Badania BMPSłomy i resztki pożniwne

Tytoń – łodygi — BMP: 2 badania, średnia ważona 139 m³ CH₄/t s.m.o.

Łodygi tytoniu to lignocelulozowy odpad po zbiorze liści; surowe dają w literaturze około 130-148 m³ CH₄/t s.m.o., a wyraźnie więcej dopiero po obróbce wstępnej.

CH₄ ≈ 52 % (szacunek)

Opublikowano 21 czerwca 2021Zaktualizowano 29 października 20263 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. Emw / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 3.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona: 139m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres: 130–148m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy: 2badania
Publikacje: 2źródła
Temperatury: —testu

Metan w biogazie

≈51–54% CH₄

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,2 kWh/m³ biogazu

szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (przewaga węglowodanów (brak cech białka i tłuszczu)) i wydajności grup związków wg FNR.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

brak oceny — ocena redakcji dla biogazowni

Brak oceny: brak suchej masy lub suchej masy organicznej w danych. Ocenę liczymy, gdy znamy suchą masę i suchą masę organiczną materiału.

Ocena redakcji wg metodyki

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 2 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 (139); 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
Li i in. (2019) DOI	130	—	łodygi tytoniu, odmiana Yunyan114 (najwyższy wynik z 4 odmian badanych w pracy), Chiny (oryg.: „Nicotiana tabacum L. Yunyan114 (tobacco stalk)”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Zhang i in. (2020) DOI	148	—	łodygi tytoniu TS116 bez obróbki, wariant o najwyższym wyniku w serii obciążenie × F/I (praca tego samego zespołu co Li i in. 2019, inny eksperyment), Chiny (oryg.: „Tobacco stalk TS116 (untreated, OL 20.2 g VS/L, F/I 1.1)”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona	139	średnia arytmetyczna 139, SD 13

Właściwości procesowe

włóknisty
wolny rozkład
sezonowy
klasyfikacja redakcji

Zalety

Wydajność metanowa w kompendium: 130,2–148,1 m³ CH₄/t s.m.o., 2 rekordy z 2 prac (średnia ważona 139,1).
Alkaliczna obróbka wstępna nadtlenkiem wodoru (7% AHP) zwiększyła wydajność łodyg tytoniu o 105,6% do 350,7 m³ CH₄/t s.m.o. (biodegradowalność 81,4%) w teście okresowym (Zhang i in. 2020).
Poferment można stosować na grunty uprawne z roślinami psiankowatymi: wirus CMV inaktywowano w warunkach mezo- i termofilowych, a TMV tylko termofilowo po ponad 20 dniach (Liu i in. 2015).

Wady i ryzyka

Niska wydajność surowych łodyg; odmiany z mniejszą zawartością ligniny dawały więcej metanu (Li i in. 2019).
Opór lignocelulozy ogranicza efektywność fermentacji; wymagana obróbka wstępna (Wang i in. 2024).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

dobrze łączyć
grupa: Odchody zwierzęce (gnojowica, obornik, pomiot)
Najwyższy wynik dla łodyg tytoniu osiągnięto w kofermentacji ze słomą pszenną i gnojowicą świńską (Liu i in. 2015).^[1]

Dawkowanie

Brak źródłowych limitów udziału w mieszance. Liu i in. (2015): najwyższą wydajność łodyg tytoniu (0,163 m3 CH4/kg s.m.o., usunięcie s.m.o. 59,1%) uzyskano w kofermentacji ze słomą pszenną i gnojowicą świńską w 35 °C. Literatura w sprawdzonych streszczeniach nie podaje progu inhibicji nikotyną.

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

Wymagania praktyczne

Obróbka wstępna alkaliczna nadtlenkiem wodoru (AHP) była najskuteczniejsza spośród testowanych (AHP, NaOH, KOH, Ca(OH)2, HCl, kwas szczawiowy) (Zhang i in. 2020).
Do pofermentu przeznaczonego pod uprawy psiankowate stosować fermentację termofilową co najmniej 20 dni, bo TMV nie ginie w mezofilii (Liu i in. 2015).

Źródła danych procesowych

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Łodygi tytoniu (Nicotiana tabacum) to zdrewniała część rośliny, która zostaje na polu lub przy suszarni po zbiorze liści. Największe ilości powstają w Chinach, gdzie według autorów badań odpad ten bywa przyczyną poważnego zanieczyszczenia środowiska, gdy jest składowany lub spalany. W Polsce uprawa tytoniu jest niewielka i skoncentrowana regionalnie, więc strumień ma charakter lokalny. W zestawieniu są dwa rekordy z dwóch prac chińskich: łodygi odmiany Yunyan114 (130,2 m³ CH₄/t s.m.o.; Li i in. 2019) oraz łodygi TS116 bez obróbki w najlepszym wariancie obciążenia i stosunku substratu do inokulum (148,1 m³ CH₄/t s.m.o.; Zhang i in. 2020). Wartości pochodzą ze streszczeń publikacji.

Właściwości istotne dla fermentacji

Jest to typowa biomasa lignocelulozowa. Autorzy pierwszej pracy porównali cztery odmiany łodyg i wskazali, że najlepszy wynik uzyskała ta o mniejszej zawartości ligniny, co potwierdza, że to lignina ogranicza dostępność celulozy dla bakterii. Opór struktury lignocelulozowej jest też głównym ograniczeniem wskazywanym w pracy o obróbce mikroaerobowej słomy tytoniowej (Wang i in. 2024). Obróbka wstępna działa wyraźnie: w pracy Zhang i in. (2020) spośród testowanych metod (nadtlenek wodoru w środowisku alkalicznym, NaOH, KOH, Ca(OH)2, HCl, kwas szczawiowy) najskuteczniejszy okazał się 7% alkaliczny nadtlenek wodoru, który podniósł wydajność o 105,6% do 350,7 m³ CH₄/t s.m.o. (biodegradowalność 81,4%). Te wartości dotyczą materiału po obróbce, więc nie są wliczane do rekordów surowego substratu.

Jak czytać rozrzut wyników

Dwa rekordy pochodzą z dwóch prac tego samego zespołu, ale z różnych eksperymentów i odmian, więc różnica 130-148 m³/t jest zgodna z oczekiwanym rozrzutem między odmianami. W streszczeniach nie podano temperatury ani czasu testu dla rekordów, a wartość Zhang i in. to najlepszy wariant z serii obciążenie × F/I, czyli wynik zoptymalizowany, a nie typowy. Z tej przyczyny średnia ważona (około 139 m³/t) jest tylko orientacyjnym punktem odniesienia. Na wynik wpływają też udział liści i kory, stopień rozdrobnienia, zawartość ligniny i długość testu.

W praktyce biogazowni

Monofermentacja surowych łodyg jest mało atrakcyjna ze względu na niską wydajność. Najwyższy wynik w kofermentacji (0,163 m3 CH4/kg s.m.o.) uzyskano ze słomą pszenną i gnojowicą świńską w 35 °C, przy usunięciu s.m.o. łodyg na poziomie 59,1% (Liu i in. 2015). Ta sama praca pokazuje ważną kwestię higieniczną: wirus mozaiki ogórka (CMV) ginął zarówno w warunkach mezofilowych, jak i termofilowych, natomiast wirus mozaiki tytoniu (TMV) tylko w fermentacji termofilowej trwającej ponad 20 dni. Jeśli poferment ma trafić na uprawy psiankowate (np. ziemniaki, pomidory), należy to uwzględnić. Przed projektem konieczny jest własny test BMP na konkretnej partii.

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

Bibliografia

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.