Příležitosti a rizika využití pokročilých biopaliv na BPS

Výpadky produkce objemných krmiv a hledání jejich náhrad v substrátové skladbě BPS dává příležitost pro využití tzv. pokročilých biopaliv. Ve většině případů se jedná o produkty zpracovatelského průmyslu či zemědělské prvovýroby. Biopaliva zemědělské prvovýroby jsou pro BPS bezproblémově využitelná. Použití pokročilých biopaliv zpracovatelského průmyslu má svá úskalí, s kterými se v různé míře, avšak opakovaně potýkají provozovatele BPS.

Zpracovatelský průmysl je zdrojem širokého spektra vedlejších produktů. Ve většině případů se jedná o produkty s vysokou energetickou hodnotou. Při vyřešení způsobu skladování, dávkování a přepravy jsou levným substrátem, s vysokou stravitelností a měrnou produkci bioplynu.

U tekutých forem je nutné zdůraznit potřebu odděleného skladování a precizního dávkování. V případě společného skladování s dalšími substráty dochází k jejich degradaci a nepřesnému dávkování, které může způsobit rozkolísání produkce bioplynu a následné snížení ekonomického přínosu neefektivním využitím substrátu.

Významné jakostní znaky pokročilých biopaliv

Stabilitu deklarovaných jakostních znaků je potřeba vždy ověřit. K tomu slouží specifikace a produktové listy dodavatele, stejně jako vlastní odběry a analýzy. Pouze takto mohou být určeny přesné a dlouhodobě udržitelné poměry jednotlivých substrátu, při současně optimálně fungující biologii fermentačního procesu.

Níže jsou uvedeny kvalitativní znaky, které je potřeba sledovat u pokročilých biopaliv

-          Obsah dusíkatých látek, poměr C:N

-          Obsah solí

-          Obsah VOC látek

-          Obsahy těžkých kovů

Specifika použití na BPS

Z praktických zkušeností dochází v řadě případů po úspěšném zařazení pokročilých biopaliv do substrátové skladby BPS k projevům inhibice funkce biologie. Inhibice jsou dlouhodobé s výrazným propadem množství a kvality produkovaného bioplynu. Příčiny jsou různé, v zásadě je možné říct, že jde o kombinace vysokých dávek substrátů, nedodržení procesní kázně a doporučení ze strany biologického dozoru. Velmi častý je projev inhibice čpavkem v důsledku rozkladu obsažené zbytkové bílkoviny v substrátu. Rozkladem bílkovin dochází jednak k uvolnění volné síry, následné tvorby nežádoucího sirovodíku a zároveň se ve zvýšené míře tvoří amoniak. Při vysokých koncentracích amoniak svými účinky vytráví a silně inhibují mikrobiální aktivitu ve fermentoru, projevující se výrazným poklesem tvorby metanu.

Při biologickém dozoru je sledována koncentrace amoniakálního dusíku (N-NH₄). Existuje totiž vztah mezi obsahem amoniaku, teplotou, pH a obsahem N-NH₄. S rostoucí teplotou a pH se mění poměr mezi koncentracemi volného amoniaku (NH₃) a N-NH₄ viz Obr. 1.

Pro zamezení výskytu čpavkové inhibice je potřeba dodržet komplexní přístup a doporučení ze stran biologického dozoru. Řešením v těchto akutních stavech je rovněž použití vyvazovače čpavku, v nabídce přípravků pro BPS nabízíme přípravek GASTIM-SAMON, který obsahuje aktivní látky pro odstranění čpavku a stopové prvky významné při výskytu inhibice.

Dlouhodobě je řešením vhodně nastavená krmná dávka s optimální bilanci živin, významná je rovněž teplota viz. předchozí graf inhibice čpavkem. Svou roli hraje rovněž intenzita ředění, doručeno je intenzivní ředění při sledování dalších procesních parametrů.

Bilance poměru C:N

Na bílkoviny bohaté substráty obsahují vysoký obsah dusíkatých látek. Biologie fermentačního procesu BPS má nízké požadavky na množství dusíku jakožto stavební látky mikrobiální kultury a často dochází k jeho kumulaci. Je vhodné zařadit substráty s nízkých obsahem NL látek. Perspektivní je použití slámy obilovin. Využití slámy na bioplynových stanicích je stále se rozvíjející téma, které si získává pozornost díky rostoucím nárokům na podíl pokročilých biopaliv a efektivního využívání zemědělských zbytků. Sláma je obvykle bohatá na celulózu a lignin, což činí její rozklad v anaerobních podmínkách poměrně obtížným. Nicméně existují různé technologie a přístupy, jak tento problém překonat. Níže jsou průběhy produkce metanu slaměné drtě a slaměných pelet získaných experimentálním ověřením pomocí fermentačního testu.

Z grafu je patrné, že není rozdíl mezi mechanicky a termicky zpracovanou slámou z pohledu dynamiky produkce metanu a oba způsoby úpravy jsou použitelné obr. 2. Rozhodující zde bude investiční a provozní nákladovost jednotlivých úprav. Níže jsou uvedeny dosažené produkce metanu slámy, rozdíl je 10 % ve prospěch slaměné drti, zde záleží na velikosti frakce slaměné drtě, odvislé od dalších procesních podmínek (doba zdržení, teplota fermentace). Kompromisem ekonomického provozu BPS je velikost frakce 12-25 mm:

Pro dosažení uvedených produkcí metanu u slámy, je potřeba zajistit minimální dobu zdržení ve fermentoru v délce 60 dnů. Ideální je kombinace s dalšími procesními opatřeními pro rychlejší dynamiku tvorby metanu

Pro porovnání s produkcí slámy byly vybrány substráty s rychlou a vysokou tvorbou metanu, konkrétně kukuřičná siláž a masokostní moučka (MKM) obr. 3. Zřetelný je rychlý nástup tvorby metanu v prvních přibližně 10 dnech testu, kdy následuje období s nízkou produkcí metanu.

Zařazení pokročilých biopaliv v substrátové skladbě BPS vychází z požadavků na zlepšení CO₂ skóre finálního produktu (elektřina, biometan). Sezónní dostupnost biopaliv, jejich nevyvážená kvalita, zhoršení kvality bioplynu a biologie fermentačního proces představují zvýšené nároky na technologii a provozovatele BPS ve srovnání s využitím cíleně pěstované biomasy. Pouze vhodnou kombinací substrátů, systematickým sledováním biologického procesu, vhodnou kapacitou a správným fungováním technologie může být výše uvedeného dosaženo.