• _dsc2178-mais-mit-biagasanlage-bei-hevensen.jpg

Перспективи сировини для виробництва біогазу

В ідеалі виробництву біогазу має сприяти коректна суміш матеріалів сировини, що будуть подрібнюватись та змішуватись для забезпечення оптимального виходу метану.

На практиці робота анаеробних біореакторів також може залежати від частки харчових відходів. Це значною мірою сприяє стану довкілля; проте харчові відходи та побічні продукти промисловості у якості єдиного джерела сировини можуть викликати складнощі зі стабільністю отримання газу і, відповідно, прибутку.

Базова сировина з сидеральних культур або енергетичні культури, які вирощуються на фермі в рамках сівозміни, є ідеальним рішенням для аграріїв і створюють альтернативне джерело доходу на додачу до стандартних культур, що збираються комбайном, та товарних культур.

Вихід продукції є головним фактором, який слід взяти до уваги для ефективного вирощування енергетичних культур.

Ключовим є використання суміші сировини, яка забезпечує ефективний процес метанового бродіння та максимально збільшує вихід метану, враховуючи розмір, розміщення та потужність роботи заводу.

Швидкість бродіння різних видів сировини у біореакторі варіюється від двох днів до двох місяців. Матеріал, що має високий рівень цукру або крохмалю, ферментує швидше, ніж сировина, яка містить більше лігніну або целюлози (мал. 1).

Мал. 1. Біогаз: Характеристика відносної ферментації різних культур (Джерело даних: KWS SAAT AG)

Мал. 1. Біогаз: Характеристика відносної ферментації різних культур (Джерело даних: KWS SAAT AG)

Таким чином, у матеріалу на кшталт енергетичного буряка час зберігання в біореакторі буде коротшим, і він зможе дати більше газу за коротший проміжок часу у порівнянні з рослинною масою злаків або кукурудзою.

Втім, якщо розглядати загальний вихід метану, і рослинна маса злаків, і кукурудза можуть бути настільки ж ефективними, як енергетичний буряк, хоч вони й виділяють газ повільніше (табл. 1).

Таблиця 1. Характеристики сировини

Урожайність сировини
(т/га)
Вихід зеленої маси Суха речовина
(%)
Конверсія виходу біогазу
3/т)
Метан
(%)
Вихід метану
3/т)
Силос з енергетичної кукурудзи 45-60 27-31 200 53% 105
Засилосований буряк 70-100 22-24 180 55% 99
Свіжий буряк 70-100 22-23 170 51% 86
Рослинна маса злаків* 35-45 33-36 200 54% 108
Гібридне жито 35-45 33-36 200 54% 108
Силос із злакових культур 25 25-28 160 53% 90
Силос із соняшника 12 22-26 105 57% 60
Гній великої рогатої худоби - 8-10 24 40% 12

*Пшениця, овес, тритикале
Джерело даних: KWS SAAT AG

Кожен окремий компонент сировини має свої переваги та недоліки.

Сировина Переваги Недоліки
Енергетична кукурудза Високий вихід метану на гектар Легко зберігати та подавати Відносно повільний час утримання
Енергетичний буряк Найвищий можливий урожай/га Найшвидший можливий час утримання Потребує обережного зберігання
Злакові культури Високий вміст сухої речовини – але вихід газу на тонну сирої маси на 20% нижчий, ніж у рослинної маси Низький вихід метану на гектар
Гібридне жито Висока урожайність з високим вмістом сухої речовини Добре підходить для територій з ризиком засухи Добре поєднується з кукурудзою у сировині Під час збору врожаю його необхідно коротко сікти
Гній Корисний продукт для стартеру та суміші компосту Низький вихід метану, тому може не підійти для великих заводів

Джерело даних: KWS SAAT AG

У таблиці 2 проілюстровано деякі приклади потенційних сумішей, що використовуються на заводах з виробництва біогазу.

Це показує, що на тонну отриманої зеленої маси для отримання максимального виходу метану до найефективніших сумішей має входити кукурудза та рослинна маса. Однак, якщо подивитися на вихід метану на гектар, використання 10-30% енергетичного буряка разом з цими двома культурами позитивно впливає на вихід із земельної ділянки.

Потрібно подбати про те, щоб в'язкість суміші не перешкоджала належному функціонуванню заводу. У планах так званих «мокрих» або «сухих» заводів часто зазначено конкретну сировину, щоб забезпечити достатній час утримання та буферну здатність.

Висока швидкість конверсії буряка допомагає буферизувати видобуток газу, підвищуючи рН всередині рослини, стимулюючи бактеріальне перетворення всієї сировини в метан. Крім того, буряк є чистішим джерелом метану у порівнянні з іншими видами сировини, що забезпечує більш ефективне перетворення метану в електроенергію за допомогою комбінованої установки з виробництва тепла та електроенергії (ТЕЦ), або біометан.

Оператори заводів також зрозуміють, що синергія, отримана від використання буряка, має значні переваги. Таку синергію важко оцінити кількісним показником, і вона варіюватиметься залежно від типу рослин. Втім, досвід материкової Європи переконливо дозволяє припустити, що використання рослинної маси із кукурудзою забезпечує вищий вихід на тонну матеріалу, ніж його можна було б отримати з лише однієї кукурудзи.

Таблиця 2. Потенційні суміші сировини на основі сільськогосподарських культур

Приклад суміші сировини Вихід метану, м3
(зелена маса)
Вихід метану, м3/га
(зелена маса)1
Кукурудза 100% 105 6300
Кукурудза 90% + Буряк** 10% 100 6360
Кукурудза 70% + Буряк** 30% 96 6480
Кукурудза 70% + Гібридне жито 30% 112 5544
Кукурудза 40% + Гібридне жито 30% + Буряк** 30% 106 5724

** Мається на увазі засилосований буряк
1 Не враховується синергія різних сумішей сировини
Джерело даних: KWS SAAT AG

Сівозмінна суміш

Важливо, щоб усі культури, обрані для сівозміни, при використанні в суміші кожного сезону давали стабільний врожай і, таким чином, не обмежували поставки сировини.

Сільськогосподарські культури з низьким рівнем ризику – наприклад, гібридне жито – добре підходять для умов Великобританії, за винятком найбільш посушливих і вологих районів відповідно.

Географічні обмеження та обмеження за типом ґрунту

Кукурудза

Для максимальної врожайності і зрілості кукурудзи потрібні високі температури протягом тривалого літнього періоду.

Більшість спеціалізованих енергетичних гібридів мають дуже високий вихід сухої речовини, але дозрівають відносно пізно. Таким чином, хоча ця культура підійде для сприятливих ділянок в поточних регіонах вирощування кукурудзи, однак, якщо ви розглядатимете можливість її вирощування далі на північ, вам знадобляться більш ранні гібриди.

Енергетичний буряк

Єдине обмеження для вирощування енергетичного буряка – це можливість знайти землю, щоб посадити, а потім зібрати врожай.

Гібридне жито

Немає жодних географічних обмежень щодо того, де можна успішно вирощувати гібридне жито. Воно дасть кращий урожай на ділянках з важкими ґрунтами з достатньою вологістю, що сприятиме хорошому наповненню зерна, що в свою чергу максимізує вихід сухої речовини.