Badania BMPGlony i rośliny wodne

Glon Chlorella vulgaris — BMP: 9 badań, średnia ważona 278 m³ CH₄/t s.m.o.

Chlorella vulgaris to najczęściej badany glon w testach BMP; wyniki rozkładają się szeroko, bo zależą od szczepu, uprawy, rozbicia komórek i obróbki.

CH₄ ≈ 58 % (szacunek)

Opublikowano 25 lutego 2020Zaktualizowano 29 października 20263 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. ja:User:NEON / User:NEON_ja / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 3.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona: 278m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres: 91–440m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy: 9badań
Publikacje: 3źródła
Temperatury: 35 °C, 37 °C, 38 °Ctestu

Metan w biogazie

≈55–62% CH₄

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,8 kWh/m³ biogazu

szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (bogaty w białko (klasyfikacja procesowa)) i wydajności grup związków wg FNR.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

brak oceny — ocena redakcji dla biogazowni

Brak oceny: brak suchej masy lub suchej masy organicznej w danych. Ocenę liczymy, gdy znamy suchą masę i suchą masę organiczną materiału.

Ocena redakcji wg metodyki

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 9 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

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 (278); 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

Źródło	BMP m³ CH₄/t s.m.o.	Temperatura	Próbka	Krzywa
Jankowska i in. (2017) · 1 DOI	91	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Jankowska i in. (2017) · 2 DOI	131	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Jankowska i in. (2017) · 3 DOI	228	37 °C · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Jankowska i in. (2017) · 4 DOI	229	— · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Jankowska i in. (2017) · 5 DOI	230	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Jankowska i in. (2017) · 6 DOI	337	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Jankowska i in. (2017) · 7 DOI	440	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „Chlorella vulgaris”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Lakaniemi i in. (2011) DOI	286	37 °C · mezofilowy	Chlorella vulgaris (slodkowodna), biomasa bez obrobki, test okresowy ze wzbogacona kultura z osadu (Tampere), na g VS (oryg.: „Chlorella vulgaris biomass”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Roberts i in. (2019) DOI	307	38 °C · mezofilowy	(oryg.: „C. vulgaris”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona	278	średnia arytmetyczna 253, SD 105

Typowy skład

Sucha masa organiczna (s.m.o.): 94,7 % s.m. (zakres 94,7–94,7)

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 0 oznaczeń, sucha masa organiczna: 1 oznaczenie. Brak s.m. w źródłach – kalkulator musi poprosić o wartość.

Źródła: Roberts i in. (2019).

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

Właściwości procesowe

bogaty w białko
bogaty w azot
rozcieńcza wsad (mała s.m.)
wolny rozkład
zmienny skład
klasyfikacja redakcji

Zalety

Wydajność metanowa w kompendium: mediana 230 (zakres 91–440) m³ CH₄/t s.m.o., 9 rekordów z 3 prac (ważona średnia 278).
Produkcja metanu z całej biomasy mikroglonów jest optymalna energetycznie, gdy zawartość lipidów nie przekracza 40%; pretraktowanie fizykochemiczne, kofermentacja lub kontrola składu zwiększają konwersję (Sialve i in. (2009))

Wady i ryzyka

Wysoka zawartość białka w komórkach powoduje uwalnianie amoniaku, który może być toksyczny dla procesu (Sialve i in. (2009); Rajagopal i in. (2013))
Biodegradowalność mikroglonów może być niska — zależy od składu biochemicznego i ściany komórkowej (Sialve i in. (2009))

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

dobrze łączyć
substraty: bogaty w węgiel — np. Słoma pszenna, Kiszonka z kukurydzy (cała roślina), Słoma zbożowa (gatunek nieokreślony), Wierzba energetyczna (Salix), Tektura i karton
Niskie C/N osadu glonowego wyrównywano dodatkiem papieru: 50–60% s.m.o. papieru zwiększało tempo produkcji metanu, optymalne C/N 20–25.^[1][2]
uważaj
substraty: bogaty w azot — np. Gnojowica świńska, Pomiot drobiowy (kurzy, indyczy), Osad nadmierny (wtórny, czynny), Glon Nannochloropsis salina, Lucerna
Białko glonów uwalnia amoniak; dodatkowe źródła azotu zwiększają ryzyko inhibicji amoniakiem.^[2][3]

Dawkowanie

Źródła nie podają bezpiecznego udziału mikroglonów we wsadzie. W badaniu Yen i Brune (2007) kofermentacja osadu glonowego z odpadami papieru (50–60% s.m.o. papieru) wyrównała C/N do 20–25 i zwiększyła produkcję metanu.

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

Wymagania praktyczne

Nie suszyć biomasy przed podaniem — suszenie obniżało produkcję biogazu do ok. 80% (Mussgnug i in. (2010))
Kontrolować amoniak (wysokie białko) i, dla gatunków morskich, sód (Sialve i in. (2009))

Źródła danych procesowych

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Chlorella vulgaris to jednokomórkowy zielony glon słodkowodny, uprawiany komercyjnie głównie jako suplement diety i pasza, a także badany jako surowiec dla biopaliw i do oczyszczania ścieków. Hoduje się go w otwartych stawach i zamkniętych fotobioreaktorach. W Polsce i Europie nie jest substratem biogazowni, a dane BMP pochodzą z badań laboratoryjnych, w tym z przeglądów literatury.

Właściwości istotne dla fermentacji

Komórki Chlorella vulgaris mają stosunkowo grubą ścianę komórkową, która ogranicza hydrolizę, dlatego rozbicie komórek (mechaniczne, termiczne, chemiczne lub enzymatyczne) zwykle poprawia konwersję. Biomasa zawiera dużo białka, więc C/N jest niskie, a uwalniany amoniak przy wysokim ładunku może zahamować metanogenezę. Lipidy zwiększają potencjał metanowy, lecz w nadmiarze sprzyjają inhibicji. Skład zależy od warunków uprawy: niedobór azotu zmniejsza udział białka i zwiększa zawartość skrobi i lipidów.

Jak czytać rozrzut wyników

Rekordy dla tego gatunku obejmują szeroki zakres, w czym odzwierciedlają się różnice szczepów, pożywek, fazy wzrostu i warunków świetlnych. Bardzo duże znaczenie ma forma próbki: świeża zawiesina, biomasa odwirowana, liofilizat lub materiał po rozbiciu komórek dają różne wyniki. Do tego dochodzą temperatura, stosunek substratu do inokulum, długość testu i adaptacja inokulum do białka. Duża część rekordów została przytoczona w przeglądach, z uproszczonym opisem warunków, co dodatkowo utrudnia bezpośrednie porównania.

W praktyce biogazowni

Chlorella vulgaris nie jest standardowym substratem. Jeśli powstaje w oczyszczalniach lub instalacjach biorafineryjnych, rozsądne jest łączenie jej z substratami bogatymi w węglowodany (np. odpadami roślinnymi), aby obniżyć stężenie amoniaku i poprawić C/N. Rozbicie komórek zwiększa konwersję, lecz wymaga energii. Zanim glon zostanie włączony do miksu, warto wykonać test BMP na własnej partii, bo wyniki literaturowe nie są łatwo przenoszone. Wymagania prawne zależą od pochodzenia biomasy i jej statusu jako odpadu lub produktu.

Warto dodać, że ten gatunek bywa wykorzystywany jako organizm modelowy w testach fermentacji glonów, dlatego jego wyniki często służą jako punkt odniesienia dla innych gatunków. Nie oznacza to jednak, że wartość z jednej pracy da się przenieść na inną hodowlę.

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 = 0,102 d⁻¹ (mediana z: stałe k podane w źródłach: Chynoweth i in. (1993): 16× (mediana 0.102 d⁻¹)).

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

Pełna metodyka i zasady korekt

Bibliografia

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.