Słoma ryżowa i obornik w badaniach japońskich: BMP, współfermentacja i inokulum

Słoma ryżowa jest w Japonii jednym z najważniejszych odpadów rolniczych, a jej wykorzystanie energetyczne bada się od lat. Poniżej trzy prace z różnych dekad: pomiary potencjału metanowego z 1999 r., badanie współfermentacji paszowego ryżu z 2012 r. i stałofazowa współfermentacja termofilowa z 2022 r.

BMP z 1999 r.: obornik, słoma i odpady poubojowe

Katou i Noike (Journal of the Japan Society of Waste Management Experts, 1999) badali fermentację beztlenową odpadów rolniczych i hodowlanych. Wydajność metanu (Nml CH₄/g s.m.o.) wyniosła: obornik świński 236, obornik bydlęcy 158, obornik drobiowy 320, narządy wewnętrzne świń 705, słoma ryżowa 264 i wytłoki z pomarańczy 536. Autorzy stwierdzili, że słoma ryżowa i wytłoki z pomarańczy są szczególnie przydatne do odzysku energii w sezonie zimowym. W studium przypadku instalacji przerabiającej obornik świński (35 tys. sztuk dziennie), obornik bydlęcy (1,5 tys. sztuk dziennie), narządy wewnętrzne świń (4,2 t dziennie) i wytłoki z pomarańczy (30 t dziennie) łączna produkcja metanu wynosiła 8400 Nm³ dziennie, z czego 6400 Nm³ dziennie stanowiła nadwyżka, możliwa do wykorzystania bez ogrzewania procesu. Pozostałością były ciecz nadosadowa (300 m³ dziennie) i odwodniony poferment (60 t dziennie); ciecz wymagała dalszego oczyszczania (nitryfikacja i denitryfikacja) z powodu wysokiego stężenia amoniaku, ale po częściowym użyciu okazała się skutecznym nawozem płynnym, a poferment – także przydatnym nawozem.

Paszowy ryż nawożony odchodami (2012)

Zhou, Iino, Nakashimada i Hosomi (Water Science & Technology 66(2), 2012) badali na polach ryżowych w Japonii trzy odmiany ryżu paszowego, nawożone płynnym odchodem bydlęcym; nawożenie odchodami może zmniejszyć zapotrzebowanie na nawozy mineralne, a słoma nadaje się do produkcji biogazu. Całkowity potencjał metanowy odmiany Leafstar był wyższy niż pozostałych, a jej faza opóźnienia (lag) znacznie krótsza. Współfermentacja pozostałości po fermentacji etanolowej ze słomą Leafstar wykazała, że stężenie N-NH₄⁺ maleje wraz ze wzrostem C/N, a potencjał metanowy mieszaniny był wyższy niż pozostałości etanolowej lub słomy użytych osobno. Autorzy uznali Leafstar za obiecującą odmianę dla systemów recyklingu zasobów rolniczych.

Odpady żywnościowe, słoma i łuska ryżowa (2022)

Shimizu i współautorzy (Journal of Material Cycles and Waste Management 24(6), 2022) prowadzili stałofazową współfermentację odpadów żywnościowych (FW) w termofilowych fermentorach. Hamowanie amoniakiem ograniczano dodatkiem sezonowej słomy ryżowej (RS) i całorocznej łuski ryżowej (RH), a rozkład biomasy lignocelulozowej przyspieszano dodatkiem treści żwacza bydlęcego jako źródła mikroorganizmów. Przy samych odpadach restauracyjnych (średnie C/N = 13) gromadzenie się amoniaku obniżało produkcję metanu. Metan powstawał stabilnie, gdy RS i RH zmieszano z FW w stosunku sucha masa 2,0 (30–40 proc. s.m., obciążenie 5,08 kg s.m.o./m³·d). Wydajności metanu wyniosły: FW 0,573 m³/kg s.m.o., RS 0,259 m³/kg s.m.o. (podobnie jak BMP tych substratów), a RH 0,115 m³/kg s.m.o. (więcej niż BMP). W osadzie dominowały metanogeny hydrogenotroficzne Methanoculleus i Methanothermobacter.

Jak ostrożnie czytać liczby

• Wartości z różnych prac różnią się metodą (BMP vs. testy w reaktorze), inokulum, temperaturą i jednostką (mL/g s.m.o. vs. m³/kg s.m.o.).
• Przeliczenia: 0,259 m³/kg s.m.o. to 259 mL/g s.m.o., czyli bardzo blisko wyniku 264 z pracy z 1999 r. dla słomy ryżowej.
• Niska wydajność obornika bydlęcego (158) w porównaniu ze słomą (264) i odpadami żywnościowymi (573 w reaktorze) pokazuje, że obornik jest raczej buforem i źródłem mikroflory niż głównym źródłem metanu.

Wnioski dla praktyki

1. Słoma ryżowa to substrat o umiarkowanym BMP (ok. 260 mL/g s.m.o. w obu pracach), który dobrze łączy się z substratami bogatymi w azot.
2. Współfermentacja poprawia bilans C/N i ogranicza hamowanie amoniakiem (2012 i 2022).
3. Przy planowaniu inwestycji należy opierać się na własnych badaniach BMP próbek z danego gospodarstwa, a literatura służy do wyznaczenia zakresu.