Vojtela Tibor 1; Prof. Dr. Horváth Béla 2; Prof. Dr. Fenyvesi László 1
1 VM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, Gödöllő
2 NyME – Erdőmérnöki Kar, Erdészeti - Műszaki és Környezettechnikai Intézet, Sopron
Bevezetés
A mezőgazdaság (elsősorban növénytermelés és erdőgazdálkodás) kedvező po-zíciót foglal el a fosszilis energiaforrások kiváltásának piacán, a biomassza-ter-melés révén. A megtermelt biomassza többféle transzformációval alakítható át az igényeknek megfelelő energiahordozóvá. Szerves anyagok anaerob lebontásával állítható elő a biogáz, mint gáznemű, égetéssel hasznosítható energiaforrás.
A biogáztermelés alapanyagai
Biogáz előállításra valamennyi szerves anyag (kivéve a szerves vegyipar terméke-it) alkalmas. Általánosságban felhasznált nyersanyagok lehetnek a növényterm-esztés fő- és melléktermékei, állattenyésztési melléktermékek valamint a kommu-nális szennyvizek és hulladékok. A cukorcirok biogáz előállítás szempontjából fontos energianövény, mivel nagy, hektárra vetített potenciállal rendelkezik. A kukorica szilázs mellett, a cukorcirok szilázst, mint jelentős kémiai energiát táro-ló anyagot, egyre gyakrabban alkalmazzák a biogázüzemi kofermentációs eljárás során alapanyagként is.
A silócirok optimális aprítása biogázüzemi kofermentációra
A biogázüzemi gázhozam fokozás szempontjából a cirok szilázs optimális szál-hosszúsága a 4-7 mm közötti tartományban van. Az optimális szálhosszúságra való aprítás eredményeként az alábbi pozitív hatások figyelhetők meg a cirok nö-vény silózásakor valamint a szilázs fermentorban történő erjesztésekor.
A cirok növény optimális aprítottságának (4-7 mm-es szálhosszúságának) po-zitív hatásai silózáskor:
• az optimális tömörítés esélyének növekedése (az apróbb jobban tömöríthető),
• a cirok apríték fermentációs idő alatti gázveszteség-csökkenése,
• a sejtek jobb lebomlása az apríték felület-bővülése miatt,
• hatékonyabb kitárolhatóság lehetősége,
• csökkenő energiaveszteség.
88
A cirok szilázs optimális aprítottságának (4-7 mm-es szálhosszúságának) po-zitív hatásai a fermentorban:
• gyorsabb a szubsztrátum lebomlása,
• nagyobb mértékű a lebomlás,
• jobb keverhetőség,
• csökkenő felszíni úszóréteg vastagság,
• nő a biogázhozam
Laboratóriumi méréseinkhez kapcsolódóan a silócirok minták különböző méretű frakcióit állítottuk elő az aprítást követően, rosták segítségével.
1. ábra. Az alapanyag előkészítés és frakcionálás folyamata Az alapanyagok fizikai-kémiai vizsgálata
Az alapanyagok egyes jellemzőit (szárazanyag-tartalom, szerves szárazanyag-tar-talom, C/N/P/S arány, szénhidrát, zsír, fehérje és könnyű fémion tartalmat), elen-gedhetetlenül fontos bevizsgálni, a biogázüzemi felhasználás előtt. Az alapanyag jellemzők ismeretében tervezhetővé válik: - a szubsztrát lebontásához szükséges idő, - az alapanyagok szükséges előkezelése kalkulálható, - felbecsülhető a fajlagos gázkihozatal, stb.
Szárazanyag-tartalom [%] 31 Szerves szárazanyag-tartalom [%] 91
C/N arány 25,26
1. táblázat. A vizsgálatba bevont cukorcirok minta legfontosabb jellemzői Az 1. táblázat ismerteti azon legfontosabb jellemzőket, amelyeket a fermentá-ció megkezdése előtt vizsgáltunk.
Biogázképződés
A biogáz kihozatali vizsgálatokat a VM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet Biogáz-kísérleti Laboratóriumában végeztük el (DIN 38414-S8). Itt jelenleg nagyszámú, ún. ,,batch” típusú 10 db 10 literes, 3 db. 25 literes és 2 db. 50 literes fermentor áll rendelkezésre a mérésekhez. Az egyes minták szubsztrátumhoz való hozzá-keverése előtt, megtörtént az anyagok szemrevételezéses átvizsgálása és homog-enizálása. Az így előkészített minták 300 grammos mennyiségét kevertük hozzá a 10 literes fermentorokba korábban betáplált 6 liter alapszubsztrátumhoz. Két anyagstruktúrát alkalmaztunk a méréseknél, szemmel jól elkülöníthető nagyságú méretszekciókat hoztunk létre különböző rosták segítségével. (3,15 mm, 6,3 mm, ill. 8 mm) Az így elkészített minták 300 grammos mennyiségét kevertük hozzá a reaktorokban található 6 liter alapszubsztrátumhoz.
2. ábra. A Mezőgazdasági Gépesítési Intézet Biogáz laboratóriuma Eredmények és következtetések
Kum. Gázkihozatal [l/kg száraz a.]
Kum. Gázkihozatal [l/kg száraz a.]
3. ábra. Biogáz kihozatali vizsgálati eredmények ,,batch” típusú mérőrendszer esetén A cukorcirok siló a mezőgazdasági alapanyagú biogázüzemekben jól alkalma-zott kukorica silóhoz mérten kevesebb gáz termelődését tette lehetővé, figyelembe
90
véve korábbi méréseinket. A kisebb ill. nagyobb szálhosszúságú anyagstruktúrák összevetésénél, méréseink igazolták – a különböző nemzetközi szakirodalmak-ban is megtalálható megállapításokat - hogy a kisebb szálhosszúságú anyag, na-gyobb felületet biztosítva a szubsztrátumokban, segíti a gyors és nana-gyobb mértékű lebontást. Ennek eredményeként a ”kis cukorcirok” (3 mm-es szálhosszúságú), felhasználásával nagyobb gáztermelődési eredményeket értünk el. Szignifikáns különbséget ugyanakkor az összes mérést figyelembe véve, a 3 és 6,3 mm-es, ill.
a 3 és 8 mm-es szálhosszúság tartományban nem tudtunk kimutatni. A szerves anyagok mikrobiális degradációja felületarányos folyamat, tehát elméleti meg-fontolások alapján a szubsztrátum aprítási fokának növelésével a biogáz termelés monoton növekszik. A gyakorlatban azonban a kommulatív gázkihozatal tekin-tetében nagy ingadozás figyelhető meg. A metanogén szakaszban a baktériumok az előző fázis folyékony köztestermékeit bontják tovább. Ennek megfelelően a fermentorban jelenlevő szilárd anyagot mindaddig, ameddig elegendő folyadék fázisú tápanyag áll rendelkezésre, elsősorban abszorbensnek kell tekintenünk, amelynek felületén a metanogén baktériumok megtelepednek. Az abszorbens fe-lületének nagysága, és a szubsztrátum aprításának beltartalmi érték feltáró hatása is a gáztermelés növekedéshez vezet, de az előbb ismertetett okból a két hatás nem minden esetben összegződik.
Irodalom
Amon T., Jeremic D., Boxberger J. (2001): Neue Entwicklungen der landwirtschaft lichen Biogaserzeugung in Österreich. In: Freyer B. (Ed.). Wissenschaft stagung zum Ökologischen Landbau, Freising Weihenstephan/Deutschland, 6–8 März, 6 pp. 465–468. http://www.
nas.boku.ac.at/4536.html
Class UK (2007): Professional Biogas. Practical Experiences brochure
Fésüs A., Jován D., Kelemen Zs. (1987): Szecskázó gépek összehasonlító vizsgálata teljes kukorica növényi zúzalék készítésében. Akadémiai Kiadó, Budapest
Schaumann Bioenergy (2006): Guide to biogas production, www.schaumann-bioenergy.
com/PDF/en/lit_biogasfi bel_en_200611.pdf
Szendrő P., Kis P., Bense L. (1998): Analysing chopped green maize forages by the fractions, Hungarian Agricultural Engineering 11 pp.33-35