Metodologia Kontakt
Kwitnące rośliny topinamburu (Helianthus tuberosus) z żółtymi koszyczkami i szorstkimi, zielonymi liśćmi.

Badania BMPUprawy energetyczne i całe rośliny (GPS)

Topinambur (słonecznik bulwiasty) – biomasa — BMP: 11 badań, średnia ważona 384 m³ CH₄/t s.m.o.

Topinambur (słonecznik bulwiasty) jako biomasa nadziemna to wieloletnia roślina o dużym plonie zielonej masy. W zestawieniu występują wyniki z kilku prac, głównie dla części nadziemnych.

ocena: dobryCH₄ 65 %

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. JackyM59 / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 4.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
384m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
252–680m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
11badań
Publikacje
5źródeł
Temperatury
35 °C, 36 °C, 37 °C, 38 °Ctestu

Metan w biogazie

Wysoka zawartość metanu · ≈ 6,5 kWh/m³ biogazu

pomiar średnia z 2 badań BMP, zakres 61,1–68,4 %; w teście okresowym udział CH₄ bywa wyższy niż w instalacji.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

dobry — ocena redakcji dla biogazowniStabilny, zwykle przyjmowany bez opłat

Potencjał na tonę masy świeżej wysoki (94 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: zakwaszenie. Bez dodatkowych wymagań obsługi.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę +2

  • +2potencjał 94 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 384 × s.m. 27,1 % × s.m.o. 90 %)

Stabilność procesu −0,5

  • −0,5zakwaszenie: szybki rozkład / kwaśny odczyn, ryzyko kumulacji LKT, wymaga buforu

Obsługa i koszty 0

  • 0brak czynników

Suma punktów: 1,5 · 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 11 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Topinambur (słonecznik bulwiasty) – biomasaSkumulowana produkcja metanu w czasie dla 11 rekordów oraz średnia ważona 384 m³ CH₄/t s.m.o.. 11 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).02004006008000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Lehtomaki (2006) · 1: 360 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Lehtomaki (2006) · 2: 370 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Zubr (1986) · 1: 301 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Zubr (1986) · 2: 309 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Gunnarson i in. (1985) · 1: 650 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Gunnarson i in. (1985) · 2: 680 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Luna-delRisco i in. (2011): 310 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Ruf i Emmerling (2018) · 1: 252 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Ruf i Emmerling (2018) · 2: 269 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Ruf i Emmerling (2018) · 3: 278 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Ruf i Emmerling (2018) · 4: 301 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia384

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 (384); 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
Lehtomaki (2006) · 1360—35 °C · mezofilowyczęści nadziemne (oryg.: „Jerusalem Artichoke”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Lehtomaki (2006) · 2370—35 °C · mezofilowyczęści nadziemne (oryg.: „Jerusalem Artichoke”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Zubr (1986) · 1 DOI30168,4 %35 °C · mezofilowyczęści nadziemne (oryg.: „Jerusalem artichoke”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Silage: Air tight glass jars , fermented 30-40 days at 20 oC.punkt końcowy (krzywa modelowa)
Zubr (1986) · 2 DOI30961,1 %35 °C · mezofilowyczęści nadziemne (oryg.: „Jerusalem artichoke”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Gunnarson i in. (1985) · 1 DOI650—37 °C · mezofilowyczęści nadziemne (oryg.: „Jerusalem artichoke”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Ensiledpunkt końcowy (krzywa modelowa)
Gunnarson i in. (1985) · 2 DOI680—37 °C · mezofilowyczęści nadziemne (oryg.: „Jerusalem artichoke”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Ensiledpunkt końcowy (krzywa modelowa)
Luna-delRisco i in. (2011)310—36 °C · mezofilowybiomasa (oryg.: „Jerusalem Artichoke”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Ruf i Emmerling (2018) · 1 DOI252—38 °C · mezofilowybiomasa (oryg.: „Jerusalem Artichoke”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Ruf i Emmerling (2018) · 2 DOI269—38 °C · mezofilowybiomasa (oryg.: „Jerusalem Artichoke”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Ruf i Emmerling (2018) · 3 DOI278—38 °C · mezofilowybiomasa (oryg.: „Jerusalem Artichoke”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Ruf i Emmerling (2018) · 4 DOI301—38 °C · mezofilowybiomasa (oryg.: „Jerusalem Artichoke”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona38464,8 %średnia arytmetyczna 371, SD 150

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
27,1% (zakres 13,6–91,1)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
90 % s.m. (zakres 83–95,2)
Azot
0,7 % s.m.
Stosunek C/N
49

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: CROPGEN D4, MY-D); sucha masa: 10 oznaczeń, sucha masa organiczna: 6 oznaczeń. Zakres s.m. obejmuje próbki świeże oraz podsuszone/suszone przed testem – dla materiału świeżego właściwa jest dolna część zakresu, najlepiej pomiar własny.

Źródła: Lehtomaki (2006); Zubr (1986); Gunnarson i in. (1985); Luna-delRisco i in. (2011); Ruf i in. (2018).

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

Właściwości procesowe

  • sezonowy
  • łatwo rozkładalny
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w bazie: średnia ważona 384 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 309; zakres 252–680; 11 rekordów z 5 źródeł).
  • Gunnarson 1985 oraz Lehtomäki 2006 opisują topinambur jako substrat biogazowy; bulwy i nać rozkładają się szybko.

Wady i ryzyka

  • Duży rozrzut (11 rekordów) między bulwami, naciami i terminami zbioru.
  • Szybki rozkład może zakwaszać układ przy dużym udziale (Chen 2008).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów dawki.

Wprowadzaj stopniowo, zaczynając od małej dawki i obserwując proces (np. FOS/TAC, pH, skład gazu).

Wymagania praktyczne

  • Przewidzieć usuwanie piasku i ciężkich zanieczyszczeń: piasek bywa mocno związany z materią organiczną i uwalnia się dopiero w komorze, a osady zmniejszają jej pojemność użytkową, więc potrzebny jest zgarniacz lub spust denny (FNR 2010, rozdz. 3).
  • 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. Chen, Y.; Cheng, J.J.; Creamer, K.S. (2008) Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology
  2. Weiland, P. (2010) Biogas production: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology
  3. Lehtomaki, A. Viinikainen, T.A. Rintala, J.A (2006) Screening boreal energy crops and crop residues for methane biofuel production. Submitted to Biomass and Bioenergy
  4. Zubr, J. (1986) Methanogenic fermentation of fresh and ensiled plant materials. Biomass 11(3), 159–171
  5. Gunnarson, S.; Malmberg, A.; Mathisen, B.; Theander, O.; Thyselius, L.; Wünsche, U. (1985) Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) for biogas production. Biomass 7(2), 85–97
  6. Luna-delRisco, M.; Normak, A.; Orupõld, K. (2011) Biochemical methane potential of different organic wastes and energy crops from Estonia. Agronomy Research 9(1–2), 331–342
  7. Ruf, T.; Emmerling, C. (2018) Site-adapted production of bioenergy feedstocks on poorly drained cropland through the cultivation of perennial crops. A feasibility study on biomass yield and biochemical methane potential. Biomass and Bioenergy 119, 429–435
  8. FNR (2010). Guía sobre el Biogás – Desde la producción hasta el uso (hiszp. wydanie „Leitfaden Biogas”, GIZ 2013)
  9. 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

Topinambur, czyli słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus), pochodzi z Ameryki Północnej i jest uprawiany dla bulw jadalnych oraz paszowych, a w badaniach energetycznych także dla biomasy. Roślina jest wysoka, szybko rośnie i daje duży plon zielonej masy nadziemnej. Zestawienie zawiera rekordy z kilku prac z lat osiemdziesiątych i późniejszych: głównie dla części nadziemnych oraz dla biomasy bez dokładniejszego określenia, w warunkach od 35 do 38 °C.

Właściwości istotne dla fermentacji

Zielona masa topinamburu jest wilgotna, a w miarę dojrzewania łodygi stają się zdrewniałe i bogate w ligninę. Bulwy zawierają inulinę, wielocukier łatwo fermentowalny, ale ich uwzględnienie to odrębny temat i nie jest przedmiotem tego opisu. Części nadziemne mają umiarkowane białko i znaczną ilość włókna. Zakiszanie jest możliwe, najlepiej w fazie przed kwitnieniem. Rozdrobnienie jest niezbędne ze względu na grube łodygi. Plantacja jest wieloletnia, ale bulwy mogą odrastać po likwidacji, co bywa kłopotliwe w płodozmianie.

Jak czytać rozrzut wyników

Zbiór biomasy nadziemnej w różnych terminach, odmianach i regionach daje szeroki zakres składu. Prace z lat osiemdziesiątych używały odmiennych protokołów niż późniejsze, a sposoby przeliczania na warunki normalne nie zawsze były jednakowe. Dochodzą rozdrobnienie, forma materiału, inokulum, stosunek substratu do inokulum i długość testu. Nie wszystkie opisy rekordów wskazują wprost, czy badano wyłącznie biomasę nadziemną, a nie bulwy, co też trzeba brać pod uwagę.

W praktyce biogazowni

Topinambur jest uprawą niszową, ciekawą jako wieloletnia roślina energetyczna dla gorszych gleb. Biomasę nadziemną zbiera się sieczkarnią i zakisza. Bulwy, jeśli są zbierane, mają inne właściwości i inne zastosowania, na przykład paszowe i przemysłowe. W dawce zielona masa zachowuje się jak inne kiszonki roślinne, z potrzebą kontroli kożucha. Przed założeniem plantacji należy uwzględnić ryzyko niekontrolowanego odrastania i porównać opłacalność z innymi uprawami. Test BMP własnej partii jest zalecany. Przy porównywaniu z innymi roślinami energetycznymi trzeba pamiętać, że topinambur najczęściej rozważano ze względu na bulwy, a biomasa nadziemna jest produktem ubocznym. Bilans ekonomiczny uprawy zależy więc od tego, czy bulwy znajdą zbyt, czy plantacja ma służyć wyłącznie biogazowi.

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 = 0,085 d−1 (mediana z: stałe k podane w źródłach: Tong i in. (1990): 1× (mediana 0.090 d⁻¹); Chynoweth i in. (1993): 36× (mediana 0.085 d⁻¹); Deren i in. (1991): 3× (mediana 0.080 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. Lehtomaki, A. Viinikainen, T.A. Rintala, J.A (2006). Screening boreal energy crops and crop residues for methane biofuel production. Submitted to Biomass and Bioenergy.
  2. Zubr, J. (1986). Methanogenic fermentation of fresh and ensiled plant materials. Biomass 11(3), 159–171. DOI: 10.1016/0144-4565(86)90064-8 DOI
  3. Gunnarson, S.; Malmberg, A.; Mathisen, B.; Theander, O.; Thyselius, L.; Wünsche, U. (1985). Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) for biogas production. Biomass 7(2), 85–97. DOI: 10.1016/0144-4565(85)90036-8 DOI
  4. Luna-delRisco, M.; Normak, A.; Orupõld, K. (2011). Biochemical methane potential of different organic wastes and energy crops from Estonia. Agronomy Research 9(1–2), 331–342. https://www.semanticscholar.org/paper/25cf2d7bba4758136830a9a02caf3ecd997173bb źródło
  5. Ruf, T.; Emmerling, C. (2018). Site-adapted production of bioenergy feedstocks on poorly drained cropland through the cultivation of perennial crops. A feasibility study on biomass yield and biochemical methane potential. Biomass and Bioenergy 119, 429–435. DOI: 10.1016/j.biombioe.2018.10.007 DOI

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Uprawy energetyczne i całe rośliny (GPS)”