Zagospodarowanie odchodów trzody chlewnej z wybranej fermy do celów energetycznych

Transkrypt

1 Inżynieria i Ohrona Środowiska 2017, 20(1), 5-16 p-issn Engineering and Protetion of Environment e-issn DOI: /ios Monika CZOP, Ewelina KŁAPCIA Politehnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Katedra Tehnologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów ul. Konarskiego 18, Gliwie Monika.Czop@polsl.pl, ewelina.klapia@onet.pl Zagospodarowanie odhodów trzody hlewnej z wybranej fermy do elów energetyznyh Management of Pigs Droppings from a Seleted Farm for Energeti Purposes Changes that our in the energy market fore to find out new solutions for searhing alternative soures to assure energeti safety and self-suffiieny in this setor of eonomy. Following these riteria, Counil of Ministers in 2010 established on a doument alled Diretions of development of agriultural biogas plants for the period of time The doument assumed that average 1 biogas plant of 1 MW apaity will be built in eah ommune. Aording to these assumptions approximately 2 thousands plants with total power of 2 thousands MWe would be reated. The estimated theoretial prodution apaity in Poland of agriultural biogas based on animals dropping (manure and slurry) exeeds 3M m 3. The artile presents test results of physi-hemial properties of barley straw, orn ob mix and pig s droppings. Keywords: agriultural waste, biomass, pig manure, biogas, lean energy Wprowadzenie Niewłaśiwe postępowanie z odpadami może w istotny sposób oddziaływać zarówno lokalnie, jak i globalnie na ałe środowisko przyrodnize oraz na zdrowie ludzi. Negatywny wpływ odpadów na środowisko można ogranizyć poprzez stosowanie zasad gospodarowania odpadami określonyh w Ustawie [1]. Podstawowym założeniem gospodarowania odpadami jest właśiwa hierarhia postępowania z nimi - Redue, Reuse, Reyle, Reover (Zmniejszenie/ogranizenie, Ponowne użyie, Reykling, Odzysk) [1-3]. Głównym założeniem hierarhii [2] jest idea promująa społezeństwa reyklingu, dążąe przede wszystkim do ogranizenia wytwarzania odpadów i do wykorzystywania ih jako zasobów materiałowyh oraz energetyznyh (rys. 1). Wiele odpadów rolnizyh, ze względu na swoje właśiwośi fizyzno-hemizne, może być ennym surowem energetyznym i ekonomiznym. Produkty ubozne rolnitwa, płynne lub stałe odhody zwierzęe zy pozostałośi przemysłu rolno-spożywzego mogą być wykorzystane do produkji biogazu rolnizego.

2 6 M. Czop, E. Kłapia Rys. 1. Hierarhia postępowania z odpadami [1-4] Fig. 1. The waste hierarhy [1-4] Ciągły wzrost en paliw konwenjonalnyh, zwiększenie zapotrzebowania na energię, która w dużym stopniu jest dostarzana z nieodnawialnyh źródeł, pogarszająy się stan środowiska naturalnego, a także zobowiązania Polski jako kraju złonkowskiego Unii Europejskiej skłaniają Polskę do podjęia działań związanyh z rajonalnym wykorzystaniem dostępnyh zasobów do produkji energii ieplnej i elektryznej. Poprawa efektywnośi energetyznej państwa, ogranizenie negatywnego oddziaływania na środowisko oraz rozwój wykorzystania odnawialnyh źródeł energii są tylko jednymi z kilku podstawowyh kierunków polskiej polityki energetyznej [5]. Jedną z metod wytwarzania energii elektryznej ze źródeł odnawialnyh w Polse jest produkja biogazu rolnizego. Zgodnie z definiją zawartą w Ustawie z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnyh źródłah energii, biogaz rolnizy jest to gaz otrzymywany w proesie fermentaji metanowej surowów rolnizyh, produktów uboznyh rolnitwa, płynnyh lub stałyh odhodów zwierzęyh, produktów uboznyh, odpadów lub pozostałośi z przetwórstwa produktów pohodzenia rolnizego lub biomasy leśnej, lub biomasy roślinnej zebranej z terenów innyh niż zaewidenjonowane jako rolne lub leśne, z wyłązeniem biogazu pozyskanego z surowów pohodząyh z ozyszzalni śieków oraz składowisk odpadów [6]. Z uwagi na znazną lizbę ferm i gospodarstw rolnyh, dużą dostępność surowów oraz stwarzająe ogromne możliwośi powierzhnie ugorów i odłogów, które mogą być wykorzystane do uprawy roślin energetyznyh, Polska może zapewnić stabilne warunki dostaw surowów do produkji biogazu. Dotyhzas głównym źródłem biogazu były ozyszzalnie śieków oraz składowiska odpadów, jednakże zgodnie z Krajowym Planem działań w zakresie energii ze źródeł odnawialnyh prognozuje się budowę dużej lizby biogazowni rolnizyh.

3 Zagospodarowanie odhodów trzody hlewnej z wybranej fermy do elów energetyznyh 7 Agenja Rynku Rolnego na podstawie prowadzonego rejestru wytwórów biogazu rolnizego podaje, że w Polse od 2011 roku zarejestrowano 77 biogazowni rolnizyh. W obiektah tyh wsad do instalaji stanowią lokalnie dostępne surowe. Definiję mikroinstalaji określa Ustawa o odnawialnyh źródłah energii, zgodnie z którą mikroinstalaję stanowi instalaja odnawialnego źródła energii o łąznej moy zainstalowanej elektryznej nie większej niż 40 kw, przyłązona do siei elektroenergetyznej o napięiu znamionowym niższym niż 110 kv lub o moy osiągalnej ieplnej w skojarzeniu nie większej niż 120 kw [6, 7]. Wsad do produkji biogazu rolnizego w biogazowniah rolnizyh mogą stanowić odpady poprodukyjne, pohodząe z własnego gospodarstwa rolnego, takie jak gnojowia zy obornik. Do wsadu mogą być również dodawane inne komponenty, jak np. słoma, siano, kiszonka kukurydzy, buraki zy trawy oraz resztki żywnośi i pasz. Obenie w krajah europejskih rozwija się trend budowy małyh, indywidualnyh, rolnizyh biogazowni, któryh mo zainstalowana wynosi kilkadziesiąt kwe. O możliwośi zainstalowania takiej instalaji deyduje wielkość prowadzonej produkji - zakłada się, że na potrzeby instalaji o moy 40 kw wymagane jest ha upraw oraz DJP pogłowia zwierząt (DJP - duża jednostka przelizeniowa) [8]. Największe doświadzenie w zakresie rozwoju biogazowni rolnizyh mają Niemy, gdzie na konie 2015 roku funkjonowało 8928 biogazowi [9]. W Polse rynek ten jest słabo rozwinięty, mimo że znazna lizba gospodarstw rolnyh posiada odpowiednie zapleze substratów bez konieznośi dostarzania ih z zewnątrz [10]. Zahętą do produkji biogazu jest fakt, iż w przeiwieństwie do innyh OZE, zależnyh od zynników atmosferyznyh, biogazownia zapewnia wysoką stabilność produkji energii na niezmiennym poziomie pod warunkiem zagwarantowania stałego dopływu surowów [8]. Wykorzystanie odpadów poprodukyjnyh z rolnitwa hroni środowisko przed zaniezyszzeniami, gdyż w ten sposób rozwiązywany jest problem odpadów organiznyh, a powstała w proesie masa pofermentayjna może zostać wykorzystana do nawożenia gleby. Kluzowym aspektem, mająym wpływ na rozwój inwestyji do produkji biogazu, jest możliwość wykorzystania energii elektryznej i iepła wytworzonyh z biogazu do użytku w gospodarstwie domowym oraz w gospodarstwie rolnym, o eliminuje koszty zakupu energii, a niewykorzystany nadmiar energii elektryznej może być odprowadzany do siei, z zego można uzyskać przyhody. Zgodnie z proponowanym przez Ustawę OZE systemem wsparia, energia produkowana w instalaji o moy do 40 kw po dokonaniu rejestraji w ARR (Agenja Rynku Rolnego) będzie mogła być wykorzystywana na własne potrzeby bez konieznośi zakładania działalnośi gospodarzej, natomiast nadwyżka energii może być odsprzedawana do siei po enie 80% eny zeszłoroznej [8]. Ustawa z dnia 22 zerwa 2016 r. o zmianie ustawy o odnawialnyh źródłah energii oraz niektóryh innyh ustaw (DzU 2016, poz. 925) wprowadziła tzw. system aukji energii z OZE. System aukji ma premiować przede wszystkim tehnologie wytwarzająe energię w sposób stabilny i przewidywalny. Rozpatrują te dwa założenia, można powiedzieć,

4 8 M. Czop, E. Kłapia że potrzeby rządu spełniają zdeydowanie biogazownie rolnize, które teraz będą mogły spokojnie się rozwijać. W zasie pierwszej aukji na wsparie zielonej energii rząd zdeydował się kupić energię z istniejąyh biogazowni oraz elektrowni wodnyh, a także nowyh instalaji słoneznyh i wiatrowyh. 1. Polityka energetyzna Polski Wzrost znazenia biogazowni oraz zainteresowania tematyką pozyskiwania energii z biogazu rolnizego spowodowany jest zmianami w regulajah prawnyh, które zostały przystosowane do prawa unijnego. Istotny wpływ mają również wprowadzone systemy dopłat, hęć zysku ze sprzedaży niewykorzystanej energii, a także pomo w formie dokumentów wskazująyh kierunki rozwoju biogazowni rolnizyh oraz promująyh produkję biogazu rolnizego. Dnia 13 lipa 2010 r. Rada Ministrów przyjęła opraowany przez Ministerstwo Gospodarki dokument Kierunki rozwoju biogazowni rolnizyh w Polse w latah , którego elem jest stworzenie optymalnyh warunków do rozwoju biogazowni rolnizyh oraz wskazanie możliwośi ih współfinansowania ze środków publiznyh, a także wdrożenie działań edukayjnyh i promująyh budowę oraz eksploataję tego typu instalaji. Dokument zakłada, że dzięki realizaji wyżej wymienionyh elów można stworzyć średnio jedną biogazownię rolnizą w każdej gminie do 2020 roku, przyjmują, że gmina będzie posiadać odpowiednie do tego predyspozyje. Dokument przewiduje również efekty, jakie mogą być uzyskane przy wykonaniu powyższyh elów. Wśród tyh wymienia się rozwój lokalnyh wytwórni biogazu i pozyskiwanie z nih biogazu, dzięki zemu nie tylko ulegnie poprawie bezpiezeństwo energetyzne kraju, ale również może nastąpić wzrost zatrudnienia lokalnej społeznośi oraz wzrost dohodów gmin. Niewątpliwą korzyśią jest również unieszkodliwienie uboznyh produktów rolnitwa i pozostałośi z przemysłu rolno-spożywzego, a także uzyskanie nawozów organiznyh z masy pofermentayjnej [11, 12]. Zapisy Ustawy z dnia 8 styznia 2010 roku o zmianie Ustawy Prawo energetyzne oraz o zmianie niektóryh innyh Ustaw (DzU Nr 21, poz. 104) mogą usprawnić rozwój wykorzystania odnawialnyh źródeł energii, w tym biogazowni rolnizyh, gdyż przewidują one określenie warunków przyłązenia instalaji biogazu rolnizego do siei dystrybuji gazowej przez przedsiębiorstwa, które zajmują się przesyłem paliw gazowyh. Ustawa reguluje również obowiązek wpisu do rejestru przedsiębiorstw energetyznyh, zajmująyh się wytwarzaniem biogazu rolnizego lub energii elektryznej z biogazu. Do prowadzenia rejestru oraz monitoringu i kontroli przedsiębiorstw zobowiązany został prezes Agenji Rynku Rolnego [12, 13]. Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnyh źródłah energii podaje zasady oraz warunki wykonywania działalnośi w zakresie wytwarzania biogazu rolnizego oraz energii elektryznej z niego wytworzonej. W rozdziale 3 określono możliwość sprzedaży energii elektryznej wytworzonej z biogazu rolnizego w instalaji, którą wykonano na własne potrzeby, lez nie wykorzystano jej w ałośi. Istnieje również możliwość sprzedaży niewykorzystanego biogazu rolnizego

5 Zagospodarowanie odhodów trzody hlewnej z wybranej fermy do elów energetyznyh 9 wytworzonego w instalaji odnawialnego źródła energii o roznej wydajnośi nie większej niż 160 tys. m 3 i wprowadzonego do siei. Ponadto wytwarzanie i sprzedaż energii elektryznej z biogazu rolnizego oraz samego biogazu rolnizego nie jest działalnośią gospodarzą. Prowadzenie działalnośi gospodarzej w zakresie wytwarzania energii elektryznej z OZE w przypadku wytwarzania energii z biogazu rolnizego nie wymaga uzyskania konesji na zasadah określonyh w Ustawie Prawo energetyzne. Natomiast rozdział 4 Ustawy o odnawialnyh źródłah energii określa mehanizmy oraz instrumenty wsparia wytwarzania energii biogazu rolnizego [6]. Parametry jakośiowe biogazu rolnizego wprowadzanego do siei dystrybuyjnej gazowej, wymagania dotyząe pomiarów, rejestraji i sposobu oblizania ilośi wytwarzanego biogazu rolnizego, a także sposób przelizania ilośi wytworzonego biogazu rolnizego na ekwiwalentną ilość energii elektryznej wytworzonej w odnawialnyh źródłah energii oraz warunki przyłązenia do siei dystrybuyjnej gazowej instalaji wytwarzania biogazu rolnizego określa Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 24 sierpnia 2011 roku w sprawie szzegółowego zakresu obowiązku potwierdzenia danyh dotyząyh wytwarzanego biogazu rolnizego wprowadzanego do siei dystrybuyjnej gazowej [14]. 2. Charakterystyka analizowanej fermy Podstawową produkją analizowanej fermy jest hów i hodowla trzody hlewnej, która odbywa się w yklu zamkniętym. Obenie stado lizy sztuk, w tym 2000 maior. Na tej bazie produkuje się roznie do stukilowyh tuzników (tab. 1). Ferma prowadzi również produkję rolną. Na 1250 ha uprawiany jest jęzmień, pszenia, kukurydza, rzepak oraz żyto. Produkja zbóż przeznazona jest w głównej mierze na paszę dla trzody hlewnej, pozostała zęść mogłaby być wykorzystywana w biogazowni. Tabela 1. Lizebność stada w yklu zamkniętym analizowanej fermy [15, 16] Table 1. Number of herds in a losed yle of the analyzed farm [15, 16] Rodzaj zwierząt Stan średniorozny szt. Współ. przelizania 1) sztuk rzezywistyh na DJP 2) Stan średniorozny w przelizeniu na DJP Knury 50 0,3 15 Maiory ,3 720 Prosięta , Warhlaki ,1 1014,3 Tuzniki , ,75 Suma ) Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 9 listopada 2010 r. w sprawie przedsięwzięć mogąyh znaząo oddziaływać na środowisko, Załąznik do rozporządzenia (DzU 2010, Nr 213, poz. 1397) 2) DJP - duża jednostka przelizeniowa inwentarza

6 10 M. Czop, E. Kłapia Rozna produkja odhodów trzody hlewnej (M odp ) w rozpatrywanej fermie to Mg [15, 16]. Obenie jedyną metodą zagospodarowania odhodów powstająyh w yklu hodowlanym jest ih magazynowanie na terenie fermy w spejalnym zbiorniku. Gromadzone odhody trzody hlewnej okresowo są wywożone do miejsa, gdzie zekają na rolnize wykorzystanie bądź unieszkodliwienie (np. składowanie). Doelowo ferma zainteresowana jest budową biogazowni, która zasilałaby w energię fermę i okolizne gospodarstwa, a powstająą nadwyżkę sprzedawałaby do siei. Celem badań jest oena możliwośi wykorzystania odhodów zwierzęyh oraz pozostałośi z produkji rolnizej na potrzeby produkji biogazu. Analiza została przeprowadzona na podstawie wyników badań własnyh i danyh literaturowyh. 3. Metodyka badań 3.1. Charakterystyka substratów Głównym substratem do produkji biogazu w rozpatrywanym przypadku jest gnojowia trzody hlewnej. Analizowana gnojowia nie jest materiałem jednorodnym, dlatego wyniki składu należy traktować jako wskaźniki orientayjne. W przypadku biogazowni rolnizyh zalea się łązenie odhodów zwierzęyh z roślinami energetyznymi, dlatego wraz z gnojowią zastosowano odpady produkji roślinnej - słomę jęzmienną i kiszonkę kukurydzy. Surowe przeznazone do badań pohodziły z terenów należąyh do analizowanej fermy oraz ośiennyh gospodarstw rolnizyh. Próbki przed analizami zostały rozdrobnione mehaniznie Analiza laboratoryjna Gnojowię oraz odpady produkji roślinnej analizowano powszehnie przyjętymi metodami, zgodnie z obowiązująymi normami (tab. 2). Tabela 2. Normy, według któryh przeprowadzono analizy fizyzno-hemizne Table 2. Standards for the physiohemial analysis Właśiwośi paliwowe Jednostka Symbol Norma Oznazanie gęstośi nasypowej kg/m 3 ρ BN Oznazanie wilgotnośi ałkowitej % W PN-Z :1993P Oznazanie straty prażenia odpadów, szlamów i osadów % LOI PN-EN 15169:2011 Oznazanie zawartośi popiołu % A PN-EN 15403:2011E Oznazanie zawartośi azotu metodą Kjeldahla % N PN-G-04523:1992P Oznazanie siarki ałkowitej metodą Eshki % S PN-ISO 334:1997P Oznazanie: ph, zawartośi substanji organiznej, węgla organiznego, azotu, fosforu i potasu Oznazanie hlorków - metoda miarezkowania azotanem srebra w obenośi hromianu jako wskaźnika (metoda Mohra) % OWO, N, P, K PN-Z :2001 g/dm 3 Cl PN-ISO 9297:1994P

7 Zagospodarowanie odhodów trzody hlewnej z wybranej fermy do elów energetyznyh Metody oblizenia produkji energii w biogazowni W elu oszaowania produkji energii w kogeneraji pozyniono następująe założenia [15, 16]: wartość kaloryzna metanu w wytworzonym biogazie (r biogaz ) 9,17 kwh/m 3 lub 0,03 GJ/m 3, sprawność agregatu kogenerayjnego: ieplna (η = 43%), elektryzna (η e = 37%), średni zas pray agregatu (T) przyjęto na poziomie 8000 h, ilość wyprodukowanego iepła i : w praktye 25 40% wyprodukowanej energii ieplnej zużywa się na ele proesowe. W oblizeniah przyjęto 30%, gdyż taką wartość zakłada się dla biogazowni efektywnej energetyznie, ilość wyprodukowanej energii elektryznej i : w praktye średnio 9% wyprodukowanej energii elektryznej jest wykorzystywana na ele proesowe. Sposób oblizeń pozwalająy na oszaowanie produkji energii ieplnej i elektryznej przedstawiono w tabeli 3. Tabela 3. Wzory do oblizeń [17-19] Table 3. Formulas for the alulation [17-19] Parametr Symbol Jednostka Sposób oblizenia Rozna produkja metanu P CH4 m 3 s.m. s.m.o. /rok PCH = M 4 odp pch Rozna produkja energii E GJ/rok E = P CH rbiogaz Teoretyzna mo ieplna Q MW Q = PCH r 4 biogaz η Teoretyzna mo elektryzna Q e MW Qe = PCH r 4 biogaz ηe Produkja ieplna P MWh /rok P 4 = Q T Zużyie iepła na ele proesowe Z MWh /rok Z = P 0, 3 Produkja ieplna Produkja energii elektryznej Zużyie energii elektryznej na ele proesowe Produkja energii elektryznej P P e MWh /rok MWh e /rok P P = P e Z = Q T e Z e MWh e /rok Z = P 0, 09 P e MWh e /rok e e P = P e Z e 4. Wyniki badań 4.1. Parametry fizyzno-hemizne substratów Potenjał energetyzny biogazu uzależniony jest od właśiwośi substratów, z któryh został wytworzony. W tabeli 4 zestawiono wyniki analizy fizyzno-hemiznej trzeh potenjalnyh substratów przeznazonyh do proesu fermentaji.

8 12 M. Czop, E. Kłapia Tabela 4. Charakterystyka badanyh materiałów Table 4. Charateristis of the tested materials Parametry Jednostka Gnojowia trzody hlewnej Słoma Kiszonka kukurydzy Wilgotność ałkowita (W ) % 92,00 6,48 64,93 Gęstość nasypowa (ρ n ) kg/m ,00 14,33 775,00 ph 7,00 6,20 4,07 Zawartość suhej masy (s.m.) % 8,00 93,52 35,27 Zawartość zęśi palnyh % 73,02 95,30 97,49 Zawartość popiołu (A) % 26,98 4,70 2,51 Zawartość suhej masy organiznej (s.m.o.) % 76,10 88,82 90,76 Potenjał produkji metanu (P CH4 ) m 3 /Mg s.m.o. 301,00 387,50 317,60 Zawartość substanji organiznyh (SO) % 72,60 95,44 84,90 Zawartość substanji mineralnyh (SM) % 27,40 4,56 15,10 Rozkładalne substanje organizne (RSO) % 46,91 70,70 82,88 Nierozkładalne substanje organizne (NSO) % 25,69 24,74 2,02 Zawartość węgla organiznego (TOC) % 2,56 33,22 38,95 Zawartość azotu ogólnego (N og ) % 0,11 1,48 19,00 Zawartość ortofosforanów (P 2 O 5 ) % 0,01 3,39 24,47 Zawartość fosforu (P) % 0,004 1,48 10,67 Zawartość siarki (S) % 0,20 0,26 0,22 Zawartość hlorków w wyiągu wodnym z odpadów mgcl/dm 3 90,00 0,21 0,07 Przy zbyt małej wilgotnośi mieszaniny przeznazonej do fermentaji wzrost komórek bakterii rozkładająyh biomasę jest utrudniony. Zawartość wody podzas fermentowania zmienia sie, dlatego mówi się o podziale na fermentaję mokrą, półsuhą i suhą. Jako mokrą rozumie się fermentaję, w której ilość suhej masy nie przekraza 15% i zazwyzaj jest to 8 12%. Półsuhą określa się wtedy, gdy zawartość suhej masy wynosi około 20%. Kiedy wartość ta zostanie przekrozona, fermentaję taką nazywa się suhą. W przypadku zbyt małej ilośi wody w masie proes biologiznego rozkładu może zostać zakłóony. Parametr ten zależy od rodzaju rośliny oraz od warunków atmosferyznyh, w jakih odbywał się zbiór, lub sposobu magazynowania [20]. Największą wilgotnośią ałkowitą harakteryzuje się gnojowia trzody hlewnej, na poziomie 92%, a najniższą słoma, której wilgotność ałkowita wynosi 6%. Tym samym najwyższą zawartośią suhej masy harakteryzuje się słoma - ok. 93%, a najmniejszą gnojowia - 8%. Na prawidłowy przebieg proesu fermentaji wpływa też odpowiednie przygotowanie substratów. Rozdrobnienie dozowanej masy zwiększa powierzhnię kontaktu, na której mogą rozwijać się bakterie. Poddane analizie substraty są zróżniowane pod względem gęstośi nasypowej, która ma wpływ na mieszanie oraz sposób ih dozowania do komory fermentayjnej. Wysoką gęstośią nasypową

9 Zagospodarowanie odhodów trzody hlewnej z wybranej fermy do elów energetyznyh 13 harakteryzowała się gnojowia trzody hlewnej (ok kg/m 3 ) oraz kiszonka kukurydzy (ok. 775 kg/m 3 ), najmniejszą gęstośią nasypową odznazała się słoma (ok. 14 kg/m 3 ). Niska gęstość nasypowa słomy podnosić będzie koszty transportu i sprawi, że powierzhnia przeznazona do jej magazynowania musi być większa niż w przypadku kiszonki kukurydzy. Najważniejszym utrudnieniem dla efektywnej fermentaji jest wysoka zawartość azotu w formie amonowej oraz substanji mineralnyh (popiół). Największą zawartość popiołu oznazono w gnojowiy trzody hlewnej - 27%, a najmniejszą w kiszone kukurydzy - 3%. Nadmiar azotu staje się inhibitorem dla proesu metanogenezy, gdyż spowalnia wzrost bakterii i zakłóa ały proes rozkładu. Może nawet doprowadzić do zniszzenia ałyh populaji mikroorganizmów i zahamowania fermentaji. Fermentaja beztlenowa jest proesem, w którym substanje organizne rozkładane są przez bakterie na związki proste, głównie metan i ditlenek węgla, dlatego im większa zawartość substanji organiznyh, tym więej biogazu zostanie wytworzone. W analizowanyh substratah odnotowano duże ilośi substanji organiznej, w gnojowiy trzody hlewnej zawartość substanji organiznej wynosi 73%, a w słomie - 95%, natomiast w kiszone kukurydzy - 85%. Największą zawartośią rozkładalnyh substanji organiznyh (RSO) harakteryzuje się kiszonka kukurydzy - 83%, a najmniejszą gnojowia - 4%. Do prawidłowego prowadzenia proesu fermentaji koniezne jest zapewnienie bakteriom odpowiednih parametrów fizyzno-hemiznyh. Optymalny zakres ph dla proesu fermentaji powinien zawierać się w wartośi 6,8 7,5, o wpływa na rozpuszzalność związków, a także sprzyja rozwojowi mikroorganizmów [19, 20]. ph kiszonki kukurydzy oraz słomy jest niższe niż 6,8, lez po zmieszaniu ih z gnojowią zy innymi substratami można otrzymać optymalne wartośi ph. Zbyt duże stężenie hlorków może spowodować zahamowanie proesu fermentaji. W gnojowiy trzody hlewnej zawartość hlorków wynosiła 90 mgcl/dm 3, a w słomie wynosiła 0,21 mgcl/dm 3. O przebiegu proesu fermentaji deyduje również stosunek C:N. Gdy stosunek ten jest zbyt szeroki, przemiana związków węgla może być niepełna, zego efektem jest zmniejszona produkja biogazu. W sytuaji odwrotnej, gdy zawartość azotu jest zbyt duża w stosunku do węgla, ilość toksyznego amoniaku może wzrosnąć. Aby proes fermentaji przebiegał prawidłowo, stosunek C:N powinien mieśić się w zakresie [19, 21]. Dla badanyh substratów stosunek C:N kształtuje się następująo: dla gnojowiy 23, dla słomy 22, dla kiszonki kukurydzy 2. Prawidłowe pobierania substanji pokarmowyh przez bakterie w komorze fermentayjnej zahodzi w momenie, gdy stosunek C:N:P:S wynosi 600:15:5:1, w przypadku analizowanyh substratów stosunek C:N:P:S odbiega znaząo od optymalnego. Stosunek C:N:P:S dla badanyh substratów kształtuje się następująo: dla gnojowiy 13/0,5/0,02/1, dla słomy 128/6/6/1, dla kiszonki kukurydzy 177/89/48/1.

10 14 M. Czop, E. Kłapia 4.2. Produkja energii w biogazowni Największe możliwośi pozyskania biogazu w Polse mają gospodarstwa spejalizująe się w produkji zwierzęej powyżej 100 DJP, ale nie przekreśla to możliwośi budowy biogazowni przez gospodarstwa o mniejszej lizbie zwierząt. Potenjał produkji metanu z gnojowiy trzody hlewnej dla rozpatrywanej fermy szauje się na poziomie ok m 3 /rok, ze słomy rzędu m 3 /rok, a z kiszonki kukurydzy na poziomie m 3 /rok (tab. 5). Zakładają, że wybrany kogenerator umożliwi produkję energii elektryznej ze sprawnośią 37%, a energii ieplnej na poziomie 43%, oblizono ilośi energii, które podano w tabeli 5. Tabela 5. Kalkulaja możliwej do pozyskania energii elektryznej i iepła w proesie fermentaji Table 5. Calulation of eletrial power and heat that an be obtained in the proess of fermentation Surowe do fermentaji Parametry P CH4 E Q Q e P Z P P e mln m 3 /rok TJ/rok MW tys. MWh/rok Gnojowia 1,09 3,29 0,5 0,5 4,03 1,21 2,82 3,03 0,27 2,75 Z e P e Słoma 5,19 15,56 2,6 2,2 19,03 5,71 13,32 14,27 1,28 12,98 Kiszonka kukurydzy 1,64 4,92 0,8 0,7 6,01 1,80 4,21 4,51 0,40 4,10 Tabela 6. Kalkulaja możliwej do pozyskania energii elektryznej i iepła w proesie kofermentaji Table 6. Calulation of eletrial power and heat that an be obtained in the proess of o-fermentation Udział substratów % Parametry P CH4 E Q Q e P Z P P e G * S * K * mln m 3 TJ/rok MW tys. MWh/rok /rok Z e P e ,92 5,75 0,9 0,8 7,03 2,11 4,92 5,28 0,47 4, ,33 6,98 1,1 1,0 8,53 2,56 5,97 6,40 0,57 5, ,26 6,77 1,1 1,0 8,27 2,48 5,79 6,21 0,56 5, ,14 9,43 1,5 1,3 11,53 3,46 8,07 8,65 0,78 7, ,49 7,46 1,2 1,1 9,13 2,74 6,38 6,85 0,62 6, ,55 10,66 1,8 1,5 13,03 3,91 9,12 9,77 0,88 8,89 * G - gnojowia, S - słoma, K - kiszonka kukurydzy Na podstawie przeprowadzonyh rozważań wybrano biogazownię, która będzie mogła produkować energię elektryzną i ieplną dzięki zastosowaniu proesu kogeneraji (tab. 6). W biogazowni będzie można zastosować kogenerator o moy

11 Zagospodarowanie odhodów trzody hlewnej z wybranej fermy do elów energetyznyh 15 elektryznej 1,5 MW i ieplnej 1,8 MW. Szauje się, że zastosowanie takiego rozwiązania pozwoli na wyprodukowanie ok. 9775,8 MWh energii elektryznej i ok MWh energii ieplnej roznie. Podsumowanie Biogazownie o małej moy idealnie nadają się do efektywnego zaopatrzenia w energię obszarów wiejskih. Takie rozwiązanie harakteryzuje się niskimi stratami na przesyle, brakiem konieznośi szeroko zakrojonej rozbudowy istniejąyh siei oraz możliwośią wykorzystania powstałego iepła na danym obszarze. Należy podkreślić, że biogazownie w przeiwieństwie do elektrowni wiatrowyh, słoneznyh zy wodnyh mogą produkować energię niemal bez przerwy, na stałym poziomie, przy zapewnieniu stałego dostępu surowów. Na tej podstawie można je uznać za stabilne źródło energii. Dodatnim aspektem środowiskowym z zagospodarowania odpadów pohodzenia rolnizego w proesie fermentaji metanowej jest uniknięie emisji metanu do powietrza, która ma niewątpliwie miejse w zasie ih przehowywania przed unieszkodliwianiem. Zagospodarowanie pozostałośi po fermentaji stwarza mniej problemów w porównaniu z odhodami świeżymi, dzięki zmianie ih właśiwośi. Otrzymywany po proesie fermentaji nawóz zawiera pierwiastki biogenne w formie łatwiej przyswajalnej dla roślin oraz harakteryzująe się zredukowaną odorowośią, jednoześnie unieszkodliwianiu ulegają szkodliwe dla roślin substanje. Otrzymany nawóz można będzie wykorzystać do nawożenia pól należąyh do fermy, jak również okoliznyh gospodarstw rolnyh. Należy pamiętać, że biogaz pozyskiwany z odhodów trzody hlewnej nie jest energią darmową, ponieważ na jego koszt mają wpływ nakłady poniesione na budowę i eksploataję biogazowni, lez dla gospodarstw, które starają się o własne biogazownie rolnize, istotnym faktem jest możliwość ubiegania się o dofinansowania, które niewątpliwie mogą wesprzeć powstająą inwestyję. Istotną zaletą budowy biogazowni są powstająe wraz z nią nowe miejsa pray dla lokalnej społeznośi przy produkji substratów oraz budowie i obsłudze obiektu. Literatura [1] Diretive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Counil of 19 November 2008 on waste and repealing ertain Diretives. [2] Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadah, DzU z 2013, poz. 21. [3] Gharfalkara M., Courta R., Campbella C., Alib Z., Hilliera G., Analysis of waste hierarhy in the European waste diretive 2008/98/EC, Waste Management 2015, 39, [4] Smith S.A., Hughes E., Coats E.R., Brinkman C.K., MDonald A.G., Harper J.R., Feris K., Newby D., Toward sustainable dairy waste utilization: enhaned VFA and biogas synthesis via upyling algal biomass ultured on waste effluent, Journal of Chemial Tehnology and Biotehnology 2016, 91, 1,

12 16 M. Czop, E. Kłapia [5] Ministerstwo Gospodarki, Polityka energetyzna Polski do 2030 roku, Warszawa, 10 listopada 2009 r. Załąznik do uhwały nr 202/2009 Rady Ministrów z dnia 10 listopada 2009 r. [6] Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnyh źródłah energii, DzU 2015, poz [7] Rejestr wytwórów biogazu rolnizego (dostęp: r.). [8] (dostęp: r.). [9] Optimal use of biogas from waste streams An assessment of the potential of biogas from digestion in the EU beyond [10] (dostęp: r.). [11] Zhou H., Löffler D., Kranert M., Model-based preditions of anaerobi digestion of agriultural substrates for biogas prodution, Bioresoure Tehnology 2011, 102, [12] Ministerstwo Gospodarki, Kierunki rozwoju biogazowni rolnizyh w Polse w latah , Warszawa [13] Ustawa z dnia 8 styznia 2010 r. o zmianie ustawy - Prawo energetyzne oraz o zmianie niektóryh innyh ustaw, DzU 2010, Nr 21, poz [14] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 24 sierpnia 2011 r. w sprawie szzegółowego zakresu obowiązku potwierdzania danyh dotyząyh wytwarzanego biogazu rolnizego wprowadzonego do siei dystrybuyjnej gazowej, DzU 2011, Nr 187, poz [15] Materiały wewnętrzne firmy Danish Farming Consultants Sp. z o.o. w Rzezyah. [16] Czop M., Potenjał biogenny odpadów z hodowli trzody hlewnej, Arhiwum Gospodarki Odpadami i Ohrony Środowiska 2011, 13, 3, [17] Leitfaden Biogas Von der Gewinnung zur Nutzung, Fahagentur Nahwahsende Rohstoffe e. V., Abt. Öffentlihkeitsarbeit. Gülzow [18] Curkowski A., Oniszk-Popławska A., Surowe do produkji biogazu - uproszzona metoda oblizenia wydajnośi biogazowni rolnizej, Czysta Energia 2010, 1, [19] Gołaszewski J., Wykorzystanie substratów pohodzenia rolnizego w biogazowniah w Polse, Postępy Nauk Rolnizyh 2011, 2, [20] (dostęp: r.). [21] Biogaz Produkja, wykorzystanie, Institut für Energetik und Umwelt GmbH. Silesian University of Tehnology, Faulty of Energy and Environmental Engineering Department of Tehnologies and Installations for Waste Management ul. Konarskiego 18, Gliwie Monika.Czop@polsl.pl, ewelina.klapia@onet.pl Streszzenie Zmiany zahodząe na rynku energii zmuszają do podejmowania nowyh rozwiązań, mająyh na elu poszukiwanie jej źródeł dla zapewnienia bezpiezeństwa energetyznego i samowystarzalnośi w tej dziedzinie gospodarki. Kierują się tymi kryteriami, Rada Ministrów w 2010 roku przyjęła dokument pt. Kierunki rozwoju biogazowni rolnizyh w Polse w latah , w którym założono powstanie średnio jednej biogazowni o moy 1 MW w każdej gminie. Przyjęte założenie spowodowałoby powstanie około 2 tysięy obiektów o moy 2 tysięy MWe. Potenjał teoretyzny produkji biogazu rolnizego w Polse na bazie odhodów zwierzęyh (gnojowia i obornik) oszaowano na ponad 3 mln m 3. W artykule przedstawiono wyniki badań fizyzno-hemiznyh: słomy jęzmiennej, kiszonki kukurydzy i odhodów trzody hlewnej. Słowa kluzowe: odpady rolnize, biomasa, odhody trzody hlewnej, biogaz, zysta energia