Metodologia Kontakt
Okrągłe bele słomy jęczmiennej na złotym ściernisku w Szkocji, pod zachmurzonym niebem.

Badania BMPSłomy i resztki pożniwne

Słoma jęczmienna — BMP: 8 badań, średnia ważona 238 m³ CH₄/t s.m.o.

Słoma jęczmienna to dobrze dostępny surowiec lignocelulozowy z rolnictwa. Trudno rozkładalna, o wysokim C/N, wymaga rozdrobnienia i uzupełnienia azotu w miksie.

ocena: dobryCH₄ ≈ 52 % (szacunek)

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. M J Richardson / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 2.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
238m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
189–370m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
8badań
Publikacje
4źródła
Temperatury
38 °C, 40 °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 (białko z azotu ogólnego (N 1 % s.m. × 6,25)) 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 bardzo wysoki (203 m³ CH₄/t); bez szczególnych zagrożeń dla stabilności. Koszty obsługi: włókna, kożuch, powolny rozkład.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę +3

  • +3potencjał 203 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 238 × s.m. 90,5 % × s.m.o. 94,3 %)

Stabilność procesu 0

  • 0brak czynników

Obsługa i koszty −1

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

Suma punktów: 2 · 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 8 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Słoma jęczmiennaSkumulowana produkcja metanu w czasie dla 8 rekordów oraz średnia ważona 238 m³ CH₄/t s.m.o.. 8 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).0100200300400051015202530czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Amon i in. (2007): 189 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Dinuccio i in. (2010): 229 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Menardo i in. (2012) · 1: 240 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Menardo i in. (2012) · 2: 286 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Menardo i in. (2012) · 3: 339 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Menardo i in. (2012) · 4: 370 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Schumacher i in. (2014) · 1: 224 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Schumacher i in. (2014) · 2: 228 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia238

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 (238); 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
Amon i in. (2007) DOI18938 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Dinuccio i in. (2010) DOI22940 °C · mezofilowy(oryg.: „barley straw”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Menardo i in. (2012) · 1 DOI24040 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Menardo i in. (2012) · 2 DOI28640 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Menardo i in. (2012) · 3 DOI33940 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Menardo i in. (2012) · 4 DOI37040 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Schumacher i in. (2014) · 1 DOI22438 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”) — wartość przytoczona w przeglądzie literaturypunkt końcowy (krzywa modelowa)
Schumacher i in. (2014) · 2 DOI22838 °C · mezofilowy(oryg.: „Barley Straw”) — wartość przytoczona w przeglądzie literaturypunkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona238średnia arytmetyczna 263, SD 63

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
90,5% (zakres 89,2–90,5)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
94,3 % s.m. (zakres 94,3–97,6)
Azot
1 % s.m.

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 3 oznaczenia, sucha masa organiczna: 3 oznaczenia. Próbki badano w postaci wysuszonej/powietrznie suchej – s.m. dotyczy materiału w teście, nie świeżego.

Źródła: Dinuccio i in. (2010); Menardo i in. (2012); Schumacher i in. (2014).

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
  • wysoka sucha masa
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 238 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 234; zakres 189–370; 8 rekordów z 4 źródeł).

Wady i ryzyka

  • Lignina ogranicza konwersję; długi HRT (przegląd Hendriks 2009).
  • Rozrzut wyników w bazie: odchylenie standardowe 63 przy średniej 263 m³ CH₄/t s.m.o. (8 rekordów z 4 źródeł).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów dawki. W praktyce słoma jest dodatkiem do wsadu płynnego; dawkowanie zależy od rozdrobnienia i możliwości mieszania.

Wymagania praktyczne

  • Kontrolować kożuch i osad: przy podawaniu ciał stałych bezpośrednio do komory ryzyko ich powstania zależy od substratu (FNR 2010, rozdz. 3).
  • Rozdrobnienie (cząstki <10 mm poprawiają rozkład wg Menardo 2012)

Źródła danych procesowych

  1. Dinuccio, E.; Balsari, P.; Gioelli, F.; Menardo, S. (2010) Evaluation of the biogas productivity potential of some Italian agro-industrial biomasses. Bioresource Technology 101(10), 3780–3783
  2. Weiland, P. (2010) Biogas production: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology
  3. Menardo, S.; Airoldi, G.; Balsari, P. (2012) The effect of particle size and thermal pre-treatment on the methane yield of four agricultural by-products. Bioresource Technology 104, 708–714
  4. 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
  5. Dahunsi, S. (2019) Mechanical pretreatment of lignocelluloses for enhanced biogas production: Methane yield prediction from biomass structural components. Bioresource Technology 280, 18–26
  6. Hendriks, A.T.W.M.; Zeeman, G. (2009) Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology
  7. Schumacher, B.; Wedwitschka, H.; Hofmann, J.; Denysenko, V.; Lorenz, H.; Liebetrau, J. (2014) Disintegration in the biogas sector – Technologies and effects. Bioresource Technology 168, 2–6
  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

Słoma jęczmienna to pozostałość po omłocie jęczmienia (Hordeum vulgare), uprawianego w Polsce na paszę i do produkcji słodu. Po zbiorze kombajnem słoma jest rozrzucana na polu, zbierana w bele lub przyorywana. Ma wiele zastosowań konkurencyjnych wobec biogazowni: ściółka, pasza objętościowa, nawożenie organiczne i spalanie.

Właściwości istotne dla fermentacji

Słoma jęczmienna jest materiałem lignocelulozowym o wysokiej suchej masie i niskiej zawartości białka, więc ma bardzo szeroki stosunek C do N. Rozkład biologiczny jest ograniczony strukturą ligninowo-celulozową oraz woskową powierzchnią łodyg, która utrudnia zwilżanie i kolonizację przez mikroorganizmy. Kłopotem technologicznym jest pływanie i tworzenie kożucha, a także chłonność wody: w układzie z dużym udziałem słomy trzeba zadbać o dostateczną ilość płynnego substratu. Rozdrobnienie zwiększa dostępność i skraca czas rozkładu, ale podnosi zużycie energii.

Jak czytać rozrzut wyników

W zestawieniu znajdują się rekordy z kilku badań prowadzonych w warunkach mezofilowych (temperatury w zakresie od około 38 do 40 °C). Wyniki zależą od odmiany jęczmienia, roku i warunków zbioru, wilgotności słomy, stopnia rozdrobnienia (cięcie, mielenie, długość cząstek) oraz od stosunku substratu do inokulum i długości testu. Ponieważ kinetyka słomy jest powolna, krótsze testy zaniżają wynik. Zestawienie obejmuje materiał bez obróbki wstępnej; metody takie jak ekstruzja, obróbka parowa czy alkaliczna znacząco zmieniają rezultat.

W praktyce biogazowni

Słoma jęczmienna rzadko jest głównym substratem. Używana w niewielkim udziale w miksie z gnojowicą lub obornikiem może zwiększać suchą masę wsadu, ale podnosi wymagania co do mieszania. Konieczne są rozdrabnianie i zabezpieczenie przed zanieczyszczeniem ziemią i kamieniami. Słomę należy przechowywać sucho, bo wilgoć prowadzi do strat i rozwoju pleśni. Ze względu na konkurencyjne zastosowania oraz koszt zbioru i transportu opłacalność trzeba policzyć dla konkretnej lokalizacji. Wynik energetyczny warto zweryfikować testem BMP partii. Warto pamiętać, że w bilansie gospodarstwa słoma ma też wartość nawozową i strukturotwórczą dla gleby, więc jej zebranie w całości nie zawsze jest korzystne. Jeśli biogazownia korzysta ze słomy kilku gatunków, dobrze jest je ewidencjonować osobno, aby powiązać zmiany wydajności z rodzajem surowca.

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 = 0,136 d−1 (mediana z: dopasowanie B(t)=B0(1−e^(−kt)) do średnich krzywych mierzonych: Słoma pszenna k=0.079 d⁻¹ (R²=0.998, 67 krzywych) | stałe k podane w źródłach: Tong i in. (1990): 3× (mediana 0.088 d⁻¹); Li i in. (2018): 5× (mediana 0.157 d⁻¹)).

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

Pełna metodyka i zasady korekt

Wyniki po obróbce wstępnej (8) — poza średnią
ŹródłoBMP
m³ CH₄/t s.m.o.		ObróbkaPróbka
Schumacher i in. (2014)247unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Schumacher i in. (2014)242unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Schumacher i in. (2014)216unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Schumacher i in. (2014)237unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Schumacher i in. (2014)251unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Schumacher i in. (2014)251unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Menardo i in. (2012)340unspecified(oryg.: „Barley Straw”)
Menardo i in. (2012)338unspecified(oryg.: „Barley Straw”)

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. Dinuccio, E.; Balsari, P.; Gioelli, F.; Menardo, S. (2010). Evaluation of the biogas productivity potential of some Italian agro-industrial biomasses. Bioresource Technology 101(10), 3780–3783. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.12.113 DOI
  3. Menardo, S.; Airoldi, G.; Balsari, P. (2012). The effect of particle size and thermal pre-treatment on the methane yield of four agricultural by-products. Bioresource Technology 104, 708–714. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.10.061 DOI
  4. Schumacher, B.; Wedwitschka, H.; Hofmann, J.; Denysenko, V.; Lorenz, H.; Liebetrau, J. (2014). Disintegration in the biogas sector – Technologies and effects. Bioresource Technology 168, 2–6. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.02.027 DOI

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Słomy i resztki pożniwne”