Metodologia Kontakt
Zbiór buraków cukrowych w Finlandii – ciągnik z przyczepą pełną korzeni buraka na świeżo zebranym polu.

Badania BMPUprawy energetyczne i całe rośliny (GPS)

Buraki – korzenie (cukrowe, pastewne) — BMP: 4 badania, średnia ważona 397 m³ CH₄/t s.m.o.

Korzenie buraków cukrowych i pastewnych to substrat bogaty w łatwo dostępne cukry, szybko ulegający rozkładowi. Wymaga ostrożności w dawkowaniu i usuwania ziemi.

ocena: dobryCH₄ ≈ 52 % (szacunek)

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. kallerna / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 4.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
397m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
300–450m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
4badania
Publikacje
2źródła
Temperatury
37 °Ctestu

Metan w biogazie

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,2 kWh/m³ biogazu

szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (przewaga węglowodanów (brak cech białka i tłuszczu)) i wydajności grup związków wg FNR.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

dobry — ocena redakcji dla biogazowniStabilny, zwykle przyjmowany bez opłat

Potencjał na tonę masy świeżej wysoki (81 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: zakwaszenie. Koszty obsługi: piasek, kamienie, skorupy.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę +2

  • +2potencjał 81 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 397 × s.m. 21,1 % × s.m.o. 96,7 %)

Stabilność procesu −0,5

  • −0,5zakwaszenie: szybki rozkład / kwaśny odczyn, ryzyko kumulacji LKT, wymaga buforu

Obsługa i koszty −0,5

  • −0,5piasek, kamienie, skorupy — osad w komorze

Suma punktów: 1 · progi: ≥ 2,5 bardzo dobry, ≥ 1 dobry, poniżej — neutralny; negatywny przy skumulowanym ryzyku procesu.

Ocena redakcji wg metodyki · pewność oceny: średnia · bez cen rynkowych

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 4 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Buraki – korzenie (cukrowe, pastewne)Skumulowana produkcja metanu w czasie dla 4 rekordów oraz średnia ważona 397 m³ CH₄/t s.m.o.. 4 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).01002003004005000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Lehtomaki (2004): 450 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Kaiser (2007) · 1: 300 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Kaiser (2007) · 2: 355 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Kaiser (2007) · 3: 376 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia397

Linie przerywane to przebieg modelowy (kinetyka I rzędu, B(t) = B₀·(1 − e−kt)); z publikacji pochodzi punkt końcowy. Wszystkie krzywe są modelowe.

Skumulowana produkcja metanu w czasie testu [m³ CH₄/t s.m.o.]. Gruba linia to średnia ważona wszystkich rekordów (397); kropki oznaczają wartości końcowe podane w publikacjach. Wskaż wykres, aby odczytać wartości; kliknij pozycję legendy, aby ukryć lub pokazać rekord.

Rekordy i źródła

Pobierz CSV
ŹródłoBMP
m³ CH₄/t s.m.o.		TemperaturaPróbkaKrzywa
Lehtomaki (2004)45037 °C · mezofilowykorzenie buraka cukrowego (oryg.: „Sugar beet (beet)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kaiser (2007) · 130037 °C · mezofilowyświeże buraki (oryg.: „Beets fresh”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kaiser (2007) · 235537 °C · mezofilowyświeże buraki (oryg.: „Beets fresh”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kaiser (2007) · 337637 °C · mezofilowyświeże buraki (oryg.: „Beets fresh”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona397średnia arytmetyczna 370, SD 62

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
21,1% (zakres 18,1–22,8)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
96,7 % s.m. (zakres 73,2–97,7)

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: CROPGEN D4, MY-D); sucha masa: 4 oznaczenia, sucha masa organiczna: 3 oznaczenia.

Źródła: Lehtomaki (2004); Kaiser (2007).

Skład surowca zmienia się między partiami — do obliczeń instalacji użyj analizy własnej próbki. Wartości typowe kalkulator wstawia automatycznie.

Właściwości procesowe

  • łatwo rozkładalny
  • piasek i osady
  • sezonowy
  • wysoka sucha masa
  • bogaty w węgiel
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 397 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 365; zakres 300–450; 4 rekordów z 2 źródeł).

Wady i ryzyka

  • Szybka hydroliza łatwo rozkładalnych węglowodanów może zakwaszać reaktor; potrzebna zasadowość z gnojowicy (Chen 2008: akumulacja LKT jako wskaźnik przeciążenia).
  • Rozrzut wyników w bazie: odchylenie standardowe 62 przy średniej 370 m³ CH₄/t s.m.o. (4 rekordów z 2 źródeł).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów dawki; przeciążenie łatwo rozkładalnym ładunkiem opisano w przeglądzie Chen 2008.

Wprowadzaj stopniowo, zaczynając od małej dawki i obserwując proces (np. FOS/TAC, pH, skład gazu).

Wymagania praktyczne

  • Przewidzieć usuwanie piasku i ciężkich zanieczyszczeń: piasek bywa mocno związany z materią organiczną i uwalnia się dopiero w komorze, a osady zmniejszają jej pojemność użytkową, więc potrzebny jest zgarniacz lub spust denny (FNR 2010, rozdz. 3).
  • Zakiszanie umożliwia magazynowanie biomasy sezonowej; prawidłowo zakiszone rośliny (w badaniu kukurydza, sorgo, żyto pastewne, pszenżyto) można przechowywać do roku bez strat produkcji metanu (Herrmann i in. 2011).

Źródła danych procesowych

  1. Chen, Y.; Cheng, J.J.; Creamer, K.S. (2008) Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology
  2. Weiland, P. (2010) Biogas production: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology
  3. Kaiser, F.L. (2007) Einfluss der stofflichen Zusammensetzung auf die Verdaulichkeit nachwachsender Rohstoffe beim anaeroben Abbau in Biogasreaktoren. Dissertation, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan
  4. Lehtomaki, A. Chistensson, K. and Bjornsson, L (2004) Pilot Scale two-stage anaerobic digestion of energy crops. Proceedings Anaerobic Digestion Conference 1763-1766
  5. FNR (2010). Guía sobre el Biogás – Desde la producción hasta el uso (hiszp. wydanie „Leitfaden Biogas”, GIZ 2013)
  6. Herrmann i in. (2011). Effects of ensiling, silage additives and storage period on methane formation of biogas crops. Bioresour. Technol.

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Burak cukrowy uprawia się głównie dla cukrowni, a burak pastewny dla karmienia zwierząt. Korzenie to magazyn sacharozy, a po zbiorze mogą być zakiszone lub podawane do biogazowni w stanie świeżym. W Niemczech i niektórych innych krajach buraki bywają stosowane jako substrat energetyczny. W zestawieniu jest kilka rekordów z kilku prac, dla świeżych buraków i korzeni buraka cukrowego, w warunkach mezofilowych.

Właściwości istotne dla fermentacji

Korzenie buraków zawierają dużo cukrów prostych, a mało białka i włókna, więc są bardzo łatwo strawne. Zaletą jest szybka produkcja biogazu, wadą ryzyko przeciążenia: zbyt duża dawka powoduje szybkie wytwarzanie kwasów, spadek pH i hamowanie metanogenezy. Świeże buraki wymagają mycia lub oddzielania ziemi, bo piasek osadza się w fermentorze. Zakiszanie umożliwia przechowywanie, ale wiąże się ze stratami cukrów i wyciekami. Niska zawartość azotu i mikroelementów sugeruje łączenie ich z gnojowicą lub innym materiałem buforującym.

Jak czytać rozrzut wyników

Rekordy pochodzą z kilku prac, w których użyto buraków świeżych i korzeni buraka cukrowego. Wynik zależy od odmiany, zawartości cukru, stopnia zabrudzenia, formy materiału (świeży, zakiszony, rozdrobniony) i sposobu przygotowania próbki. Ponieważ substrat jest bardzo szybko fermentowalny, w testach BMP szczególnie ważne są stosunek substratu do inokulum i buforowanie, bo zbyt wysoki ładunek obniża wynik. Dochodzą także długość testu i jakość inokulum.

W praktyce biogazowni

Buraki są substratem sezonowym, dostępnym od jesieni. Ich użycie wymaga sprzętu do mycia i rozdrabniania oraz kontroli dawki w czasie. Bezpieczniejsze jest podawanie ich w niewielkim udziale w mieszance, z monitorowaniem pH i lotnych kwasów tłuszczowych. Ze względu na konkurencję z cukrownictwem i wartość paszową opłacalność zależy od lokalnych cen. Zalecany jest test BMP własnej partii. W gospodarstwach, które mają dostęp do tanich buraków, warto rozważyć ich zakiszanie z materiałem suchszym, na przykład ze słomą lub kiszonką z traw. Taka mieszanka ogranicza wycieki soków i stabilizuje materiał do czasu użycia w biogazowni.

Metodyka w skrócie

BMP to ilość metanu uzyskana z suchej masy organicznej (s.m.o., ang. VS) w teście okresowym, podawana w m³ CH₄ na tonę s.m.o. (liczbowo tyle samo co NmL CH₄/g VS w publikacjach) i przeliczona na warunki normalne (0 °C, 101,325 kPa). Średnia ważona daje każdej publikacji łączną wagę 1, dzieloną po równo między jej wyniki dla danego substratu — praca z dwudziestoma odmianami nie przeważa pracy z jedną próbką. W programach międzylaboratoryjnych jednostką jest laboratorium (łączna waga 1), a w jego obrębie waga testu rośnie z liczbą butelek (powtórzeń). Wyniki po obróbce wstępnej (np. termicznej, chemicznej, enzymatycznej) pokazujemy osobno i nie wliczamy ich do średniej.

Linie ciągłe to krzywe zmierzone w testach. Gdy publikacja podaje tylko wynik końcowy, rysujemy przebieg modelowy kinetyki pierwszego rzędu, B(t) = B₀·(1 − e−kt): z publikacji pochodzi wyłącznie punkt końcowy, a kształt krzywej służy jedynie wizualizacji — nie odczytuj z niego produkcji w konkretnym dniu. Dla tego substratu przyjęto k = 0,085 d−1 (mediana z: stałe k podane w źródłach: Tong i in. (1990): 1× (mediana 0.090 d⁻¹); Chynoweth i in. (1993): 36× (mediana 0.085 d⁻¹); Deren i in. (1991): 3× (mediana 0.080 d⁻¹)).

Statystyki opisują rozrzut opublikowanych wyników — to zestawienie opisowe, a nie metaanaliza ani gwarancja uzysku w instalacji.

Pełna metodyka i zasady korekt

Bibliografia

  1. Lehtomaki, A. Chistensson, K. and Bjornsson, L (2004). Pilot Scale two-stage anaerobic digestion of energy crops. Proceedings Anaerobic Digestion Conference 1763-1766.
  2. Kaiser, F.L. (2007). Einfluss der stofflichen Zusammensetzung auf die Verdaulichkeit nachwachsender Rohstoffe beim anaeroben Abbau in Biogasreaktoren. Dissertation, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan. https://mediatum.ub.tum.de/631394 źródło

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Uprawy energetyczne i całe rośliny (GPS)”