Metodologia Kontakt
Pocięte kłody drewna liściastego, głównie bukowego, rozładowywane z samochodu przy leśnym domu przed porąbaniem.

Badania BMPDrewno i biomasa drzewna

Drewno liściaste — BMP: 8 badań, średnia ważona 153 m³ CH₄/t s.m.o.

Drewno liściaste (np. ambrowiec, robinia, gałęzie z odpadów zielonych) ma mniej ligniny niż iglaste, lecz nadal rozkłada się wolno bez obróbki wstępnej.

ocena: neutralnyCH₄ ≈ 52 % (szacunek)

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. Anne LaBastille / Wikimedia Commons, domena publiczna, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
153m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
45–270m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
8badań
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 umiarkowany, ale ograniczony słabym rozkładem masy organicznej (128 m³ CH₄/t); bez szczególnych zagrożeń dla stabilności. Koszty obsługi: włókna, kożuch, powolny rozkład.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę +1

  • +1potencjał 128 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 153 × s.m. 92,7 % × s.m.o. 89,8 %); niski stopień rozkładu s.m.o. (BMP 153 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: 0 · 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 8 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Drewno liściasteSkumulowana produkcja metanu w czasie dla 8 rekordów oraz średnia ważona 153 m³ CH₄/t s.m.o.. 8 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).01002003000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Chynoweth i in. (1993) · 1: 210 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Chynoweth i in. (1993) · 2: 240 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Nallathambi Gunaseelan (1997): 134 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 1: 45 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 2: 49 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 3: 170 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Krause i in. (2018) · 4: 270 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Costa i in. (2019): 121 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia153

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 (153); 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
Chynoweth i in. (1993) · 1 DOI21035 °C · mezofilowyambrowiec (oryg.: „Sweetgum”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Chynoweth i in. (1993) · 2 DOI24035 °C · mezofilowyrobinia akacjowa (oryg.: „Black Locust”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Nallathambi Gunaseelan (1997) DOI13435 °C · mezofilowygałęzie (z odpadów komunalnych) (oryg.: „Branches”) — wartość przytoczona w przeglądzie literaturypunkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 1 DOI4535 °C · mezofilowy(oryg.: „hardwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 2 DOI4955 °C · termofilowy(oryg.: „hardwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 3 DOI17055 °C · termofilowy(oryg.: „hardwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Krause i in. (2018) · 4 DOI27035 °C · mezofilowy(oryg.: „hardwood”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Costa i in. (2019) DOI121—brzoza, mielona (oryg.: „Birch (milled wood)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona153średnia arytmetyczna 155, SD 83

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
92,7% (zakres 92,7–92,7)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
89,8 % s.m. (zakres 85,8–93,9)

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 1 oznaczenie, sucha masa organiczna: 2 oznaczenia. Próbki badano w postaci wysuszonej/powietrznie suchej – s.m. dotyczy materiału w teście, nie świeżego.

Źródła: Nallathambi Gunaseelan (1997); 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
  • bogaty w węgiel
  • ubogi w azot
  • tworzy kożuch
  • zmienny skład
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 153 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 152; zakres 45–270; 8 rekordów z 4 źródeł).

Wady i ryzyka

  • Lignina ogranicza konwersję; dojrzałe drewno rozkłada się wolno (przegląd Hendriks 2009).
  • Rozrzut wyników w bazie: odchylenie standardowe 83 przy średniej 155 m³ CH₄/t s.m.o. (8 rekordów z 4 źródeł).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

  • uważaj

    Drewno iglaste

    Mieszanie drewna liściastego i iglastego w jednej partii nie daje przewidywalnej wartości BMP — testować mieszankę.[1]

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów dawki; traktować jako dodatek lignocelulozowy w mieszankach z odchodami, po rozdrobnieniu. Dla konkretnej partii wykonać test BMP.

Wymagania praktyczne

  • Kontrolować kożuch i osad: przy podawaniu ciał stałych bezpośrednio do komory ryzyko ich powstania zależy od substratu (FNR 2010, rozdz. 3).
  • Rozdrobnienie (im drobniej, tym szybszy rozkład — wpływ wielkości cząstek bada Krause 2018)

Źródła danych procesowych

  1. 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
  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
  3. Dahunsi, S. (2019) Mechanical pretreatment of lignocelluloses for enhanced biogas production: Methane yield prediction from biomass structural components. Bioresource Technology 280, 18–26
  4. Nallathambi Gunaseelan, V. (1997) Anaerobic digestion of biomass for methane production: A review. Biomass and Bioenergy 13(1-2), 83–114
  5. Hendriks, A.T.W.M.; Zeeman, G. (2009) Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology
  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 liściaste obejmuje gatunki takie jak buk, dąb, brzoza, robinia, ambrowiec czy olcha. Pochodzi z leśnictwa, przemysłu drzewnego i pielęgnacji zieleni. W zbiorze uwzględniono próbki konkretnych gatunków, gałęzie z odpadów komunalnych oraz próbki opisane jako drewno twarde, badane w warunkach mezo- i termofilowych. Szybko rosnące topole i wierzby wydzielono do osobnych substratów, bo w praktyce występują jako uprawy energetyczne.

Właściwości istotne dla fermentacji

Skład drewna liściastego to celuloza, hemicelulozy (z większym udziałem ksylanu niż w iglastym) i lignina. Lignina zawiera jednostki syryngylowe i jest nieco mniej zwarta niż w drewnie iglastym, co ułatwia hydrolizę, lecz nie usuwa głównego ograniczenia. Młode pędy i gałęzie z dużym udziałem kory i miękkich tkanek rozkładają się lepiej niż stare, zdrewniałe drewno. Ekstraktywy są zwykle mniej kłopotliwe niż żywice drzew iglastych. Azotu jest mało, więc C/N jest wysokie.

Jak czytać rozrzut wyników

Rozrzut jest duży, bo grupa łączy bardzo różne materiały: dojrzałe drewno, młode gałęzie, gatunki szybko rosnące i odpady zielone. O wyniku decydują gatunek, wiek i część drzewa (twardziel, biel, kora), rozdrobnienie (pył lub zrębki), temperatura i długość testu oraz ewentualna obróbka wstępna. W zbiorze jest też wartość przytoczona w przeglądzie literatury, co oznacza, że warunki jej uzyskania są znane mniej szczegółowo niż w pracach pierwotnych.

W praktyce biogazowni

Drewno liściaste można traktować jako materiał strukturalny lub zanieczyszczenie, a nie jako substrat główny. W instalacjach rolniczych jego użycie ogranicza niska wydajność w stosunku do kosztu rozdrobnienia. Jeśli rozważa się zastosowanie, trzeba przemyśleć drobny przemiał oraz wydłużony czas zatrzymania. Obróbka wstępna (parowa, alkaliczna, mechaniczna) jest badana, lecz nie jest standardem w biogazowniach. Odpady drzewne są zwykle bardziej opłacalne jako paliwo stałe.

Ostatecznie, jeśli rozważa się wykorzystanie odpadów zielonych z gałęziami, bardziej uzasadnione jest wcześniejsze usunięcie grubszej frakcji drzewnej i skierowanie jej do kompostowania lub spalania, a do fermentacji wyłącznie liści i młodych pędów.

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. 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
  2. Nallathambi Gunaseelan, V. (1997). Anaerobic digestion of biomass for methane production: A review. Biomass and Bioenergy 13(1-2), 83–114. DOI: 10.1016/s0961-9534(97)00020-2 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”