Winasa i placek filtracyjny: dlaczego brazylijskie cukrownie łączą biogaz z nawożeniem pól

Winasa i placek filtracyjny to dwa strumienie odpadowe brazylijskiego przemysłu cukrowo-etanolowego, które tradycyjnie wraca na pola trzciny jako nawóz, a obecnie coraz częściej jest też surowcem biogazowym. Fermentacja beztlenowa odzyskuje z nich część energii w postaci metanu, a składniki nawozowe, zwłaszcza potas, azot i fosfor, w dużej mierze pozostają w pofermencie i mogą być nadal stosowane w polu.

Skąd pochodzą te materiały

Winasa (po portugalsku vinhaça) jest ciekłą pozostałością po destylacji brzeczki fermentacyjnej i wytwarza się jej wiele razy więcej niż etanolu – według pracy w Brazilian Journal of Microbiology na litr etanolu z trzciny przypada 8–18 litrów winasy, która opuszcza kolumnę destylacyjną w temperaturze ok. 90 °C, ma pH 3–4 i składa się w 94–97 proc. z wody. Placek filtracyjny (torta de filtro) to stały osad z filtracji soku trzcinowego. Dodatkowe strumienie to bagasa (włókniste pozostałości po wytłoczeniu soku) i słoma, które są używane głównie energetycznie lub jako surowiec pomocniczy.

Tradycyjnie: fertygacja

W Brazylii winasa jest rozprowadzana na polach trzciny jako nawóz płynny (fertirrigação), co dostarcza roślinom potasu i innych składników oraz wody. Praktyka ta ma jednak ograniczenia: duże objętości są kosztowne w transporcie, a nadmierne stosowanie może prowadzić do zasolenia gleby lub przenikania składników do wód.

Co dodaje biogaz

Fermentacja beztlenowa pozwala zamienić część zawartej w winasie materii organicznej na biogaz. Badania laboratoryjne i pilotażowe pokazują zróżnicowane wydajności: w badaniu odpadów trzciny (winasa, placek filtracyjny, bagasa, słoma) wydajności metanu wahały się od 5 do 181 Nm³ na tonę świeżej masy, a w reaktorach UASB na winasie największe wydajności wyniosły 0,181 i 0,185 L CH₄ na gram usuniętego ChZT. Różnice wynikają z odmiennych właściwości materiałów i sposobu prowadzenia procesu.

Poferment: co się zmienia

Fermentacja nie usuwa potasu i większości składników mineralnych, a częściowo przekształca azot organiczny w formy bardziej dostępne dla roślin. Dzięki temu poferment ze zdolnością fertygacji pozostaje wartościowy. Dochodzi do tego mniejsza uciążliwość zapachowa i niższy ładunek organiczny trafiający na pole. Zmienia się też charakter materiału: poferment wymaga zarządzania pH i magazynowania, a jego dawkowanie trzeba dostosować do potrzeb roślin, tak aby nie przekraczać zalecanych ilości potasu.

Przykład przemysłowy

Raízen uruchomił w 2020 r. w Guariba (SP) przy zakładzie Bonfim elektrownię biogazową o mocy 21 MW, zasilaną winasą i plackiem filtracyjnym.

Jak rozwiązuje się rozcieńczenie

Winasa ma małe stężenie suchej masy, więc reaktory muszą być duże, a ładunek organiczny trzeba rozłożyć na odpowiednią objętość. Stosuje się reaktory o dużej zdolności zatrzymywania biomasy, takie jak UASB, które pozwalają przerabiać ciecze o niskiej zawartości części stałych przy krótkim czasie zatrzymania. Placek filtracyjny, jako materiał stały, wymaga innego podejścia: mieszania lub kofermentacji z płynem, aby uniknąć problemów z pompowaniem.

Bilans składników odżywczych

Przy projektowaniu zagospodarowania pofermentu trzeba uwzględnić, że potas pozostaje w całości w materiale. Dawkę ustala się na podstawie zawartości potasu w winasie i potrzeb roślin, a nie zawartości azotu. Dlatego plan nawożenia powinien opierać się na analizach chemicznych pofermentu, wykonywanych regularnie ze względu na zmienność surowca.

Rola w kampanii trzciny

Większość zakładów pracuje sezonowo, więc biogazownia przy cukrowni musi być zaprojektowana tak, by radzić sobie z okresami przerwy: albo magazynuje winasę, albo przetwarza inne substraty, albo akceptuje przestoje. Od tego zależy opłacalność inwestycji i wykorzystanie mocy.

W praktyce oznacza to konieczność wcześniejszego uzgodnienia, co dzieje się z winasą poza kampanią: czy jest składowana w zbiornikach, czy trafia bezpośrednio na pole, oraz czy biogazownia ma dodatkowe substraty (np. odpady z gorzelni lub inne strumienie rolne), które pozwolą utrzymać produkcję gazu przez cały rok. Ma to bezpośredni wpływ na dobór wielkości reaktora i zbiorników magazynowych.

Wyzwania

• Sezonowość — przerób trzciny trwa część roku, więc dostawy winasy są nierównomierne.
• Duże objętości i niskie stężenie — wymagają dużych reaktorów lub zagęszczania.
• Siarczany — winasa zawiera związki siarki, co zwiększa zawartość siarkowodoru w biogazie.
• Logistyka pofermentu — nawożenie musi być zgodne z wymaganiami środowiskowymi.

Co to oznacza dla Polski i Europy

W Polsce analogiczne strumienie to wywar gorzelniany i wytłoki z buraków cukrowych. Brazylijskie doświadczenia pokazują, że przemysł przetwórczy może łączyć wytwarzanie biogazu z obiegiem składników nawozowych, jeśli system obejmuje zarówno instalację, jak i plan agronomiczny dla pofermentu.