Szansą dla rolnictwa i środowiska - ogólnopolska kampania edukacyjno-informacyjna Piła Płotki, 10-14 grudnia 2012 r. Szkolenie dla doradców rolnych Odchody zwierząt jako substrat dla biogazowni Dr inż. Alina Kowalczyk-Juśko
1 SD 50 SD 100SD 150SD 200SD 250SD 300SD 350SD 400SD Ilość energii [MWh/rok] Wartość energetyczna odchodów zwierzęcych ilosć MWh - bydło/rok ilość MWh - trzoda/rok Ilość MWh - drób/rok 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 liczba sztuk dużych [DJP]
Gnojowica jako substrat biogazowy Ilość gnojowicy w przemysłowym chowie bydła i trzody chlewnej jest różna i zależy od technologii utrzymania zwierząt, sposobu mycia stanowisk, techniki zgarniania gnojowicy ze stanowisk itp. W zależności od ilości zużytej wody, stężenie substancji zawartych w gnojowicy jest zróżnicowana. Gnojowica może zawierać piasek, drobny żwir. Charakterystyka: - odczyn ph 6,5 7,9 - gęstość właściwa 0,9 1,4 g/cm 3 ( średnio 1,0 g/cm 3 ) - temp. zamarzania - 2 o C (zwiększa wówczas objętość o 11-12%) - przy magazynowaniu ulega rozwarstwieniu (zawartość s.m. w kożuchu wynosi ok. 18%, zaś w części osadowej do 65%) - zawiera mikroelementy, niezbędne w procesie przemian biochemicznych w komorze fermentacyjnej - stosunek C : N w gnojowicy bydlęcej wynosi średnio 6,8 : 1
Wydajność gnojowicy w produkcji biogazu Substrat Zawartość suchej masy [%] Zawartość suchej masy organicznej (s.m.o.) [% s.m.] Teoretyczna wydajność biogazu z 1 kg s.m.o. [dm 3 ] z 1 kg świeżej masy [dm 3 ] udział metanu [%] Gnojowica krów 8-11 75-82 200-500 20-30 50-55 Gnojowica cieląt 10-13 80-84 220-560 20-25 50-57 Gnojowica świń 4-7 75-87 300-700 20-35 50-70 Gnojowica owcza 12-16 80-85 180-320 18-30 50-56
Wydajność obornika w produkcji biogazu Substrat Zawartość suchej masy [%] Zawartość suchej masy organicznej (s.m.o.) [% s.m.] Teoretyczna wydajność biogazu z 1 kg s.m.o. [dm 3 ] z 1 kg świeżej masy [dm 3 ] zawartość metanu [%] Obornik krów 20-26 68-78 210-300 40-55 55-60 Obornik świń 20-25 75-80 270-450 55-65 55-60 Obornik koński 20-40 65-95 280-350 50-60 55-65
Gnojowica i obornik jako substraty biogazowe Odchody przeżuwaczy mają niższą wydajność biogazu ze względu na to, że w żwaczu zachodzi częściowa fermentacja pasz Gnojowica ze względu na relatywnie niską zawartość suchej masy pozwala się dobrze łączyć z kosubstratami o wysokiej zawartości s.m. Obornik musi być z reguły rozcieńczany, aby umożliwić przepompowanie; ponadto stały nawóz organiczny musi być jednorodny Obróbka oraz składowanie gnojowicy i obornika nie sprawia większego problemu Gnojowice można doprowadzać do biogazowni bezpośrednio (rurociągiem) lub za pośrednictwem zbiornika wstępnego
Masa odchodów uzyskanych od różnych gatunków dorosłego drobiu Gatunek drobiu Ilość odchodów na 1 szt. (g/dobę) Masa 1 m 3 odchodów (kg) Zawartość wody w odchodach (%) Brojlery 65 622 68 Indyki 260 600 64 Gęsi 392 750 82 Kaczki 340 730 80
Rozcieńczanie kurzeńca Odchody drobiu charakteryzują się wysokim stężeniem (zawartość suchej masy na poziomie 20-40%), niezbędne jest zastosowanie kosubstratów płynnych, które pozwolą na odpowiednie rozcieńczenie wsadu do poziomu poniżej 15%, co jest wartością graniczną dla procesu fermentacji mokrej. Do rozcieńczania odchodów może być zastosowana woda, której część jest następnie zawracana z odcieku do komory fermentacyjnej, co pozwala ograniczyć wykorzystanie czystej wody w celach produkcyjnych. Zamiast wody można też zastosować inne ciecze, jak np. serwatka, jednak wówczas należy uwzględnić zawartość poszczególnych składników w ciekłym kosubstracie, gdyż mogą one wpływać znacząco na przebieg procesu.
Cechy odchodów drobiu W odróżnieniu od typowych kosubstratów, jak np. kiszonka z kukurydzy, odchody drobiu nie są łatwym surowcem dla procesu fermentacji metanowej. Najważniejszym utrudnieniem dla efektywnej ich fermentacji jest wysoka zawartość azotu w formie amonowej oraz substancji mineralnych, stanowiących popiół.
Skład odchodów drobiu a kiszonka z kukurydzy Surowiec ph Sucha masa (%) Azot amonowy (g/kg św.m.) Azot amonowy (g/kg s.m.) Materia organiczna (g/kg s.m.) Popiół (g/kg s.m.) Popiół (kg/t św.m.) Kiszonka z kukurydzy Obornik kurzak Pomiot 6- mies. mieszany Obornik drobiowy słomiasty 4,014 43,9 0,34 0,77 971 29 13 8,065 32,1 5,31 16,54 711 289 93 8,87 87,8 7,84 8,93 784 216 190 5,42 53,2 5,00 9,39 890 110 59
Problem amoniaku Amoniak w dużym stężeniu jest toksyczny dla bakterii fermentacji metanowej. Problem ten można rozwiązać przez: rozcieńczanie dodatkiem innych substancji wody, kiszonki itp., stosowanie specjalistycznych szczepów bakterii, odpornych na podwyższoną zawartość azotu amonowego, wstępne przygotowanie odchodów metodą ActiVent.
Problem związków mineralnych Duża ilość związków mineralnych pociąga za sobą konieczność częstego usuwania osadu z dna komory fermentacyjnej. Rozwiązanie tego problemu to: uzyskanie niższej zawartości substancji mineralnych poprzez zmianę systemu chowu i diety drobiu, obróbka substratu w zbiorniku wstępnym, zastosowanie systemu mieszania wsadu w komorze, uniemożliwiającego osadzanie się substancji w dnie, instalacja systemu usuwania osadu z dna zbiornika bez konieczności jego otwierania.
Parametry charakteryzujące odchody drobiu przy wykorzystaniu w biogazowni Parametr Zawartość s.m. w odchodach 15% Zawartość s.m.o. w s.m. 76% Zawartość s.m.o. w odchodach 11,4% Produkcja s.m.o. Wartość 5,5-10 kg/sd/d; średnio 7,78 kg/sd/d Produkcja biogazu z s.m.o. 327-722 m 3 /t; średnio 524 m 3 /t Produkcja odchodów z 1 SD Produkcja biogazu z 1 SD 68,2 kg/sd/d 4,1 m 3 /SD/d Produkcja biogazu z odchodów 59,7 m 3 /t s.m. sucha masa s.m.o. sucha masa organiczna SD sztuka duża (zwierzę o masie przeliczeniowej 500 kg) d doba
Zalety fermentacji kurzeńca Budowa biogazowni przy fermie drobiu pozwala zagospodarować ciepło do ogrzewania budynków inwentarskich (przy oborach najczęściej jest to zbędne). Zagospodarowanie pozostałości po fermentacji nastręcza mniej problemów w porównaniu z odchodami świeżymi, dzięki zmianie ich właściwości: zmniejszeniu uciążliwości zapachowej, ograniczeniu emisji amoniaku do atmosfery, lepszej przyswajalności składników przez rośliny.
Obliczanie potencjału biogazu z odchodów Największe możliwości pozyskania biogazu w Polsce mają gospodarstwa specjalizujące się w produkcji zwierzęcej o koncentracji powyżej 100 DJP (duża jednostka przeliczeniowa, dawniej sztuka duża o masie 500 kg). Nie wyklucza to możliwości budowy biogazowni przez grupy producenckie utrzymujące mniejszą liczbę zwierząt w poszczególnych gospodarstwach. Wielkość potencjału do produkcji biogazu ustalić można na podstawie informacji dotyczących stanu pogłowia.
Obliczanie potencjału biogazu z odchodów c.d. Ze względów praktycznych analizą objąć należy fermy o następującej wielkości pogłowia: - bydła i trzody chlewnej powyżej 100 DJP, - drobiu z ferm utrzymujących powyżej 3000 szt. drobiu kurzego - grupy gospodarstw, w których łączne pogłowie spełnia powyższe kryteria.
Obliczanie potencjału biogazu z odchodów c.d. W oparciu o posiadane informacje o fermach nt. dominującej średniej struktury stada bydła i trzody chlewnej oraz głównego kierunku chowu drobiu (kury brojlery i nioski) do przeliczenia sztuk fizycznych na sztuki duże przyjmuje się następujące średnie wskaźniki: - bydło 0,8 DJP, - trzoda chlewna 0,2 DJP, - drób 0,004 DJP. Do oznaczenia rocznego potencjału produkcji biogazu rolniczego można posłużyć się następującym wzorem: P br = L W bsd 365 gdzie: P br potencjał biogazu rolniczego [m 3 /rok] L liczba DJP [szt.] W bsd wskaźnik produkcji biogazu w przeliczeniu na DJP [m 3 /DJP/d]
Obliczanie potencjału biogazu z odchodów c.d. Wskaźnik produkcji biogazu W bsd [m 3 /DJP/d] Bydło Trzoda chlewna Drób Gnojowica 1,5 2,9 Obornik 0,56 1,5 0,6 1,25 3,5 4,0 Średnio 1,5 Średnio 1,0 Średnio 3,75
Porównanie fermentacji w odniesieniu do nawozowej wartości odchodów zwierzęcych poprawa warunków nawożenia pól uprawnych w porównaniu z surową gnojowicą, zmniejszenie ilości azotu azotanowego na rzecz amonowego, zdolność do utrzymania równowagi humusu w glebie, zniszczenie nasion chwastów - zmniejszenie zużycia herbicydów, eliminacja patogenów dzięki np. procesowi higienizacji, ograniczenie zużycia nawozów sztucznych, zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia wód gruntowych i powierzchniowych ograniczenie rozprzestrzeniania czynników chorobotwórczych zawartych w odchodach zwierzęcych, takich jak bakterie Salmonella, Escherichia coli, bakterie tuberkulozy, wirusy pryszczycy itp., redukcja emisji gazów cieplarnianych: podtlenku azotu oraz metanu, wydzielających się podczas przechowywania nawozów naturalnych
Zalety biogazowni rolniczej