Metodologia Kontakt
Łan kwitnącej lucerny po obu stronach wydeptanej ścieżki w Anglii, pod letnim niebem z cumulusami.

Badania BMPTrawy, zielonki i rośliny pastewne

Lucerna — BMP: 7 badań, średnia ważona 366 m³ CH₄/t s.m.o.

Lucerna to bobowata roślina wieloletnia o dużym plonie i wysokiej zawartości białka. Jako substrat biogazowy daje dobrze strawną biomasę, ale ma ryzyko wzrostu amoniaku.

ocena: neutralnyCH₄ 66 %

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. Chris Morgan / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 2.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
366m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
271–560m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
7badań
Publikacje
4źródła
Temperatury
37 °C, 38 °C, 40 °Ctestu

Metan w biogazie

Wysoka zawartość metanu · ≈ 6,6 kWh/m³ biogazu

pomiar średnia z 1 badania BMP; w teście okresowym udział CH₄ bywa wyższy niż w instalacji.

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 wysoki (85 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: białko / azot. Koszty obsługi: włókna, kożuch.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę +2

  • +2potencjał 85 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 366 × s.m. 25,8 % × s.m.o. 89,9 %)

Stabilność procesu −1

  • −1białko / azot: ryzyko inhibicji amoniakiem przy wyższym udziale

Obsługa i koszty −0,5

  • −0,5włókna, kożuch — rozdrabnianie i intensywne mieszanie

Suma punktów: 0,5 · progi: ≥ 2,5 bardzo dobry, ≥ 1 dobry, poniżej — neutralny; negatywny przy skumulowanym ryzyku procesu.

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

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 7 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: LucernaSkumulowana produkcja metanu w czasie dla 7 rekordów oraz średnia ważona 366 m³ CH₄/t s.m.o.. 7 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).02004006000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Amon i in. (2007): 335 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Pouech (b.r.): 340 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Lallement i in. (2023): 271 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Shilpi i in. (2019) · 1: 490 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Shilpi i in. (2019) · 2: 500 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Shilpi i in. (2019) · 3: 530 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Shilpi i in. (2019) · 4: 560 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia366

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 (366); 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.		CH₄ w biogazie
% obj., pomiar		TemperaturaPróbkaKrzywa
Amon i in. (2007) DOI335—38 °C · mezofilowy(oryg.: „Lucerne”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Pouech (b.r.)34065,8 %40 °C · mezofilowy(oryg.: „Alfalfa”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Lallement i in. (2023) DOI271—38 °C · mezofilowy(oryg.: „Alfalfa”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Shilpi i in. (2019) · 1 DOI490—37 °C · mezofilowylucerna nawadniana wodą wodociągową (kontrola) (oryg.: „TW alfalfa”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Shilpi i in. (2019) · 2 DOI500—37 °C · mezofilowywariant M800 (wg MY-D: lucerna) (oryg.: „M800”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Shilpi i in. (2019) · 3 DOI530—37 °C · mezofilowylucerna nawadniana ściekami (wariant A400) (oryg.: „A400”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Shilpi i in. (2019) · 4 DOI560—37 °C · mezofilowylucerna nawadniana ściekami (wariant A800) (oryg.: „A800”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona36665,8 %średnia arytmetyczna 432, SD 114

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
25,8% (zakres 19,9–69)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
89,9 % s.m. (zakres 87,1–90,9)
Azot
3,4 % s.m.
Stosunek C/N
12,3

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: CROPGEN D4, MY-D); sucha masa: 6 oznaczeń, sucha masa organiczna: 6 oznaczeń. C/N obliczono jako iloraz zawartości C i N (% s.m.) z tego samego źródła.

Źródła: Pouech, P. Fruteau, H. Bewa, H.. Agricultural crops for…; Lallement i in. (2023); Shilpi i in. (2019).

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

Właściwości procesowe

  • sezonowy
  • włóknisty
  • bogaty w azot
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 366 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 490; zakres 271–560; 7 rekordów z 4 źródeł).

Wady i ryzyka

  • Rozrzut wyników w bazie: odchylenie standardowe 114 przy średniej 432 m³ CH₄/t s.m.o. (7 rekordów z 4 źródeł).
  • W teście BMP z lucerną i koniczyną czerwoną (mono- i kofermentacja z trawą) przy wysokim ładunku (40 g s.m.o./l) w pofermencie gromadziły się LKT i amoniak, a usunięcie s.m.o. w monofermentacji roślin bobowatych było niższe niż 60% (Li i in. 2023).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów dawki; wpływ proporcji uprawy energetycznej do obornika opisuje Lehtomäki 2007.

Wymagania praktyczne

  • 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. Lehtomaki, A.; Huttunen, S.; Rintala, J.A. (2007) Laboratory investigations on co-digestion of energy crops and crop residues with cow manure for methane production: effect of crop to manure ratio. Resources, Conservation and Recycling
  2. Amon, T.; Amon, B.; Kryvoruchko, V.; Machmüller, A.; Hopfner-Sixt, K.; Bodiroza, V.; Hrbek, R.; Friedel, J.; Pötsch, E.; Wagentristl, H.; Schreiner, M.; Zollitsch, W. (2007) Methane production through anaerobic digestion of various energy crops grown in sustainable crop rotations. Bioresource Technology 98(17), 3204–3212
  3. Li i in. (2023). Anaerobic co-digestion of grass, alfalfa, and red clover for methane production and the kinetic analysis. BioResources 18(1)
  4. Pouech, P. Fruteau, H. Bewa, H. (None) Agricultural crops for biogas production on anaerobic digestion plants. Biomass for energy and industry 163-165
  5. Hendriks, A.T.W.M.; Zeeman, G. (2009) Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology
  6. Lallement, A.; Peyrelasse, C.; Lagnet, C.; Barakat, A.; Schraauwers, B.; Maunas, S.; Monlau, F. (2023) A Detailed Database of the Chemical Properties and Methane Potential of Biomasses Covering a Large Range of Common Agricultural Biogas Plant Feedstocks. Waste 1(1), 195–227
  7. Shilpi, S.; Lamb, D.; Bolan, N.; Seshadri, B.; Choppala, G.; Naidu, R. (2019) Waste to watt: Anaerobic digestion of wastewater irrigated biomass for energy and fertiliser production. Journal of Environmental Management 239, 73–83
  8. 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

Lucerna (Medicago sativa, ang. alfalfa lub lucerne) jest wieloletnią rośliną bobowatą uprawianą na paszę, często w cieplejszych rejonach Europy i na świecie. Daje kilka pokosów w sezonie i dobrze znosi suszę dzięki głębokiemu systemowi korzeniowemu. W zestawieniu znajdują się rekordy z kilku prac, w tym z doświadczenia, w którym lucernę nawadniano wodą wodociągową lub ściekami. Wszystkie dotyczą warunków mezofilowych.

Właściwości istotne dla fermentacji

Lucerna ma wysoką zawartość białka i minerałów, a jej biomasa jest w młodej fazie dobrze strawna. Wraz z dojrzewaniem rośnie udział zdrewniałych łodyg, co obniża strawność. Niski stosunek C do N sprawia, że lucerna dobrze uzupełnia substraty ubogie w azot, ale przy dużym udziale rośnie ryzyko uwalniania amoniaku. Zakiszanie jest trudne ze względu na dużą pojemność buforową i niewielką ilość cukrów, więc zwykle przewiędza się ją do wyższej suchej masy lub stosuje dodatki. W pryzmie zbyt wilgotna lucerna łatwo ulega zepsuciu.

Jak czytać rozrzut wyników

Rekordy w zestawieniu różnią się materiałem i warunkami: jedna z prac porównuje lucernę nawadnianą wodą wodociągową i ściekami o różnych dawkach, inne dotyczą próbek z różnych faz rozwojowych i regionów. Do tego dochodzą odmiana, numer pokosu, termin zbioru, forma materiału (świeża, kiszonka, suszona) i sposób rozdrobnienia. Zmienne są również inokulum, stosunek substratu do inokulum, czas inkubacji i temperatura. Wszystko to sprawia, że porównywanie pojedynczych wyników ma ograniczoną wartość.

W praktyce biogazowni

W biogazowniach lucerna jest uzupełnieniem, zwłaszcza w gospodarstwach, które mają ją w płodozmianie. Zbiera się ją w fazie pąkowania, aby uzyskać dobry kompromis między plonem a strawnością, i zakisza z przewiędnięciem. Dobrze sprawdza się w mieszance z kiszonką kukurydzy lub słomą. Trzeba kontrolować amoniak i pamiętać, że uprawa lucerny jest ważna dla struktury i żyzności gleby, co przemawia za jej włączeniem do płodozmianu, ale niekoniecznie za intensywnym zbiorem wyłącznie na biogaz. W instalacjach, w których lucerna jest stałym elementem miksu, pomaga prowadzenie ewidencji pokosów i pól, bo wyniki produkcji biogazu można wtedy powiązać z konkretnym materiałem i dopracować moment zbioru oraz sposób zakiszania w kolejnych sezonach.

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 = 0,091 d−1 (brak danych kinetycznych dla grupy – przyjęto medianę wszystkich dostępnych stałych k (93 wartości) = 0.091 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. Amon, T.; Amon, B.; Kryvoruchko, V.; Machmüller, A.; Hopfner-Sixt, K.; Bodiroza, V.; Hrbek, R.; Friedel, J.; Pötsch, E.; Wagentristl, H.; Schreiner, M.; Zollitsch, W. (2007). Methane production through anaerobic digestion of various energy crops grown in sustainable crop rotations. Bioresource Technology 98(17), 3204–3212. DOI: 10.1016/j.biortech.2006.07.007 DOI
  2. Pouech, P. Fruteau, H. Bewa, H.. Agricultural crops for biogas production on anaerobic digestion plants. Biomass for energy and industry 163-165.
  3. Lallement, A.; Peyrelasse, C.; Lagnet, C.; Barakat, A.; Schraauwers, B.; Maunas, S.; Monlau, F. (2023). A Detailed Database of the Chemical Properties and Methane Potential of Biomasses Covering a Large Range of Common Agricultural Biogas Plant Feedstocks. Waste 1(1), 195–227. DOI: 10.3390/waste1010014 DOI
  4. Shilpi, S.; Lamb, D.; Bolan, N.; Seshadri, B.; Choppala, G.; Naidu, R. (2019). Waste to watt: Anaerobic digestion of wastewater irrigated biomass for energy and fertiliser production. Journal of Environmental Management 239, 73–83. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.02.122 DOI

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Trawy, zielonki i rośliny pastewne”