Metodologia Kontakt
Wysoki stos świerkowych kłód ułożony wzdłuż leśnej drogi w górach Harzu – drewno iglaste przygotowane do wywozu.

Badania BMPDrewno i biomasa drzewna

Drewno iglaste — BMP: 7 badań, średnia ważona 58 m³ CH₄/t s.m.o.

Drewno iglaste (sosna, jodła i inne) ma dużo ligniny i żywic, dlatego rozkłada się w fermentorze powoli i słabo, zwłaszcza bez obróbki wstępnej.

ocena: neutralnyCH₄ ≈ 52 % (szacunek)

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. Profpcde / Wikimedia Commons, licencja CC0 1.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
58m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
35–86m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
7badań
Publikacje
4źródła
Temperatury
35 °C, 55 °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

neutralny — ocena redakcji dla biogazowniBez wyraźnych zalet — za przyjęcie warto pobierać opłatę

Potencjał na tonę masy świeżej niski, ale ograniczony słabym rozkładem masy organicznej (52 m³ CH₄/t); bez szczególnych zagrożeń dla stabilności. Koszty obsługi: włókna, kożuch, powolny rozkład.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę 0

  • ±0potencjał 52 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 58 × s.m. 91,8 % × s.m.o. 98,7 %); niski stopień rozkładu s.m.o. (BMP 58 m³ CH₄/t s.m.o.) — punkty ograniczone

Stabilność procesu 0

  • 0brak czynników

Obsługa i koszty −1

  • −0,5włókna, kożuch — rozdrabnianie i intensywne mieszanie
  • −0,5powolny rozkład — długi czas retencji

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 7 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Drewno iglasteSkumulowana produkcja metanu w czasie dla 7 rekordów oraz średnia ważona 58 m³ CH₄/t s.m.o.. 7 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).0204060801000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Tong i in. (1990): 42 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Chynoweth i in. (1993): 59 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 1: 35 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 2: 37 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 3: 47 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 4: 55 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Costa i in. (2019): 86 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia58

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 (58); 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
Tong i in. (1990) DOI4235 °C · mezofilowyjodła kalifornijska (oryg.: „White fir”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: air driedpunkt końcowy (krzywa modelowa)
Chynoweth i in. (1993) DOI5935 °C · mezofilowysosna (oryg.: „Pine”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 1 DOI3535 °C · mezofilowy(oryg.: „softwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 2 DOI3755 °C · termofilowy(oryg.: „softwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 3 DOI4755 °C · termofilowy(oryg.: „softwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 4 DOI5535 °C · mezofilowy(oryg.: „softwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Costa i in. (2019) DOI86—świerk, mielony (oryg.: „Spruce (milled wood)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona58średnia arytmetyczna 52, SD 18

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
91,8% (zakres 88,8–94,7)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
98,7 % s.m. (zakres 98,5–98,8)

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: CROPGEN D4, MY-D); sucha masa: 2 oznaczenia, sucha masa organiczna: 2 oznaczenia. Próbki badano w postaci wysuszonej/powietrznie suchej – s.m. dotyczy materiału w teście, nie świeżego.

Źródła: Tong i in. (1990); Krause i in. (2018).

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

Właściwości procesowe

  • włóknisty
  • wolny rozkład
  • tworzy kożuch
  • bogaty w węgiel
  • ubogi w azot
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 58 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 47; zakres 35–86; 7 rekordów z 4 źródeł).
  • Obróbka wstępna (parowa, alkaliczna, mechaniczna) zwiększa dostępność celulozy i jest jedyną drogą do sensownego wyniku (przegląd Hendriks i Zeeman 2009).

Wady i ryzyka

  • Rozrzut wyników w bazie: odchylenie standardowe 18 przy średniej 52 m³ CH₄/t s.m.o. (7 rekordów z 4 źródeł).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów dawki. Bez obróbki wstępnej nie jest to substrat rekomendowany do fermentacji; jeśli stosowany, to jako niewielki dodatek do mieszanek z odchodami i po rozdrobnieniu.

Wymagania praktyczne

  • Rozdrabniać: rozdrobnienie zwiększa powierzchnię dostępną dla rozkładu i przyspiesza go, ale niekoniecznie podnosi końcowy uzysk gazu (FNR 2010, rozdz. 3 „Triturado”).
  • Usuwać zanieczyszczenia obce przed dozowaniem: materiał z bioodpadów może zawierać substancje zakłócające, a współsubstrat powinien być od nich wolny (FNR 2010, rozdz. 3).

Źródła danych procesowych

  1. Chen, Y.; Cheng, J.J.; Creamer, K.S. (2008) Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology
  2. Tong, X.; Smith, L.H.; McCarty, P.L. (1990) Methane fermentation of selected lignocellulosic materials. Biomass 21(4), 239–255
  3. Chynoweth, D.; Turick, C.; Owens, J.; Jerger, D.; Peck, M. (1993) Biochemical methane potential of biomass and waste feedstocks. Biomass and Bioenergy 5(1), 95–111
  4. Hendriks, A.T.W.M.; Zeeman, G. (2009) Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology
  5. Krause, M.J.; Chickering, G.W.; Townsend, T.G.; Pullammanappallil, P. (2018) Effects of temperature and particle size on the biochemical methane potential of municipal solid waste components. Waste Management 71, 25–30
  6. Costa, T.H.F.; Eijsink, V.G.H.; Horn, S.J. (2019) The use of lytic polysaccharide monooxygenases in anaerobic digestion of lignocellulosic materials. Biotechnology for Biofuels 12(1), 270
  7. Weiland, P. (2010) Biogas production: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology
  8. FNR (2010). Guía sobre el Biogás – Desde la producción hasta el uso (hiszp. wydanie „Leitfaden Biogas”, GIZ 2013)

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Drewno iglaste to biomasa z gatunków takich jak sosna, świerk, jodła czy modrzew. Powstaje w leśnictwie i przemyśle drzewnym jako tarcica, odpady poprodukcyjne, trociny, zrębki i gałęzie. W zbiorze są próbki konkretnych gatunków (m.in. jodły i sosny) oraz próbki opisane ogólnie jako drewno miękkie, badane w warunkach mezo- i termofilowych.

Właściwości istotne dla fermentacji

Drewno składa się z celulozy, hemiceluloz i ligniny. Lignina tworzy matrycę otaczającą włókna celulozy, jest praktycznie nierozkładalna w warunkach beztlenowych i fizycznie blokuje enzymom dostęp do węglowodanów. W drewnie iglastym ligniny jest zwykle więcej, a jej struktura, oparta głównie na jednostkach gwajacylowych, jest bardziej odporna niż w drewnie liściastym. Dodatkowo żywice, terpeny i inne ekstraktywy mogą hamować bakterie i archeony. W efekcie biodegradowalna część suchej masy organicznej jest niewielka, a rozkład powolny. Azotu jest bardzo mało, co daje wysoki stosunek C/N.

Jak czytać rozrzut wyników

Różnice między rekordami wynikają z gatunku, wieku drzewa, części drzewa (drewno, kora, gałęzie) i rozdrobnienia: drobny pył rozkłada się szybciej niż zrębki. Znaczenie mają też temperatura testu, jego długość (przy powolnym rozkładzie krótki test zaniża wynik) oraz inokulum. Dla iglastych dochodzi wpływ ekstraktywów i zawartości żywicy, która zmienia się z gatunkiem, porą roku i miejscem pozyskania. Zestawienie łączy próbki opisane szczegółowo z próbkami opisanymi tylko ogólnie, co dodatkowo poszerza rozrzut.

W praktyce biogazowni

Drewno iglaste nie jest racjonalnym substratem biogazowni: słaba konwersja i trudny rozkład nie równoważą kosztu rozdrobnienia. Jeśli trafia do instalacji, to jako zanieczyszczenie lub element ściółki, a jego udział trzeba uwzględnić przy ustalaniu czasu zatrzymania. Ewentualne zastosowanie wymaga dokładnego rozdrobnienia i obróbki wstępnej. Odpady drzewne wykorzystuje się energetycznie głównie przez spalanie, a ich status prawny zależy od pochodzenia i tego, czy są odpadem, czy produktem ubocznym.

Warto też odróżnić drewno od kory i igieł, które mają inny skład: kora zawiera więcej garbników i substancji fenolowych, a igły i młode przyrosty zawierają więcej łatwo dostępnych związków, ale także olejków eterycznych. W praktyce wynik dla całego strumienia zależy od proporcji tych frakcji, co dodatkowo utrudnia przenoszenie danych z literatury na konkretną instalację.

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 = 0,039 d−1 (mediana z: stałe k podane w źródłach: Tong i in. (1990): 2× (mediana 0.059 d⁻¹); Chynoweth i in. (1993): 7× (mediana 0.030 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. Tong, X.; Smith, L.H.; McCarty, P.L. (1990). Methane fermentation of selected lignocellulosic materials. Biomass 21(4), 239–255. DOI: 10.1016/0144-4565(90)90075-u DOI
  2. Chynoweth, D.; Turick, C.; Owens, J.; Jerger, D.; Peck, M. (1993). Biochemical methane potential of biomass and waste feedstocks. Biomass and Bioenergy 5(1), 95–111. DOI: 10.1016/0961-9534(93)90010-2 DOI
  3. Krause, M.J.; Chickering, G.W.; Townsend, T.G.; Pullammanappallil, P. (2018). Effects of temperature and particle size on the biochemical methane potential of municipal solid waste components. Waste Management 71, 25–30. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.11.015 DOI
  4. Costa, T.H.F.; Eijsink, V.G.H.; Horn, S.J. (2019). The use of lytic polysaccharide monooxygenases in anaerobic digestion of lignocellulosic materials. Biotechnology for Biofuels 12(1), 270. DOI: 10.1186/s13068-019-1611-8 DOI

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Drewno i biomasa drzewna”