Algae Food & Fuel

13 Sposoby separacji i odławiania 1. sedymentacja, 2. flotacja, 3. filtracja, 4. wirowanie, 5. flokulacja. Źródło: Internet

14 Źródło: Białas W. Zastosowanie alg w bioenergetyce Możliwości powiązania alg z OZE i przemysłem efektywne wykorzystanie powierzchni potrzebnej do hodowli alg dzięki większej wydajności od upraw roślin energetycznych, produkcja energii elektrycznej (np. przetwarzanie na biogaz), wyłapywanie CO 2 z procesów przemysłowych, wykorzystanie ciepła ogrzewanie biogazowni lub na ogrzewanie w innych procesach produkcyjnych np.: mleczarnie, gorzelnie. Przykład integracji OZE i alg w gospodarstwie rolnym PV do oświetlenia hodowli alg i zabudowań, Biogaz zagospodarowanie nadmiaru ciepła do hodowli alg i celów bytowych, Biomasa z alg jako substrat dla biogazowni.

15 Polskie doświadczenia Główne instytucje badawcze i laboratoria Centrum Akwakultury, Katedra Inżynierii Środowiska, Wydział Nauk o Środowisku, Uniwersytet Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie (od 2012), Centrum Badawczo-Innowacyjne Instytutu Agrofizyki PAN w Lublinie (otwarty w 2015). Zakład Mikrobiologii i Biotechnologii Środowiska, Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie. Przykłady realizowanych projektów PKN Orlen ZP Płock (we współpracy z Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim i Zachodniopomorskim Uniwersytetem Technicznym w Szczecinie) - opracowywanie technologii produkcji biopaliw z alg, Laboratorium Utylizacji Odpadów, Instytut Energetyki, Oddział Techniki Grzewczej i Sanitarnej w Radomiu, Opracowanie i wykonanie bioreaktora do hodowli alg pod kątem określenia możliwości wykorzystania ich do produkcji biopaliw płynnych.

16 Projekt OMEGA, USA finansowany przez NASA, pływające zasobniki z algami, pływające na oceanach zasobniki z algami, oczyszczanie ścieków z miast przymorskich, redukcja CO 2, produkcja oleju i paliwa lotniczego. Źródło:

17 AlgaePARC, Holandia Rozwój nowych gatunków mikroalg poprzez selekcję lub modyfikacje genetyczne, Rozwój efektywnych kosztowo metod masowej produkcji alg na zewnątrz, zmiany w gęstości alg w wodzie, zmiany w mieszaniu kultury alg, wybór najlepszych gatunków alg, poprawa konstrukcji reaktora do hodowli alg, Poprawa ekonomiki produkcji mikroalg w fotobioreaktorach poprzez zoptymalizowanie procesu produkcji alg, bądź konstrukcji fotobioreaktora, Biorafinacja glonów polegająca na przekształcaniu ich w surowce stosowanie w produkcji żywności, pasz, paliw, a także do zastosowań farmaceutycznych i chemicznych. Źródło:

18 Perspektywy dofinansowania I - krajowe Instrument Program Beneficjenci Tematyka konkursu Poziom dofinansowania Termin / naboru [%] przedsiębiorstwa (w Działanie 3.2 szczególności MŚP), Wsparcie wdrożeń wyników prac B+R jednostki naukowe, Poddziałanie klastry, Kredyt na innowacje instytucje otoczenia technologiczne biznesu. Wsparcie projektów polegających na wdrażaniu innowacji o charakterze technologicznym 500 mln zł (do 6 mln zł/projekt) POIR Działanie 4.1 Badania naukowe i prace rozwojowe Poddziałanie Strategiczne programy badawcze dla gospodarki konsorcjum, w skład którego wchodzą dwie jednostki naukowe lub konsorcjum, w skład którego wchodzi jedna jednostka naukowa oraz jedno przedsiębiorstwo spełniające kryteria mikro-, małego lub średniego przedsiębiorcy Wsparcie badań przemysłowych i/lub eksperymentalnych prac rozwojowych o tematyce określonej w programach strategicznych w ramach Wspólnych Przedsięwzięć realizowane przez konsorcja 145 mln zł II/IV kw jednostek naukowych lub konsorcjum z udziałem przedsiębiorstw i jednostek naukowych POIR, Działanie 1.1 Projekty B+R przedsiębio rstw Poddziałanie Badania przemysłowe i prace rozwojowe realizowane przez przedsiębiorstwa MŚP realizujące projekty w regionach słabiej rozwiniętych. Realizacja projektów, które obejmują badania przemysłowe i/ albo eksperymentalne prace rozwojowe 750 mln zł

19 Perspektywy dofinansowania II - zagraniczne Instrument Program Beneficjenci (m.in.) Tematyka konkursu Orientacyjna kwota dofinansowania projektów Terminy naboru H2020 Instrument dedykowany MŚP Stimulating the innovation potential of SMEs for sustainable and competitive agriculture, forestry, agrifood and biobased sectors : Stimulating the innovation potential of SMEs for a low carbon and efficient energy system konsorcja złożone z co najmniej 3 partnerów (podmiotów prawnych) z 3 różnych państw członkowskich UE i/lub państw stowarzyszonych Rozwój innowacji w zintegrowanym zarządzaniu środkami ochrony roślin Eko-innowacje i oszczędność zasobów w produkcji i przetwarzaniu żywności Redukcja strat żywności i generowania odpadów w łańcuchu wartości w gospodarstwie Tworzenie wartości dodanej z odpadów i produktów ubocznych generowanych w gospodarstwie Zmniejszenie zużycia energii i emisji CO 2 przez inteligentne i zrównoważone użytkowania w tym energooszczędnych produktów i usług, a także wdrażanie idei "inteligentnych miast i gmin", Ograniczanie kosztów zaopatrzenia w niskoemisyjne źródła energii elektrycznej (w tym OZE, wychwytywanie magazynowanie i ponowne wykorzystanie CO 2 ), Alternatywne paliwa i mobilne źródła energii, Jednorodna inteligentna europejska sieć energetyczna, Rozwój nowej wiedzy i technologii wspierających mechanizmy podejmowanie decyzji i zwiększających zaangażowanie społeczeństwa. Faza 1: EUR. Czas realizacji projektu: 6 mies. Faza 2: EUR mln. Czas realizacji projektu: mies. Faza 1: EUR. Czas realizacji projektu: 6 mies. Faza 2: mln EUR. Czas realizacji projektu: mies. Faza 1* Faza 2** Faza 1* Faza 2** H2020 ZRÓWNOWAŻONE BEZPIECZEŃSTWO ŻYWNOŚCI elastyczność i oszczędność zasobów w łańcuchach dostaw Innovative agrifood chains: unlocking the potential for competitiveness and sustainability Holistyczne badania w zakresie optymalizacji łańcucha dostaw powiązań, interakcji między podmiotami sektora rolnospożywczego w odniesieniu do celów zrównoważonego rozwoju do EUR mln 6 w celu zaprojektowania nowych procesów w ramach łańcucha produkcyjnego, opracowania nowych modeli biznesowych i uzyskania korzyści ekonomicznych oraz środowiskowych (2 etap)

20 Dziękuję za uwagę! Fundacja Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki