Badania BMPUprawy energetyczne i całe rośliny (GPS)
Trawa słoniowa (Pennisetum purpureum, napier) — BMP: 35 badań, średnia ważona 253 m³ CH₄/t s.m.o.
Trawa słoniowa (napier) to tropikalna trawa o bardzo dużym plonie biomasy, badana jako roślina energetyczna. Zestawienie obejmuje różne fazy wzrostu, frakcje liści i kiszonkę.
ocena: dobryCH₄ ≈ 54 % (szacunek)
Fot. Salil Kumar Mukherjee / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 4.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie
.jpg){kind=link}
- Średnia ważona
- 253m³ CH₄/t s.m.o.
- Zakres
- 98–372m³ CH₄/t s.m.o.
- Rekordy
- 35badań
- Publikacje
- 6źródeł
- Temperatury
- 35 °C, 37 °Ctestu
Metan w biogazie
Średnia zawartość metanu · ≈ 5,3 kWh/m³ biogazu
szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (białko z azotu ogólnego (N 2,1 % 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 wysoki (83 m³ CH₄/t); bez szczególnych zagrożeń dla stabilności. Koszty obsługi: włókna, kożuch.
Dlaczego? Czynniki oceny
Potencjał na tonę +2
- +2potencjał 83 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 253 × s.m. 37,8 % × s.m.o. 87,2 %)
Stabilność procesu 0
- 0brak czynników
Obsługa i koszty −0,5
- −0,5włókna, kożuch — rozdrabnianie i intensywne mieszanie
Suma punktów: 1,5 · progi: ≥ 2,5 bardzo dobry, ≥ 1 dobry, poniżej — neutralny; negatywny przy skumulowanym ryzyku procesu.
Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV
Krzywe BMP z 35 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 (253); kropki oznaczają wartości końcowe podane w publikacjach. Wskaż wykres, aby odczytać wartości; kliknij pozycję legendy, aby ukryć lub pokazać rekord.
Pokaż pozostałe rekordy w legendzie (23)
Rekordy i źródła
Pobierz CSV| Źródło | BMP m³ CH₄/t s.m.o. | Temperatura | Próbka | Krzywa |
|---|---|---|---|---|
| Tong i in. (1990) DOI | 288 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: air dried | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 1 DOI | 191 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: brak (oznaczenie próbki w źródle: R2) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 2 DOI | 221 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 3 DOI | 231 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Dried to 20% moisture R9 | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 4 DOI | 238 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 5 DOI | 247 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Dried to 20% moisture R5 | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 6 DOI | 248 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 7 DOI | 249 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 8 DOI | 251 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Dried 40% moisture -R8 | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 9 DOI | 255 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Dried 40% moisture -R3 | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 10 DOI | 257 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 11 DOI | 258 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 12 DOI | 260 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 13 DOI | 264 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Ensiled | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 14 DOI | 274 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: brak (oznaczenie próbki w źródle: R3) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 15 DOI | 291 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 16 DOI | 294 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Chynoweth i in. (1993) · 17 DOI | 310 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „Napier grass”) · obróbka: przygotowanie/przechowanie: Ensiled | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Dahunsi (2019) · 1 DOI | 200 | 37 °C · mezofilowy | kiszonka (oryg.: „grass silage Pennisetum puroureum”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Dahunsi (2019) · 2 DOI | 202 | 37 °C · mezofilowy | kiszonka (oryg.: „grass silage Pennisetum puroureum”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Gunaseelan (2004) · 1 DOI | 342 | 35 °C · mezofilowy | frakcja: pochwa liściowa (wydzielona eksperymentalnie) (oryg.: „NapierGrass Sheath”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Gunaseelan (2004) · 2 DOI | 372 | 35 °C · mezofilowy | frakcja: blaszka liściowa (wydzielona eksperymentalnie) (oryg.: „NapierGrass Lamina”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Kouas i in. (2017) DOI | 255 | 35 °C · mezofilowy | (oryg.: „napier grass”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 1 DOI | 98 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 8 (dojrzała) (oryg.: „Napier Grass growth stage 8”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 2 DOI | 103 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 8 (dojrzała) (oryg.: „Napier Grass growth stage 8”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 3 DOI | 112 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 8 (dojrzała) (oryg.: „Napier Grass growth stage 8”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 4 DOI | 121 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 6 (oryg.: „Napier Grass growth stage 6”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 5 DOI | 123 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 6 (oryg.: „Napier Grass growth stage 6”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 6 DOI | 150 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 6 (oryg.: „Napier Grass growth stage 6”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 7 DOI | 181 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 4 (oryg.: „Napier Grass growth stage 4”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 8 DOI | 189 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 4 (oryg.: „Napier Grass growth stage 4”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 9 DOI | 203 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 2 (oryg.: „Napier Grass growth stage 2”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 10 DOI | 217 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 4 (oryg.: „Napier Grass growth stage 4”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 11 DOI | 218 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 2 (oryg.: „Napier Grass growth stage 2”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Surendra i Khanal (2015) · 12 DOI | 236 | 37 °C · mezofilowy | faza wzrostu 2 (oryg.: „Napier Grass growth stage 2”) | punkt końcowy (krzywa modelowa) |
| Średnia ważona | 253 | średnia arytmetyczna 227, SD 65 | ||
Typowy skład
- Sucha masa (s.m.)
- 37,8% (zakres 16,1–81,5)
- Sucha masa organiczna (s.m.o.)
- 87,2 % s.m. (zakres 80,2–94,9)
- Azot
- 2,1 % s.m.
- Stosunek C/N
- 16,4
Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: CROPGEN D4, MY-D); sucha masa: 8 oznaczeń, sucha masa organiczna: 9 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); Dahunsi (2019); Gunaseelan (2004); Surendra i in. (2015).
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 253 m³ CH₄/t s.m.o. (mediana 238; zakres 98–372; 35 rekordów z 6 źródeł).
- Najlepiej opisana trawa tropikalna (35 rekordów): Surendra 2015 pokazuje, że wydajność maleje z dojrzałością (2-miesięczna 219 vs 8-miesięczna 104 m³/t s.m.o.) oraz że sito 6 mm daje wyższe wydajności niż 10 i 20 mm.
Wady i ryzyka
- Późny zbiór drastycznie obniża wydajność (Surendra 2015).
Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać
- dobrze łączyć
grupa: Odchody zwierzęce (gnojowica, obornik, pomiot)
Współfermentacja z odchodami (gnojowica/obornik) to standardowy układ dla biomasy roślinnej: dostarczają zasadowości i mikroflory.[1][2]
Dawkowanie
Brak źródłowych limitów dawki.
Wymagania praktyczne
- Rozdrobnienie do ok. 6 mm (Surendra 2015)
Źródła danych procesowych
- Surendra, K.; Khanal, S.K. (2015) Effects of crop maturity and size reduction on digestibility and methane yield of dedicated energy crop. Bioresource Technology 178, 187–193
- Weiland, P. (2010) Biogas production: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology
- Tong, X.; Smith, L.H.; McCarty, P.L. (1990) Methane fermentation of selected lignocellulosic materials. Biomass 21(4), 239–255
- 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
- Dahunsi, S. (2019) Mechanical pretreatment of lignocelluloses for enhanced biogas production: Methane yield prediction from biomass structural components. Bioresource Technology 280, 18–26
- Gunaseelan, V. (2004) Biochemical methane potential of fruits and vegetable solid waste feedstocks. Biomass and Bioenergy 26(4), 389–399
- Hendriks, A.T.W.M.; Zeeman, G. (2009) Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology
- Kouas, M.; Torrijos, M.; Sousbie, P.; Steyer, J.P.; Sayadi, S.; Harmand, J. (2017) Robust assessment of both biochemical methane potential and degradation kinetics of solid residues in successive batches. Waste Management 70, 59–70
Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.
Czym jest i skąd się bierze
Trawa słoniowa (napier grass, Pennisetum purpureum, obecnie także Cenchrus purpureus) to wieloletnia trawa tropikalna osiągająca kilka metrów wysokości. Jest uprawiana jako pasza w Afryce, Azji i Ameryce, a w badaniach nad biogazem uchodzi za jedną z najbardziej plennych roślin energetycznych. Zestawienie obejmuje kilkadziesiąt rekordów z kilku prac, w tym z programu amerykańskiego z lat dziewięćdziesiątych, pracy opisującej kolejne fazy wzrostu i frakcje (blaszka i pochwa liściowa) oraz kiszonkę, w warunkach 35 do 37 °C.
Właściwości istotne dla fermentacji
Biomasa trawy słoniowej jest bardzo zmienna w zależności od wieku: młode pędy są soczyste i łatwo strawne, a dojrzałe zdrewniałe i bogate w ligninę. Wzrost zawartości włókna zmniejsza tempo hydrolizy. Zawartość białka jest niska, więc C/N jest wysokie. Zielona masa ma wysoką wilgotność i szybko się psuje, dlatego stosuje się zakiszanie. Jest to trawa C4 z dużą ilością krzemionki w liściach, która zwiększa ścieralność sprzętu. Rozdrobnienie jest niezbędne, a mieszanie z gnojowicą poprawia bilans azotu.
Jak czytać rozrzut wyników
Największy wpływ ma faza wzrostu w chwili zbioru, widoczna w pracy, która porównuje kolejne stadia. Dalej wpływają frakcja (blaszki, pochwy, cała roślina), forma materiału (świeża masa, kiszonka), odmiana, nawożenie i klimat. Część rekordów pochodzi z jednej serii, zatem nie są niezależne. Dochodzą parametry testu: inokulum, stosunek substratu do inokulum i długość inkubacji. Dlatego pojedynczy wynik odnosi się do konkretnej fazy lub frakcji, a nie do całej kategorii.
W praktyce biogazowni
W warunkach polskich trawa słoniowa nie jest dostępna jako lokalny substrat, bo nie przezimuje. Jest ważnym punktem odniesienia dla innych traw energetycznych oraz substratem w regionach tropikalnych, gdzie jej plony pozwalają na kilka pokosów w roku. Zbiera się ją w fazie przed pełnym zdrewnieniem, rozdrabnia i zakisza. W dawce, podobnie jak inne trawy, wymaga mieszania i uzupełnienia azotu. Podstawą decyzji powinien być test BMP z opisem fazy zbioru.
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.
Wyniki po obróbce wstępnej (4) — poza średnią
| Źródło | BMP m³ CH₄/t s.m.o. | Obróbka | Próbka |
|---|---|---|---|
| Dahunsi (2019) | 312 | physical | (oryg.: „grass silage Pennisetum puroureum”) |
| Dahunsi (2019) | 320 | physical | (oryg.: „grass silage Pennisetum puroureum”) |
| Dahunsi (2019) | 387 | physical | (oryg.: „grass silage Pennisetum puroureum”) |
| Dahunsi (2019) | 366 | physical | (oryg.: „grass silage Pennisetum puroureum”) |
Bibliografia
- 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
- 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
- Dahunsi, S. (2019). Mechanical pretreatment of lignocelluloses for enhanced biogas production: Methane yield prediction from biomass structural components. Bioresource Technology 280, 18–26. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.02.006 DOI
- Gunaseelan, V. (2004). Biochemical methane potential of fruits and vegetable solid waste feedstocks. Biomass and Bioenergy 26(4), 389–399. DOI: 10.1016/j.biombioe.2003.08.006 DOI
- Kouas, M.; Torrijos, M.; Sousbie, P.; Steyer, J.P.; Sayadi, S.; Harmand, J. (2017). Robust assessment of both biochemical methane potential and degradation kinetics of solid residues in successive batches. Waste Management 70, 59–70. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.09.001 DOI
- Surendra, K.; Khanal, S.K. (2015). Effects of crop maturity and size reduction on digestibility and methane yield of dedicated energy crop. Bioresource Technology 178, 187–193. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.09.055 DOI
Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.
Inne substraty z grupy „Uprawy energetyczne i całe rośliny (GPS)”
Kiszonka z kukurydzy (cała roślina) — BMP: 82 badania, średnia ważona 341 m³ CH₄/t s.m.o.
341 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 82 badań
bardzo dobry — ocena redakcji dla biogazowni59 %
Pennisetum hybrydowy (P. americanum × P. purpureum) — BMP: 18 badań, średnia ważona 266 m³ CH₄/t s.m.o.
266 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 18 badań
neutralny — ocena redakcji dla biogazowni≈52 %
Rożnik przerośnięty (Silphium perfoliatum) — BMP: 8 badań, średnia ważona 257 m³ CH₄/t s.m.o.
257 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 8 badań
dobry — ocena redakcji dla biogazowni≈52 %
Trawa sudańska (sorgo sudańskie) — BMP: 4 badania, średnia ważona 250 m³ CH₄/t s.m.o.
250 m³ CH₄/t s.m.o. średnia ważona z 4 badań
dobry — ocena redakcji dla biogazowni≈52 %