Kofermentacja – zwiększenie wydajności biogazowej

W Polsce działa 81 biogazowni rolniczych o łącznej mocy energii elektrycznej na poziomie 87,8 MW. Mając na uwadze niewielką liczbę instalacji, trudno jest mówić o dynamicznym rozwoju rynku biogazowego. Za taki stan rzeczy w dużej mierze odpowiada brak istotnych dofinansowań dla produkcji energii odnawialnej. Obecnie znaczna część biogazowni przynosi straty bądź bilansuje się na poziomie zerowym, nie przynosząc zysków.

Rozwiązaniem, które może przynieść zyski dla biogazowni rolniczej jest odpowiedni dobór substratów wykorzystywanych do produkcji biogazu. Typowy model niemiecki opiera się na produkcji biogazu z kiszonki z kukurydzy oraz gnojowicy wykorzystanej do rozcieńczenia wsadu. Można więc mówić o monofermentacji, czyli wykorzystaniu jednego składnika. Rozwiązanie takie posiada dużą zaletę, którą jest stabilny przebieg procesu i łatwość jego prowadzenia. Mając jednak na uwadze fakt, że w Polsce istnieje szeroki dostęp do wszelkiego rodzaju bioodpadów, znaczenia zaczyna nabierać wykorzystanie w fermentacji różnych mieszanek substratów.

Czym jest kofermentacja

W przypadku stosowania więcej niż jednego substratu mówimy o kofermentacji. Rozwiązanie to staje się bardzo popularne
zwłaszcza w krajach, gdzie nie ma dotacji do zielonej energii lub są one na niskim poziomie (w Niemczech zastosowanie substratów odpadowych spoza gospodarstwa grozi utratą 20-letniej stałej subwencji). Największą z zalet kofermentacji jest możliwość wykorzystania wielu różnorodnych substratów jako wsadu do instalacji. Jest to istotne, ponieważ w warunkach polskich przemysł rolno-spożywczy
i przetwórczy są dobrze rozwinięte i wiele substratów odpadowych jest dostępnych tylko sezonowo. Biogazownia więc musi być przystosowana do zmiany składu miksu substratowego. Ważny jest również fakt, że w kofermentacji możliwe jest wykorzystanie bioodpadów, które samodzielnie byłyby trudnym materiałem w procesie beztlenowego rozkładu materii organicznej, przede wszystkim z powodu nadmiaru lub niedostatku azotu i innych makro i mikroelementów. Omawiane rozwiązanie pozwoli nie tylko na przetworzenie odpadów, ale również na zwiększenie dostępności i różnorodności składników odżywczych dla mikroorganizmów, pozytywnie wpływając na ich wzrost. Nie bez znaczenia jest tutaj aspekt ekonomiczny. Jak wiadomo ceny kiszonki z kukurydzy kształtują się na poziomie ok. 120 zł za tonę, a wartość energii (prąd + zielony certyfikat) to tylko około 270 zł. Za substraty odpadowe nie trzeba płacić tak wysokich cen jak za kiszonki, co więcej, czasami można otrzymać pieniądze za ich utylizację.

Więcej biogazu

W przypadku wykorzystywania metody kofermentacji możliwe jest wystąpienie tzw. efektu synergii, polegające za zwiększeniu
produkcji metanu mieszanki substratów w stosunku do sumy ich wydajności biogazowych w procesie monofermentacji. Przykładowo substrat A ma wydajność w monofermentacji 100 m3 z tony, substrat B – 200 m3, a w wyniku kofermentacji można uzyskać z 2 ton ich mieszanki np. 350 m3. Taka zależność wynika z faktu wzajemnego uzupełniania się substratów w pełną gamę składników pokarmowych, których brakuje poszczególnym odpadom. Na tej zasadzie działa też dodatek różnych tzw. suplementów diety dla biogazowni, bowiem zawierają one mikroelementy, które są niezbędne w metabolizmie bakterii fermentacyjnych, a których brak w podawanych do biogazowni substratach. Proces monofermentacji z założenia jest łatwiejszy. Dobierając jednak odpowiednie substraty w odpowiednich ilościach,
możliwe jest ustabilizowanie procesu kofermentacji – co jest niezmiernie ważne w eksploatacji. W przypadku racjonalnie zaplanowanego żywienia biogazowni nawet częste zmiany, uzależnione sezonową dostępnością substratów, nie będą problemem dla prawidłowego
przebiegu procesu.

Prawidłowe proporcje

Pamiętać należy o tym, aby wsad mieszanki substratów wykorzystywanych w kofermentacji planować w sposób przemyślany, zgodnie z zasadami prowadzenia fermentacji metanowej. Jest to zagadnienie bardzo istotne, ponieważ zdarza się, że właściciele biogazowni chcąc zutylizować darmowe substraty, umieszczają je w komorze fermentacyjnej w nieodpowiednich proporcjach (np. zmieniając C : N czy pH). Takie działania zaburzają proces, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia produkcji biogazu bądź nawet całkowicie hamuje
proces. Najważniejszymi parametrami pozwalającymi w odpowiedni sposób dobrać proporcje do kofermentacji są: sucha masa, zawartość materii organicznej, stosunek węgla do azotu, pH, zawartość składników pokarmowych i ich dostępność dla mikroorganizmów.
Wśród wad kofermentacji wymienić należy przede wszystkim konieczność ujednorodniania składu mieszanki fermentacyjnej, bazując na ściśle określonych zasadach doboru ilościowego. Innym wyzwaniem jest logistyka dostaw i magazynowania substratów.
Kofermentacja niesie ze sobą wiele zalet, jednak należy pamiętać, że powinna być ona prowadzona w odpowiedni sposób – z zachowaniem parametrów pracy właściwych dla danych instalacji. Instalacje biogazowe typu Nawaro mniej nadają się do częstszych
zmian składu substratów niż np. instalacje duńskie dedykowane dla odpadów. Przy racjonalnym zarzadzaniu biogazownią
kolejnym przychodem, poza zwiększoną produkcją metanu, z pewnością będzie redukcja kosztów zakupu kiszonki z kukurydzy oraz pieniądze
otrzymane za utylizację m.in. odpadów z przemysłu rolno-spożywczego. Mając na uwadze fakt, że typowa biogazownia rolnicza o mocy 1 MWel dziennie potrzebuje kilkudziesięciu ton wsadu, nawet redukcja ceny na poziomie kilkudziesięciu złotych za tonę pozwoli znacznie
zredukować koszty jej eksploatacji.

Autor: dr inż.  Wojciech Czekała, inż. Agnieszka Kwiatkowska, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Zdjęcie: Archiwum Magazynu Biomasa