Badania BMPSłomy i resztki pożniwne
Słoma kukurydziana (łodygi, liście, resztki pożniwne) — BMP: 10 badań, średnia ważona 298 m³ CH₄/t s.m.o.
Słoma kukurydziana to łodygi, liście i okrywy kolb po zbiorze ziarna. Objętościowa, lignocelulozowa, bywa zanieczyszczona ziemią i wymaga rozdrobnienia przed fermentacją.
ocena: dobryCH₄ ≈ 52 % (szacunek)
Fot. Royalbroil / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 3.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie
- Średnia ważona
- 298m³ CH₄/t s.m.o.
- Zakres
- 241–417m³ CH₄/t s.m.o.
- Rekordy
- 10badań
- Publikacje
- 7źródeł
- Temperatury
- 35 °C, 37 °C, 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 1,2 % s.m. × 6,25)) i wydajności grup związków wg FNR.
Ocena dla biogazowni
dobry — ocena redakcji dla biogazowniStabilny, zwykle przyjmowany bez opłat
Potencjał na tonę masy świeżej bardzo wysoki (235 m³ CH₄/t); bez szczególnych zagrożeń dla stabilności. Koszty obsługi: włókna, kożuch, powolny rozkład.
Dlaczego? Czynniki oceny
Potencjał na tonę +3
- +3potencjał 235 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 298 × s.m. 84,9 % × s.m.o. 93 %)
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.
Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV
Krzywe BMP z 10 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 (298); 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 |
|---|---|---|---|---|
| Fernández-Rodríguez i in. (2022) DOI | 256 | 38 °C · mezofilowy | bez obróbki (oryg.: „untreated corn stover”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Tong i in. (1990) DOI | 360 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Corn (stover)”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: air dried | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Lallement i in. (2023) · 1 DOI | 279 | 38 °C · mezofilowy | resztki kukurydzy (oryg.: „maize residues”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Lallement i in. (2023) · 2 DOI | 286 | 38 °C · mezofilowy | liście kukurydzy (oryg.: „maize leaf”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Li i in. (2013) DOI | 241 | 37 °C · mezofilowy | (oryg.: „Corn stover”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| López-Dávila i in. (2022) DOI | 417 | — | (oryg.: „Corn straw”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Menardo i in. (2012) · 1 DOI | 246 | 40 °C · mezofilowy | łodygi kukurydzy (oryg.: „Maize stalks”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Menardo i in. (2012) · 2 DOI | 254 | 40 °C · mezofilowy | łodygi kukurydzy (oryg.: „Maize stalks”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Menardo i in. (2012) · 3 DOI | 272 | 40 °C · mezofilowy | łodygi kukurydzy (oryg.: „Maize stalks”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chevalier i in. (2023) DOI | 272 | — | kontrola mielona (oryg.: „Corn stover (CS), milled control (CM)”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Średnia ważona | 298 | średnia arytmetyczna 288, SD 56 | ||
Typowy skład
- Sucha masa (s.m.)
- 84,9% (zakres 37,8–89,6)
- Sucha masa organiczna (s.m.o.)
- 93 % s.m. (zakres 89–97)
- Azot
- 1,2 % s.m.
- Stosunek C/N
- 43,6
Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: CROPGEN D4, MY-D); sucha masa: 5 oznaczeń, sucha masa organiczna: 5 oznaczeń. Zakres s.m. obejmuje próbki świeże oraz podsuszone/suszone przed testem – dla materiału świeżego właściwa jest dolna część zakresu, najlepiej pomiar własny. C/N obliczono jako iloraz zawartości C i N (% s.m.) z tego samego źródła.
Źródła: Tong i in. (1990); Lallement i in. (2023); Li i in. (2013); Menardo i in. (2012).
Skład surowca zmienia się między partiami — do obliczeń instalacji użyj analizy własnej próbki. Wartości typowe kalkulator wstawia automatycznie.
Właściwości procesowe
Zalety
- Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 298 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 272; zakres 241–417; 10 rekordów z 7 źródeł).
- Obróbka wstępna (np. ekstruzja, Chevalier 2023) poprawia wyniki.
Wady i ryzyka
- Rozrzut wyników w bazie: odchylenie standardowe 56 przy średniej 288 m³ CH₄/t s.m.o. (10 rekordów z 7 źródeł).
Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać
- dobrze łączyć
- dobrze łączyć
Kiszonka z kukurydzy (cała roślina)
Kukurydza w postaci kiszonki i słomy pochodzi z jednej uprawy; kiszonka daje łatwo rozkładalny węgiel, słoma strukturę.[3][2]
Dawkowanie
Brak źródłowych limitów dawki; w praktyce jako dodatek do mieszanek z gnojowicą po rozdrobnieniu.
Wymagania praktyczne
- Kontrolować kożuch i osad: przy podawaniu ciał stałych bezpośrednio do komory ryzyko ich powstania zależy od substratu (FNR 2010, rozdz. 3).
- Rozdrobnienie lub ekstruzja (Chevalier 2023)
Źródła danych procesowych
- Weiland, P. (2010) Biogas production: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology
- 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
- Li, Y.; Zhang, R.; Liu, G.; Chen, C.; He, Y.; Liu, X. (2013) Comparison of methane production potential, biodegradability, and kinetics of different organic substrates. Bioresource Technology 149, 565–569
- Fernández-Rodríguez, M.J.; Mushtaq, M.; Tian, L.; Jiménez-Rodríguez, A.; Rincón, B.; Gilroyed, B.H.; Borja, R. (2022) Evaluation and modelling of methane production from corn stover pretreated with various physicochemical techniques. Waste Management & Research: The Journal for a Sustainable Circular Economy 40(6), 698–705
- Tong, X.; Smith, L.H.; McCarty, P.L. (1990) Methane fermentation of selected lignocellulosic materials. Biomass 21(4), 239–255
- Hendriks, A.T.W.M.; Zeeman, G. (2009) Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology
- 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
- López-Dávila, E.; Jiménez Hernández, J.; López González, L.M.; Barrera Cardoso, E.L.; Bravo Amarante, E.; Contreras Velázquez, L.M.; Romero-Romero, O. (2022) Biochemical methane potential of agro-wastes as a renewable source alternative for electrical energy production in Cuba. Ciencia & Tecnología Agropecuaria 23(1)
- Chevalier, A.; Evon, P.; Monlau, F.; Vandenbossche, V.; Sambusiti, C. (2023) Twin-Screw Extrusion Mechanical Pretreatment for Enhancing Biomethane Production from Agro-Industrial, Agricultural and Catch Crop Biomasses. Waste 1(2), 497–514
- 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 kukurydziana (angielskie corn stover lub maize stover) to część nadziemna kukurydzy pozostająca po zbiorze ziarna: łodygi, liście, okrywy kolb i osadki. Występuje w dużych ilościach tam, gdzie kukurydzę uprawia się na ziarno, w tym w Polsce. Odróżnia się ją od kiszonki z całych roślin, w której zbiera się także kolby. Zebranie słomy wymaga osobnego sprzętu i wiąże się z kosztami, a pozostawienie jej na polu ma znaczenie dla materii organicznej gleby.
Właściwości istotne dla fermentacji
Słoma kukurydziana jest lignocelulozowa: zawiera celulozę, hemicelulozy i ligninę, przy czym liście są łatwiej dostępne niż zdrewniałe łodygi. Wilgotność po zbiorze ziarna bywa wysoka, co utrudnia przechowywanie w postaci suchej. Zakiszanie jest możliwe, jeśli materiał nie jest przesuszony. C/N jest wysokie, więc dawka wymaga uzupełnienia o substraty azotowe. Częste problemy to zanieczyszczenie ziemią, porażenie resztek przez grzyby (w tym wytwarzające mykotoksyny) oraz kożuch w komorze przy niewystarczającym rozdrobnieniu.
Jak czytać rozrzut wyników
Rekordy w zestawieniu pochodzą z kilku publikacji, w tym jednej, w której próbkę opisano jako liście kukurydzy, i innych, w których badano całe resztki pożniwne lub materiał bez obróbki wstępnej. Frakcje (liście, łodygi, okrywy) różnią się strawnością, więc ich proporcja w próbce wpływa na wynik. Dalej wpływają odmiana i dojrzałość roślin, sposób zbioru, rozdrobnienie, temperatura i jakość inokulum. Zestawienie wyników z różnych prac nie jest więc porównaniem identycznych materiałów.
W praktyce biogazowni
W biogazowni rolniczej słoma kukurydziana może być substratem uzupełniającym, szczególnie jeśli gospodarstwo i tak ma jej nadwyżkę. Zasadnicze wyzwania to koszt zbioru i transportu oraz logistyka magazynowania. Warto stosować rozdrobnienie, a w razie potrzeby wspólne zakiszanie z bardziej wilgotnym materiałem. Pozostawianie części resztek na polu jest zalecane ze względu na ochronę gleby, więc nie cała ilość jest dostępna do pozyskania. Wydajność energetyczną partii należy zweryfikować testem BMP, a wpływ na stabilność procesu śledzić przez analizę lotnych kwasów tłuszczowych.
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.
Wyniki po obróbce wstępnej (1) — poza średnią
| Źródło | BMP m³ CH₄/t s.m.o. | Obróbka | Próbka |
|---|---|---|---|
| Menardo i in. (2012) | 267 | unspecified | (oryg.: „Maize stalks”) |
Bibliografia
- Fernández-Rodríguez, M.J.; Mushtaq, M.; Tian, L.; Jiménez-Rodríguez, A.; Rincón, B.; Gilroyed, B.H.; Borja, R. (2022). Evaluation and modelling of methane production from corn stover pretreated with various physicochemical techniques. Waste Management & Research: The Journal for a Sustainable Circular Economy 40(6), 698–705. DOI: 10.1177/0734242x211038185 DOI
- 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
- 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
- Li, Y.; Zhang, R.; Liu, G.; Chen, C.; He, Y.; Liu, X. (2013). Comparison of methane production potential, biodegradability, and kinetics of different organic substrates. Bioresource Technology 149, 565–569. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.09.063 DOI
- López-Dávila, E.; Jiménez Hernández, J.; López González, L.M.; Barrera Cardoso, E.L.; Bravo Amarante, E.; Contreras Velázquez, L.M.; Romero-Romero, O. (2022). Biochemical methane potential of agro-wastes as a renewable source alternative for electrical energy production in Cuba. Ciencia & Tecnología Agropecuaria 23(1). DOI: 10.21930/rcta.vol23_num1_art:1890 DOI
- 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
- Chevalier, A.; Evon, P.; Monlau, F.; Vandenbossche, V.; Sambusiti, C. (2023). Twin-Screw Extrusion Mechanical Pretreatment for Enhancing Biomethane Production from Agro-Industrial, Agricultural and Catch Crop Biomasses. Waste 1(2), 497–514. DOI: 10.3390/waste1020030 DOI
Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.
Inne substraty z grupy „Słomy i resztki pożniwne”
Słoma (liście i wierzchołki) trzciny cukrowej — BMP: 3 badania, średnia ważona 300 m³ CH₄/t s.m.o.
300 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 3 badań
≈52 %
Słoma sorgo (łodygi i liście po zbiorze ziarna) — BMP: 9 badań, średnia ważona 334 m³ CH₄/t s.m.o.
334 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 9 badań
dobry — ocena redakcji dla biogazowni≈52 %
Słoma jęczmienna — BMP: 8 badań, średnia ważona 238 m³ CH₄/t s.m.o.
238 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 8 badań
dobry — ocena redakcji dla biogazowni≈52 %
Tytoń – łodygi — BMP: 2 badania, średnia ważona 139 m³ CH₄/t s.m.o.
139 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 2 badań
≈52 %