Technologie zvyšující efektivitu výroby bioplynu

Na květnové konferenci Bioplyn a legislativa 2025, kterou ve Stříteži u Jihlavy uspořádalo sdružení CZ Biom, byly představeny i některé nové technologie, které zvyšují efektivitu výroby bioplynu i stávajících bioplynových stanic. Patří mezi ně například ultrazvuková úprava vstupního substrátu za využití tzv. kavitace materiálu, nebo jeho vyšší dezintegrace pomocí speciálních postupů a zařízení.

Cílem pokročilé úpravy vstupních surovin před vstupem do procesu tvorby bioplynu je rozrušení jinak poměrně stabilní buněčné struktury. Lepší rozpustnost organických látek, a tím i dostupnost pro jejich následný rozklad mikroorganismy zvyšuje výtěžnost bioplynu a efektivitu provozu.

Ultrazvuková úprava vstupního substrátu

Jednou z moderních technologií, která má zásadní vliv na efektivitu výroby bioplynových stanic, je ultrazvuková předúprava vstupních surovin. Ta je založena na rozrušení buněčné struktury hmoty, a tím zvýšené rozpustnosti organických látek a lepší dostupnosti látek pro rozklad mikroorganismy. K rozrušení buněčné hmoty je v tomto případě využívána kavitace. U takto ošetřeného substrátu se zvyšuje rychlost hydrolýzy a následné produkce bioplynu. Na květnové konferenci Bioplyn a legislativa 2025 technologii úpravy ultrazvukem představila pod názvem FaserMax společnost Johann Hochreiter, s. r. o., a další zařízení od firmy Weber Entec v ČR zastupuje společnost Salubris Handelsagentur.

Metoda využívá principu, kdy ultrazvukové vlny vytvářejí a rozrušují bubliny ve fermentované hmotě, čímž vzniká intenzivní lokální teplo a tlak. Dochází tak k narušení buněčné stěny organických látek, zejména lignocelulózových materiálů, a následnému uvolnění rozpustné organické hmoty. Rozrušení buněčné stěny přítomných látek zvětšuje povrch suroviny, která je tak přístupnější pro trávení mikroorganismy. Zvýšená dostupnost látek vede k rychlejší a účinnější hydrolýze, prvnímu kroku anaerobního fermentace, kde se složitá organická hmota rozkládá na jednodušší sloučeniny. Rychlejší hydrolýza a hlubší rozklad biomasy vede k vyšší produkci mastných kyselin a v konečném důsledku ke zvýšené produkci bioplynu a metanu.

Současně – díky nižší potřebě vstupních surovin a ředění fermentovaného materiálu – vzniká menší objem výstupního digestátu. To je přínosné zejména pro bioplynové stanice s problémy s kapacitou koncových skladů přes zimu. Digestát je řidší a homogennější, takže velice dobře zasakuje i při aplikaci přímo na půdu.

Metoda není náročná na provozní podmínky, je vysoce efektivní ve zvyšování výtěžnosti bioplynu, využívá minimum chemických přísad a je tak environmentálně příznivou a energeticky efektivní technologií. Studie dokládají průměrné zvýšení výtěžnosti bioplynu 15–40 %, v některých případech bylo získáno i 69 % nárůstu produkce bioplynu. Navíc se snižuje doba zdržení ve fermentoru o 20–35 %, což šetří další náklady na provoz. Dochází také k redukci těkavých látek o 10–30 %, čímž se ještě zvyšuje výtěžnost bioplynu.

Výhody ultrazvukové úpravy substrátů:

• Zvýšená výtěžnost plynu
• Úspora substrátu
• Vyšší stupeň rozkladu materiálu
• Stabilizace bakteriální flóry
• Lepší průtokové vlastnosti
• Eliminace krust
• Menší opotřebení míchadel
• Snížená spotřeba energie na čerpadla a míchadla
• Lepší využití hůře zpracovatelných a často levnějších typů vstupních surovin (GPS/zelená píce, čiroková siláž, travní senáž, slamnatý hovězí hnůj či sláma apod.)
• Vyšší provozní spolehlivost bioplynové stanice
• Nižší produkce digestátu, který je kvalitnější

Příprava surovin mokrou cestou

Bioplynové stanice, které přijímají vstupní suroviny tzv. suchou cestou, jsou omezeny výběrem vhodných materiálů, jako je zejména kukuřice, sláma a hnůj. Navíc, pokud není materiál kvalitně připraven, vznikají problémy v podobě krust, nákladnějšího míchání hmoty ve fermentorech, opotřebení čerpadel nebo zanášení fermentorů nežádoucími příměsemi. To může vést k následnému poškození technologie, nebo potřebě častějšího čištění fermentorů.

Na trhu jsou však technologie, které umožňují vstupní materiál lépe připravit, případně je očistit o nežádoucí příměsi. Jde o technologie dezintegrace substrátu tzv. mokrou cestou. Organické látky pak mají větší plochu a bakterie k nim mají snazší přístup. Tím se zvyšuje výtěžnost plynu, snižuje se množství zbytkového plynu, emisí metanu a celkově se zlepšuje efektivita provozu bioplynové stanice. 

Efektivitu je takto možné zvýšit dvěma způsoby; 1) při zachování fixní spotřeby elektrické energie zůstává konstantní produkce plynu a snižuje se dávka vstupního substrátu, 2) při zachování krmné dávky se zvyšuje produkce plynu. Kromě toho se snižuje viskozita organické suspenze, čímž se snižuje spotřeba energie a doba chodu míchadel. 

Na konferenci Bioplyn a legislativa 2025 byla představena například jednotka DisRuptor společnosti Vogelsang CZ, s. r. o. Jednotka se skládá z rotoru se šesti noži a vnějšího statického kruhu. Rotor rotuje vysokou rychlostí a pevné látky se v suspenzi rozmělňují a rozdírají v úzkém prostoru mezi rotorovou jednotkou a vnějším kruhem. Mezeru lze individuálně přizpůsobit podle konkrétní aplikace a substrátu. Zařízení umožňuje efektivní fermentaci vedlejších zemědělských produktů a substrátů, jako je například hnůj, vyzrálá tráva nebo biomasa z údržby krajiny a pastvin. Systém DisRuptor lze integrovat do stávajících krmných cest nebo dodatečně instalovat na mnoha místech recirkulace v rámci stávajících bioplynových stanic. 

Další zajímavé technologie

Velice zajímavou příležitostí je zpětné získávání vody použitím technologie filtrace digestátu, resp. fugátu. Problém s nedostatkem vody při výjimečných odběrových stavech se začíná dotýkat mnoha zemědělců a může být kritický pro chovy hospodářských zvířat. Doposud drahé technologie dostávají s ohledem na bezpečnost a další zdražování vody úplně jiný rozměr. Běžně dostupná technologická řešení dnes umí získat zpět vodu, a to až v kvalitě nejen technologické, ale dokonce pitné vody.

Článek byl publikován v časopisu Zemědělec 28/2025.

Tweet

Technologie zvyšující efektivitu výroby bioplynu

Bioodpady z našich kuchyní: Cesty k hygienickému a udržitelnému zpracování

Efektivní hospodaření s digestátem

Výpočty úspor emisí v bioplynu, biometanu a pevné biomase

Inovace BPS od Johann Hochreiter s.r.o.