Słoma ryżowa i gnojowica świń: biologiczna obróbka mikroflorą celulolityczną daje 342 mL CH₄/g s.m.o.

Zespół z Uniwersytetu Rolniczego w Jiangxi (Nanchang, Chiny) pokazał, że krótka biologiczna obróbka mieszaniny słomy ryżowej i gnojowicy świńskiej mikroflorą celulolityczną zwiększa uzysk metanu o około 45%. W próbie obrobionej skumulowany uzysk wyniósł 342,35 mL CH₄/g s.m.o., a w kontroli 236,03 mL/g s.m.o. Praca ukazała się w Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (tom 8, 2020; publikacja online 4 lutego 2021 r.).

Jak zaprojektowano doświadczenie

Mieszaninę słomy ryżowej (51,15 g) i gnojowicy świńskiej (47,85 g) dobrano tak, by uzyskać stosunek C/N równy 30:1, uznawany za korzystny dla fermentacji. Obróbkę biologiczną prowadzono z udziałem 10% (v/v) mikroflory celulolitycznej w temperaturze 55 °C, bez mieszania, przez 30 godzin przy pH 7,6. Następnie fermentację beztlenową przeprowadzono w dziewięciu reaktorach o objętości 9 L (po trzy dla próby obrobionej, kontroli i ślepej próby z samym osadem), w warunkach mezofilowych (35 ± 0,5 °C) przez 15–20 dni, z mieszaniem 30 obr./min. Maksymalne obciążenie wyniosło 2,5 kg ChZT/(m³·d). Metan mierzono metodą wypierania wody, po usunięciu CO₂ i H₂S roztworem NaOH.

Wyniki

Poza skumulowanym uzyskiem autorzy dopasowali modele kinetyczne: zmodyfikowany model Gompertza dał M_max 350,79 mL/g s.m.o. dla próby obrobionej i 241,82 dla kontroli; model pierwszego rzędu odpowiednio 321,78 i 231,13. Maksymalna szybkość produkcji metanu wzrosła z 24,60 do 45,36 mL/(g s.m.o.·d), a faza zwłoki skróciła się z 2,43 do 1,79 doby. Stała hydrolizy (k) wzrosła z 0,26 do 0,46 d⁻¹, a czas osiągnięcia 90% wydajności skrócił się z 10,7 do 8,92 doby. Dopasowanie modelu Gompertza wyniosło R² 0,996–0,997, a modelu pierwszego rzędu 0,966–0,973.

Dlaczego to ważne dla BMP

Wynik 342 mL CH₄/g s.m.o. dotyczy mieszaniny słoma–gnojowica po obróbce, a nie czystej słomy. Nie nadaje się więc do wpisania jako BMP słomy ryżowej; to wartość dla konkretnej kompozycji. Jednocześnie stałe kinetyczne są cenne dla projektantów, bo pokazują, że obróbka skraca czas zatrzymania, a nie tylko podnosi plon końcowy.

Ograniczenia

Test wykonano w skali laboratoryjnej, z jednym rodzajem inokulum (300 g osadu beztlenowego). Przeniesienie wyników do skali przemysłowej wymaga weryfikacji energetycznej (ogrzewanie do 55 °C przez 30 godzin) i kosztów utrzymania kultur mikroorganizmów; autorzy przedstawili własny bilans energetyczny, którego wartości w tekście źródła nie są spójne, dlatego ich nie przytaczamy.

Co to oznacza dla Polski/Europy

Kofermentacja słomy ze świńską gnojowicą jest wykonalna również w polskich warunkach, ale większość badań wskazuje, że prostsze metody — rozdrobnienie, stabilne zasilanie i dostosowanie czasu retencji — dają dobry efekt przy niższych kosztach. Chińska praca jest przykładem kierunku badań nad biologicznymi technikami hydrolizy.