EnglishRSSkontaktyčlenstvísitemapinzerce a reklama
Biom.cz
biomasa, biopaliva, bioplyn, pelety, kompostování a jejich využití

ODBORNÉ ČLÁNKY

Topinambur hlíznatý jako substrát pro bioplynové stanice

V České republice a v Evropě se stále hledají vhodné materiály jako substráty do bioplynových stanic. Pro provozovatele je hlavním hlediskem pro využití určitého materiálu množství vyprodukovaného bioplynu. Jedna z plodin, která může mít v budoucnu důležité místo jako zdroj bioplynu, je topinambur hlíznatý.

Zemědělské bioplynové zpracovávají pouze vstupy ze zemědělské prvovýroby, zejména statková hnojiva (kejda, hnůj apod.) a cíleně pěstované plodiny k energetickému využití (např. kukuřice). [1]

Anaerobní fermentace

Anaerobní fermentace organických materiálů je souborem procesů, při nichž směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá biologicky rozložitelnou organickou hmotu bez přístupu kyslíku.

Graf 1: Specifická substrátová produkce bioplynu z topinamburu hlíznatého; zatížení 0,3 g/g
Produkt jedné skupiny mikroorganismů se stává substrátem skupiny druhé, a proto narušení činnosti jedné skupiny může mít za následek poruchy celého systému. Konečnými produkty procesu jsou vzniklá biomasa, plyny (CH4, CO2, H2, N2, H2S) a nerozložitelný zbytek organické hmoty, tzv. digestát, který je již z hlediska hygienického a senzorického nezávadný pro životní prostředí, je tedy stabilizován. [2, 3]

Anaerobní proces je ovlivněn celou řadou faktorů, mezi ty nejdůležitější patří teplota, hodnota pH, přítomnost makronutrientů a mikronutrientů popřípadě přítomnost toxických nebo inhibujících látek. [4, 5, 6]

Anaerobní rozklad organických látek má velikou přednost v tom, že převádí biologicky rozložitelné organické látky na čistou energii metanu a může zpracovávat též organické materiály s vysokým obsahem vody, kde spalování by bylo neekonomické. [7]

Topinambur hlíznatý

Jedna z potenciálních plodin, která může do budoucna najít důležité místo mezi energetickými rostlinami, je topinambur hlíznatý. Jde o vytrvalou rostlinu dorůstající výšky až 250 cm. Pěstování topinamburu hlíznatého je prakticky bezproblémové, roste téměř na všech půdách. Délka jeho vegetační doby je 4 – 8 měsíců. Topinambur se dnes pěstuje především pro jeho hlízy, které obsahují inulín, a jsou proto využívány především v potravinářském průmyslu a zemědělství (krmení pro dobytek). Inulín je přírodní polysacharid, který se skládá z 95 % z fruktózy. Nadzemní část rostliny lze využít jako krmení pro hospodářská zvířata, jako substrát do bioplynových stanic nebo jako palivo do spalovacích zařízení. [8]

 
Tabulka 1: Charakteristika topinamburu hlíznatého
Tabulka 2: Elementární složení topinamburu hlíznatého
 

Složení topinamburu

K anaerobním testům výtěžnosti bioplynu byla k dispozici suchá rostlina topinamburu hlíznatého. Byly provedeny analýzy dodaného vzorku rostliny a to jak samostatně stonku, listu a hlízy tak i nadzemní části (hmotnostní poměr stonku a listu byl zvolen 1 : 1) a celé rostliny (hmotnostní poměr stonku, listu a hlízy byl zvolen 1 : 1 : 1) – dále jako směs. Výsledky jednotlivých analýz jsou uvedeny v tab. 1 a 2.

Testy výtěžnosti bioplynu

Jako zdroj anaerobní kultury - inokulum pro testy byl použit mezofilní anaerobní kal z čistírny odpadních vod Česká Lípa. Základní parametry tohoto inokula jsou uvedeny v tab. 3.

 
Tabulka 3: Parametry inokula z ČOV Česká Lípa
Tabulka 4: Specifické produkce bioplynu a metanu pro zatížení 0,3 g/g
 

Anaerobní testy výtěžnosti bioplynu byly provedeny při mezofilní teplotě (35 °C). Jednotlivé části rostliny byly přidány k inokulu ve třech paralelních nasazeních ve skleněných sérových lahvích o objemu 120 ml. Vyprodukovaný bioplyn byl kvantitativně měřen pomocí plynoměrné byrety temperované na teplotu kultivace a podroben kvalitativní analýze na plynovém chromatografu. Anaerobní rozklad rostliny topinamburu hlíznatého byl zkoumán při zatížení 0,3 g/g a 0,5 g/g [CHSK/NLzž inokula] podle zavedené metodiky.

Graf 2: Specifická substrátová produkce bioplynu z topinamburu hlíznatého; zatížení 0,5 g/g

Diskuze, výsledky

Změřený vyprodukovaný bioplyn byl přepočítán na suchý plyn za normálních podmínek (0 °C, 101,3 kPa). Kinetiku produkce bioplynu při zatížení 0,3 g/g a 0,5 g/g (CHSK/NLzž) ilustrují grafy 1 a 2. Z grafu 1 je patrné, že při zatížení 0,3 g/g bylo dosaženo nejvyšší produkce bioplynu u podzemní části rostliny – hlízy, která obsahuje velký podíl snadno rozložitelných látek sacharidické povahy. To charakterizuje vysoká rychlost produkce bioplynu na počátku testu. U substrátů, ve kterých byla zastoupena pouze nadzemní část rostliny, je rychlost produkce téměř konstantní, neboť řídícím mechanismem je hydrolýza přítomných hůře rozložitelných látek, zvláště celulózy.

Obdobný průběh testu prokázalo rovněž zatížení 0,5 g/g (graf 2). U vzorku hlízy však konečná produkce bioplynu neodpovídala zvýšenému zatížení, což mohlo být způsobeno přítomností anorganického materiálu, který se dostal do substrátu. Hlínu nabalenou na hlíze nebylo možno důkladně odstranit a tak mohl být v navážce substrátu menší podíl organických látek. U systému, kde jako substrát byl použit list topinamburu, je zajímavé, že po 4 dnech nedochází k téměř žádné produkci bioplynu. To bylo pravděpodobně způsobeno přetížením systému vlivem vysokého množství nadávkovaného materiálu.

Tabulka 5: Specifické produkce bioplynu a metanu pro zatížení 0,5 g/g

Závěr

Závěrem lze konstatovat, že topinambur hlíznatý je na základě provedených testů možné výhodně použít jako substrát pro výrobu obnovitelné energie ve formě bioplynu. Průměrná produkce bioplynu 186,5 Nm3/t sušiny daného vzorku celé suché rostliny topinamburu hlíznatého je výsledkem testu výtěžnosti.

(Testy byly provedeny v rámci spolupráce s firmou Tomášek Servis, s. r. o., Ostrava, která dodala i vzorek rostliny.)

Literatura:

  • [1] Bačík O.: Bioplynové stanice: technologie celonárodního významu. Biom.cz [online]. 2008-01-14 [cit. 2009-09-27]. Dostupné z www: <http://biom.cz/czbioplyn/ odborne-clanky/bioplynove-stanice-technologie-celonarodniho-vyznamu>. ISSN: 1801-2655
  • [2] Zábranská J.: Možnosti anaerobního zpracování bioodpadů, Sborník Biogas 2008, České Budějovice, 2008
  • [3] Dohányos M., Zábranská J., Jeníček P., Fialka P., Kajan M.: Anaerobní čistírenské technologie, NOEL Brno, 2000
  • [4] Appels L., Baeyens J., Degrève J., Dewil R.: Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge, Progress in Energy and Combustion Science 34, 755–781, 2008
  • [5] Straka F. a kol.: Bioplyn II. rozšířené a doplněné vydání, GAS s.r.o., Praha, 2006
  • [6] Chudoba J., Dohányos M., Wanner J.: Biologické čištění odpadních vod, SNTL Praha, 1991
  • [7] Dohányos M., Zábranská J.: Závislost výtěžku metanu na složení a předúpravě suroviny, Sborník konference Bioplyn 2006, 34 – 47, Gas Praha, České Budějovice, 2006
  • [8] Strašil J.: Topinambur hlíznatý (Helianthus tuberosus L.) - netradiční alternativní plodina pro průmyslové a energetické využití. Biom.cz [online]. 2002-03-04 [cit. 2009- 09-27]. Dostupné z www: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/topinambur-hliznatyhelianthus- tuberosus-l-netradicni-alternativni-plodina-pro-prumyslove-a-energetickevyuziti>. ISSN: 1801-2655

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Topinambur lze využít k mnoha účelům
Využití pícních plodin pro výrobu bioplynu
Některé zemědělské suroviny a jejich úprava pro výrobu bioetanolu
Energetická biomasa z polních kultur

Zobrazit ostatní články v kategorii Bioplyn, Obnovitelné zdroje energie, Pěstování biomasy

Datum uveřejnění: 21.7.2010
Poslední změna: 7.7.2010
Počet shlédnutí: 2902

Citace tohoto článku:
ŠKODA, Adam, ZÁBRANSKÁ, Jana, POKORNÁ, Dana, DOHÁNYOS, Michal: Topinambur hlíznatý jako substrát pro bioplynové stanice. Biom.cz [online]. 2010-07-21 [cit. 2017-10-18]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/topinambur-hliznaty-jako-substrat-pro-bioplynove-stanice>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto


 
© 2001-2009, CZ Biom  -  České sdružení pro biomasu,  Opletalova 7/918, 111 44 Praha 1,   Tel.: 604 856 036,   E-mail: sekretariat@biom.cz
Webhosting/ webdesign / publikační systém TOOLKIT - Econnect
Treti ruka energieplus Česká peleta Ekologie, pasivní domy, solární energie, alternativní zdroje, zelené bydlení EnviWeb - portál pro ochranu a tvorbu životního prostředí Ekolist po drátě Portál Energetika Internetové energetické konzultační a poradenské středisko Lesnicko-dřevařský www server