Grupa wrocławskich naukowców postanowiła sprawdzić, czy da się efektywniej przekształcać odpady żywieniowe w biometan. W tym celu zastosowali nowoczesne i naturalne dodatki do procesu fermentacji beztlenowej. Badanie wykorzystuje materiały węglowe pochodzenia roślinnego, wytworzone z biomasy przy użyciu trzech różnych technologii termochemicznych. Wyniki pokazują, że istnieje potencjał dla łączenia tych technologii.
W renomowanym naukowym czasopiśmie „Scientific Reports” (Springer Nature) ukazał się artykuł pt. „Wpływ dodatku różnych materiałów węglowych na produkcję biometanu z odpadów spożywczych”. Publikacja stanowi owoc współpracy zespołu wrocławskich badaczy i wpisuje się w aktualny nurt poszukiwania bardziej zrównoważonych i niskoemisyjnych rozwiązań w gospodarce odpadami organicznymi.
Wzbogacanie produkcji biometanu
Fermentacja beztlenowa pozwala redukować emisje gazów cieplarnianych, a jednocześnie odzyskuje energię z organicznych strumieni odpadów, takich jak odpady żywności. Jest to złożony proces, którego intensyfikacja przynosi realne korzyści środowiskowe. W celu poprawy jego efektywności stosuje się wiele materiałów wspomagających. Jednym z najpopularniejszych dodatków jest wodorotlenek żelaza, istnieje jednak cała masa alternatywnych substancji, takich jak drobnoustroje, enzymy, metabolity biologiczne, środki antypienne, węgiel aktywny, grafit, nośniki z tworzyw sztucznych, środki chelatujące, nanocząsteczki i ziemia okrzemkowa.
Czytaj też: Trwają konsultacje publiczne. Chodzi o wymagania jakościowe dla bioLNG
Wrocławscy naukowcy zaproponowali inne rozwiązanie, czyli stosowanie materiałów węglowych. Produkty te powstają w efekcie przetwarzania biomasy na drodze różnych procesów termicznych – poprzez toryfikację, pirolizę i hydrotermalną karbonizację. W zależności od wybranej technologii, biomasa stała w formie mokrej lub suchej poddawana jest działaniu wysokich temperatur i ciśnienia w celu jej uwęglenia.
– Skuteczność powstałych materiałów węglowych wynika z obecności organicznych grup funkcyjnych oraz produktów degradacji termicznej na ich powierzchni, które mogą stanowić dodatkowe źródło węgla dla mikroorganizmów metanogennych w procesie fermentacji – wyjaśnia dla Magazynu Biomasa dr Karolina Sobieraj, współautorka badania i adiunktka w Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu.
Efektywniejsza przetwarzanie odpadów na energię
W badaniach wykorzystano słomę pszeniczną, z której wytworzono trzy rodzaje materiałów węglowych przy użyciu różnych technologii: toryfikacji, pirolizy oraz hydrotermalnej karbonizacji. Każda z tych metod pozwala uzyskać materiał o innych właściwościach fizykochemicznych – od bardziej porowatych po bogatsze w grupy funkcyjne. Tak przygotowane dodatki zmieszano z modelową mieszanką odpadów spożywczych i poddano procesowi fermentacji beztlenowej w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Cały eksperyment trwał 21 dni, a temperatura była utrzymywana na poziomie 37°C, zbliżonym do naturalnych warunków fermentacji. Produkcja biometanu była mierzona na bieżąco za pomocą precyzyjnego, zautomatyzowanego systemu pomiarowego. Po zakończeniu procesu przeanalizowano pozostałości, aby ocenić nie tylko ilość uzyskanego biogazu, lecz także przebieg fermentacji i stabilność układu biologicznego.
Różne technologie, różna efektywność
Badania pokazały, że spośród wszystkich materiałów węglowych to produkty toryfikacji i hydrotermalnej karbonizacji najbardziej poprawiły wydajność wytwarzania biometanu. Zwiększyły potencjał teoretyczny z 79 do blisko 90%. Co ciekawe, najlepsze efekty uzyskano nie dzięki materiałom o największej powierzchni właściwej, lecz przeciwnie – tym o powierzchni najmniejszej.
Czytaj też: Słupsk idzie o krok dalej w produkcji biogazu. Zwiększa potencjał magazynowy
Najlepiej sprawdziły się te materiały węglowe, które były bogate w aktywne związki organiczne powstałe podczas obróbki biomasy w umiarkowanej temperaturze. Te związki okazały się łatwo przyswajalnym źródłem węgla dla mikroorganizmów odpowiedzialnych za fermentację. Co więcej, porowata struktura tych materiałów mogła tworzyć przyjazne środowisko dla bakterii produkujących metan.
– Czy da się to zastosować na większą skalę? Zdecydowanie tak! Aby jednak stało się to możliwe, potrzebne są testy w warunkach zbliżonych do przemysłowych oraz proste metody produkcji tych materiałów, najlepiej z lokalnych odpadów rolniczych. Dzięki temu rozwiązanie mogłoby być nie tylko skuteczne, ale i opłacalne – i realnie wspierać rozwój odnawialnych źródeł energii. Chociaż na razie nasz zespół nie prowadził takich analiz w większej skali, nie wykluczamy takiej możliwości w przyszłości – zwłaszcza, że ten temat wpisuje się w nasze zainteresowania badawcze – wskazuje dr Karolina Sobieraj.
Rynek biogazu i biometanu. Czytaj za darmo w internecie!
Zdjęcie: Archiwum Magazynu Biomasa
Newsletter
Bądź na bieżąco z branżą OZE
