Ing. Lukáš Krátký. Školitel: doc. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D

VLIV MECHA ICKÉ DEZI TEGRACE PŠE IČ É SLÁMY

A VÝTĚŽ OST BIOPLY U Ing. Lukáš Krátký Školitel: doc. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. České Vysoké Učení Technické v Praze, Fakulta strojní, Ústav procesní a zpracovatelské techniky, Technická 4, 166 07 Praha 6, email: [email protected]

Abstrakt V současné době se k mechanické dezintegraci biomasy v technologiích výroby biopaliv využívají zařízení, která pracují na principu působení smykových (koloidní mlýny, extrudéry) či střihových sil (nožové, úderové mlýny). Jejich nevýhodou je ale jak jejich omezené použití dané vlhkostí biomasy, tak především vysoká energetická náročnost dezintegrace. Ve spolupráci s firmou Prokop Invest byl proto vyvinut zcela unikátní universální mlýn, který je primárně určen k drcení biomasy s lignocelulózovým základem. Cílem nového technického řešení mlýnu bylo primárně snížit energetickou náročnosti dezintegrace ve vztahu k dosažení požadované velikosti částic, zaručit zvýšení biodegradability biomasy a tím i výtěžnosti bioplynu a učinit tak mechanickou dezintegraci biomasy finančně nenáročnou technologií předúpravy. Testovací experimenty maceračního mlýnu prokázaly následující výsledky. Výstupní velikost částic slámy při jednom průchodu mlýnem byla menší než 10 mm se zřetelným narušením struktury. Energetická náročnost dezintegrace stébel slámy z původní délky 100-200 mm na zmíněných 10 mm byla 50 ± 5 kWh·t-1 TS. Díky semletí slámy byla zvýšena produkce bioplynu z 491 =m3·t-1 TS na 605 =m3·t-1 TS, tj. o 23 %, což při přepočtu na zisk elektrické energie činí 220 kWhE·t-1 TS. =a základě těchto výsledků je jasné, že mechanická dezintegrace biomasy maceračním mlýnem má velký potenciál stát se efektivní součástí technologií předúprav surovin a to nejen v technologiích výroby bioplynu. Klíčová slova dezintegrace, energetická náročnost, macerační mlýn, pšeničná sláma, výtěžnost bioplynu 1. Úvod Současný provoz bioplynových stanic je založen na zpracování různých zemědělských odpadů (kejda, statková hnojiva, zbytková biomasa), čistírenských kalů (kaly z ČOV) a různých dalších odpadů z potravinářského, zpracovatelského a dřevařského průmyslu. Tyto suroviny se obecně skládají z celulózy, hemicelulózy, ligninu a dalších minoritních organických a anorganických sloučenin. Produkce bioplynu z rostlinné biomasy je obecně založena na postupném anaerobním mikrobiálním rozkladu celulózy a hemicelulózy na glukózu a kyselinu octovou, které jsou dále metanogenními bakteriemi přeměněny na bioplyn. Nicméně kompozitní struktura činí lignocelulózovou biomasu netečnou vůči enzymatickému rozkladu. Problémem bioplynových stanic na rostlinnou biomasu je proto nízká biodegradabilita substrátu, která často nepřesahuje hodnotu 20 % [1]. Předúprava biomasy je tedy nezbytným krokem vedoucím ke zvýšení přístupnosti celulózy a hemicelulózy, a tím i k zvýšení účinku hydrolýzy. V současné době je v laboratorním i poloprovozním měřítku testováno mnoho různých způsobů předúprav lignocelulózových plodin, jejichž principy jsou

založeny na fyzikálních, fyzikálně-chemických, chemických či biologických metodách. Často se v technické praxi uplatňují i různé kombinace dvou nebo více těchto postupů. Obecně však platí, že efektivní metoda prvotního zpracování musí zvyšovat přístupnost celulózových vláken a zvyšovat tak možnosti rozkladu polysacharidů na monosacharidy bez degradace materiálu a vzniku jakýchkoliv inhibitorů majících toxický vliv zejména na metanogenní bakterie. Při použití jakékoliv metody předúpravy musí být důraz kladen zejména na její efektivitu a finanční nenákladnost, která je skryta především v minimálních energetických požadavcích na rozmělnění toho kterého organického materiálu a zabránění vzniku různých druhů znečištění substrátu včetně zamezení jeho degradace. Nejjednodušší metodou prvotního zpracování biomasy je mechanická předúprava. Mletí se většinou používá zároveň i jako předstupeň před dalším zpracováním, kterým může být např. kyselá či termická hydrolýza. Mechanická dezintegrace zvyšuje biodegradabilitu biomasy tím, že dochází k podstatnému zmenšení velikost částic, narušuje se jejich mikrostruktura a zvyšuje se specifický povrch biomasy. Díky tomu jsou veškeré živiny snáze dostupné mikrobiálnímu rozkladu a dochází tak k intensivnějšímu přenosu tepla a hmoty. Výsledkem je pak zvýšení výtěžnosti metanu o 5 – 25 % [2] a pokles doby anaerobního vyhnívání v bioreaktoru o 23 – 59 % [3]. Junling et al. [4] studovali vliv velikosti částic na výtěžnost bioplynu, fermentační testy probíhaly při mezofilních teplotních podmínkách. Bylo zjištěno, že výtěžnost bioplynu roste se zmenšující se velikostí částic biomasy. Junlig et al. doporučují dosažení velikost částic nižší jak 10 mm, která zaručí účinnou biodegradabilitu substrátu. Sharma et al. [5] vyhodnocovali taktéž vliv velikosti částic na výtěžnost bioplynu a to z pšeničné slámy. Taktéž zjistili, že výtěžnost bioplynu roste se zmenšující se velikostí částic biomasy. Pro velikost částic slámy 0,088 mm, 0,40 mm, 1 mm, 6 mm a 30 mm byly naměřeny výtěžnosti bioplynu 362, 360, 350, 330, 235 Nl—kg-1 TS při objemové koncentraci metanu 58 %. Z těchto výsledků je patrné, že při dosažení velikosti částic slámy pod 10 mm se zvýší výtěžnost bioplynu minimálně o 40 %. Ačkoliv mechanická dezintegrace jasně prokazuje zlepšení biodegradability biomasy a nárůst výtěžnosti bioplynu, hlavní nevýhodou jejího průmyslového využití je stále energetická náročnost vztažená k dosažení požadované velikosti částic, která se pohybuje okolo 33 % spotřeby celkové elektrické energie [6]. Energetická náročnost dezintegrace obecně závisí na provozních parametrech mlýnu a charakteristice biomasy, tj. složení, vlhkosti, počáteční a požadované konečné velikosti částic a na zpracovávaném množství [7]. Obecně platí, že energetická náročnost dezintegrace roste se zmenšující se požadovanou velikostí částic [8]. Malé částice sice způsobí vyšší zisky z hlediska výtěžnosti bioplynu, ale také narůstá energie potřebná k jejich dosažení. Čili malé částice (< 30 mm) jsou výhodné z hlediska výtěžnosti bioplynu, zatímco větší částice (> 30 mm) jsou výhodné z hlediska energetické náročnosti mechanické dezintegrace [9]. Proto k nalezení optimální velikosti částic je nutné najít vzájemný vztah mezi velikostí částic, energetickou náročností k jejímu dosažení a výtěžností bioplynu. Nožové, úderové, koloidní mlýny a extrudéry patří mezi nejčastější zařízení, která se používají jako dezintegrační jednotky v současných technologiích výroby biopaliv [7]. Yu et al. [10] testovali ve své práci energetickou náročnost mletí úderovým mlýnem. Energetické náročnosti dezintegrace stébel pšeničné slámy o velikosti 20 – 50 mm s vlhkostí 8,3 % hm. při použití propadových sít s velikostí děr 0,794 mm, 1,588 mm a 3,175 mm byly 51,55, 39,59 a 10,77 kWh—t-1. Cadoche a Lopéz [11] porovnávali energetickou náročnost nožového a úderového mlýnu mletím slámy s vlhkostí 4 - 7 % hm. Energetické náročnosti dezintegrace částic o počáteční velikosti 22,4 mm na rozměr 3,2 mm, 2,5 mm a 1,6 mm byly v případě úderového mlýnu 21, 29 a 42 kWh—t-1, zatímco při použití nožového mlýnu 5,5, 6,4 a 7,5 kWh—t-1. Hideno et al. [12] porovnávali ve své práci energetickou náročnost mletí v koloidním a kulovém mlýnu. Požadavkem bylo semlet rýžovou slámu na částice menší jak

2 mm, počáteční velikost slámy není uvedena. V případě užití kulového mlýnu byla naměřena konverze sacharidů 90 % a to po době mletí 1 h s energetickou náročností procesu 30000 kWh—t-1. Při použití koloidního mlýnu bylo dosaženo 80% konverze sacharidů a to po 10 cyklech semletí a s energetickou náročností 1500 kWh—t-1. Každá dezintegrační zařízení mají ale své výhody a nevýhody. Úderové a nožové mlýny se převážně používají pro mletí biomasy s obsahem vlhkosti do 20 % hm., kdy dochází k efektivnímu působení střihových sil na suchý, křehký materiál. V případě vlhkého materiálu dochází díky nasáklé vodě k utlumení účinku střihových sil, mletý materiál zanáší síto a ucpává propadové otvory. Z těchto důvodů je zde velký problém dosáhnout velikosti částic pod 10 mm. Oproti tomu extrudéry a koloidní mlýny se používají pro dezintegraci biomasy s vlhkostí vyšší jak 20 % hm. za současného zkrápění biomasy v mlecí komoře. Nicméně nevýhodou jejich použití je mletí v cyklech, ucpávání mlecí mezery a vysoká energetická náročnost [7]. Jak vyplývá z výše citovaných informací, v současné době na trhu neexistuje účinná dezintegrační jednotka, která by byla schopna s minimálními energetickými nároky rozemlít lignocelulózové plodiny, navíc nezávisle na jejich vlhkosti. Z těchto důvodu bylo vyvinuto úsilí navrhnout takové universální dezintegrační zařízení, které by umožňovalo efektivně semlít jakýkoliv typ rostlinné biomasy za minimálních energetických požadavků. Na základě dostupných informací a zkušeností z praxe byl v kooperaci s firmou Prokop Invest (www.prokop.cz) navržen nový typ mlýnu, který je určený primárně pro dezintegraci biomasy v bioplynových stanicích. Cílem této práce bylo otestovat vhodnost použití maceračního mlýnu a to pomocí stanovení energetické náročnosti při dezintegraci vlhké pšeničné slámy, vyhodnocení vlivu dezintegrace na strukturu částic, na výtěžnost bioplynu a vyhodnocení jeho použití z hlediska energetické bilance procesu dezintegrace. 2. Popis experimentu 2.1. Pšeničná sláma K otestování maceračního mlýnu byla použita pšeničná sláma, neboť patří mezi základní suroviny vyskytující se v každé bioplynové stanici. Sláma byla před experimenty pouze sklizena na poli pomocí kombajnu, posbírána a uchována v pytlích v halové laboratoři. Sláma obsahovala 93 % hm. celkové sušiny (TS) a 88 % organické sušiny (VS). Celkový obsah sušiny byl stanovován sušením 5 vzorků v konvektivní sušárně KBC-25W při teplotě 105 °C přes noc. Organická sušina byla, taktéž u 5 vzorků, stanovena vypálením organického podílu v sušině v peci LE09/11 při teplotě 550 °C po dobu dosažení konstantní hmotnosti vzorku. Chyba měření byla v obou případech 0,3 %. Hmotnosti vzorků byly váženy na analytických vahách SDC31. Použitím termogravimetrické metody [13] bylo dále stanoveno přibližné složení slámy, tj. 33,4 % hm. hemicelulózy, 32,6 % hm. celulózy a 28,6 % hm. ligninu. 2.2. Dezintegrační jednotka Sláma byla semleta na novém typu dezintegrátoru, který byl vyvinut ve spolupráci s firmou Prokop Invest speciálně pro mletí vláknitých rostlinných materiálů, viz obr.1. Princip dezintegrace v maceračního mlýnu není kvůli utajovanému unikátnímu technickému řešení v příspěvku uveden. Více informací o tomto zařízení lze získat přímo u majitelů/dodavatelů zařízení, u firem Aivotec s.r.o. (www.biouhel.cz) a 3V Tech s.r.o.

Obr. 1. Poloprovozní model maceračního mlýnu v halové laboratoři. Stanovení energetické náročnosti mechanické dezintegrace je založeno na přímém měření činného výkonu v čase pomocí analyzátoru sítě PLA33C. Mlýn nejprve běží naprázdno. V periodě 1 sec dochází ke snímání a ukládání hodnot činného výkonu. Poté se měří pod zatížením, tj. při vlastním mletí biomasy. Využitím lichoběžníkové metody numerické integrace a pro známé zpracované množství slámy je závislost činného výkonu na čase přepočtena na jednotku měrné energie kWh·t-1. Samotná energetická náročnost dezintegrace biomasy je pak vyhodnocena jako rozdíl hodnot při mletí a naprázdno. 2.3. Testy bioplynu Vyhodnocení výtěžnosti bioplynu bylo provedeno v souladu s evropským standardem VDI 4630 [14]. Experimenty probíhaly v plynotěsných uzavíratelných baňkách o objemu 120 ml, přičemž 80 ml bylo vyplněno vsádkou a 40 ml tvořilo plynový prostor. Vsádka byla tvořena příslušným množstvím testovaného vzorku, inokula a nutrietů. Použité inokulum pocházelo z anaerobního fermentoru ČOV v Liberci. Na základě nutnosti dodržení podmínky o zatížení inokula dané normou VDI 4630, tj. VS SUBSTRÁT ≤ 0.5 VS I=OKULUM

(1)

probíhaly fermentační testy při dvojím zatížení inokula 0,3 a 0,5. Jedná se o hodnoty, mezi kterými se pohybuje i reálné zatížení v průmyslových fermentorech. Čili pro dvojí zatížení bylo použito 6 bioreaktorů pro testy surové slámy, dalších 6 pro mleté vzorky slámy a 3 pro zjištění endogenní produkce, tj. produkce bioplynu samotného inokula. V každé sérii byly tudíž sledovány tři paralelně nasazené kultivační baňky a výsledná produkce bioplynu je udávána jako průměrná hodnota těchto tří pokusů. Pro stanovení čisté substrátové produkce bioplynu byly od celkové produkce bioplynu odečteny výsledky testů z endogenní produkce. Všechny výsledky jsou udávány za standardních podmínek, tj. tlaku 101,3 kPa a teploty 0 °C, s tím, že ve výpočtu byly uvažovány korekce na teplotu okolí a tensi vodní páry v bioplynu.

Průběh vlastního experimentu byl následující. Před fermentačním testem byl plynový prostor všech baněk propláchnut plynným dusíkem. Fermentační testy probíhaly za mezofilních podmínek při konstantní teplotě 35 °C, přičemž baňky byly umístěny v inkubované místnosti. Výtěžnost bioplynu byla měřena aparaturou využívající volumetrickou metodu, která se sestává z kultivační baňky, plynoměrné byrety a vyvažovací lahve, viz. obr.2. Bioplyn, který vzniká v bioreaktoru, je kontinuálně odváděn do plynoměrné byrety, kde vytlačuje ekvivalentní objem hradicího roztoku (roztok KCl a HCl, pH < 4). Po vyrovnání tlaků v systému a prostředí se odečte objem vyprodukovaného bioplynu, který odpovídá určitému času. Nutno zmínit, že před každým odečtem byla baňka vždy ručně promíchána. Množství vzniklého bioplynu je měřeno denně vyjma počátku testu, kdy díky vyšší produkci je sledováno častěji. Fermentační testy byly ukončeny v okamžiku, kdy denní produkce bioplynu byla nižší jak 1 % obj. z jeho kumulativní produkce. Kvalita bioplynu (CH4 + CO2) byla analyzována pomocí plynového chromatografu GC8000TOP.

Obr. 2. Princip volumetrické metody měření produkce bioplynu. 1 – kultivační baňka, 2 – plynoměrná byreta, 3 – vyvažovací láhev

3. Výsledky a diskuse 3.1. Energetická náročnost dezintegrace Jelikož se v bioplynových stanicích sláma při vstupu do technologie nachází ve vlhkém stavu (kejda, podestýlka), tak proto byla před vlastními experimenty nejprve máčena v horké vodě o teplotě 40 °C z důvodu zvýšení její vlhkosti. Ve slámě tak bylo dosaženo 40% hm. obsahu vlhkosti. Cílem prvních testovacích experimentů bylo stanovit optimální provozní konfiguraci mlýnu, tj. nastavení velikosti mlecí mezery a rychlosti otáčení rotoru. Optimální velikost mlecí mezery a rychlost otáčení rotoru byly definovány jako stav, při kterém nedochází k akumulaci slámy v mlecí komoře a při kterém semletá sláma kontinuálně odchází skrze otvory v sítu do sběrného koše. Na základě provedených experimentů bylo zjištěno, že optimální provozní nastavení maceračního mlýnu pro mletí slámy je následující: minimální mlecí mezera cca 0,1 mm a otáčky rotoru v rozsahu 150-170 ot—min-1. Deines a Pei [8] zjistili, že energetická náročnost dezintegrace stoupá s rostoucí rychlostí otáčení rotoru. Energetická náročnost maceračního mlýnu byla proto vyhodnocena pro tyto provozní parametry : mlecí spára 0,1 mm, otáčky rotoru 170 ot—min-1, průměr otvorů v propadovém sítu 5 mm, manuální dávkování slámy a její kontinuální zkrápění vodou z vodovodního řadu. Při experimentu bylo použito 5 kg slámy o vlhkosti 40 % hm. a dále bylo provedeno 5 opakovaných měření.

Porovnání počáteční a konečné velikosti částic je uvedeno na obr. 3. Počáteční velikost částic byla přibližně 200 mm, zatímco velikost slámy po semletí byla vizuálně do 10 mm. Tyto výsledky jednoznačně potvrzují účinnost mechanické dezintegrace z hlediska zmenšení velikosti částic, a tak i nárůstu specifického povrchu. Vzorky slámy před a po mletí byly také podrobeny analýze mikrostruktury, viz obr. 4. K pořízení snímků byl použit konfokální mikroskop Olympus LEXT OSL 3000. Mikrostruktura stébla surové slámy na obr.4A působí jako kompaktní lignocelulózové matrice, zatímco v případě semleté slámy jsou ve struktuře jasně patrné prasklinky, které způsobují rozvláknění rostlinného svazku a zpřístupnění celulózových vláken.

a) před mletím

b) po mletí

Obr. 3. Velikost částic pšeničné slámy.

a) před mletím

b) po mletí

Obr. 4. Mikrostruktura pšeničné slámy. Na obr. 5 je zobrazen záznam měření činného výkonu v čase. Špičky výkonu při mletí slámy odpovídají plnění mlecí komory slámou a jejímu vtažení do mlecí mezery, tj. docházelo k zatížení stroje a tím i k nárůstu potřebného výkonu. Vyhodnocením získané závislosti byla stanovena energetická náročnost mletí vlhké slámy na 30 ± 3 kWh·t-1, tj. 50 ± 5 kWh·t-1 TS. Pokud porovnáme tyto hodnoty s hodnotami energetických náročností uvedených v rešeršní části této práce, je jasné, že macerační mlýn se svou hodnotou energetické náročnosti blíží k hodnotám úderového mlýnu. Významný rozdíl je ale v tom, že macerační mlýn mlel vlhký materiál, zatímco úderový toho není schopen a publikovaná data byla stanovena při mletí suché slámy. Čili pokud navíc porovnáme námi stanovenou hodnotu energetické náročnosti s hodnotami koloidního mlýnu, který se běžně používá pro dezintegraci vlhké biomasy, tak se pohybujeme řádově v desítkách kWh·t-1 a ne v tisících.

Obr. 5. Záznam měření činného výkonu v čase. Na základě provedených experimentů lze usoudit, že mechanická dezintegrace maceračním mlýnem se jeví být účinnou a prozatím i energeticky výhodou prvotní operací v technologiích předúpravy surovin. Mletí také pozitivně působí na strukturu biomasy, a tak jednoznačně způsobí zvýšení biodegradability a nárůst výtěžnosti bioplynu za minimální vynaložené energie. 3.2. Vliv mechanické dezintegrace na výtěžnost bioplynu Výsledky provedených fermentačních testů jsou uvedeny v podobě grafických závislostí kumulativní produkce bioplynu (obr. 6) a objemového podílu metanu v bioplynu (obr. 7) na délce trvání experimentu a také i v podobě přehledu specifických produkcí bioplynu jednotlivých testovaných variant v tab.1. Z naměřených dat vyplývá, že mechanická dezintegrace slámy maceračním mlýnem prokazatelně zvýšila její biodegradabilitu a tím i výtěžnost bioplynu. Specifická produkce bioplynu surové slámy byla 491 ± 76 Nm3—kg-1 TS, zatímco v případě mleté slámy byla její hodnota 605 ± 17 Nm3—kg-1 TS. Jak je ale patrné z obr. 6, v případě produkce bioplynu ze surové slámy bylo dosaženo vyšší chyby měření. Tento stav byl způsoben plněním nehomogenního vzorku surové slámy do kultivačních baněk. Důvodem nehomogenity byla nutnost nastříhat slámu na menší kousky z důvodu velikosti baňky. Specifická produkce metanu, uvedená v tab. 1, byla získána přepočtem z kumulativní produkce bioplynu násobené příslušnou hodnotou objemové koncentrace metanu v bioplynu.

Obr. 6. Kumulativní produkce bioplynu.

Obr. 7. Objemový podíl metanu v bioplynu.

Tabulka 1. – Přehled specifické produkce bioplynu ze surové a semleté slámy. vzorek / zatížení sláma 0,3 sláma 0,5 mletá sláma 0,3 mletá sláma 0,5

specifická produkce (Nm3·t-1 TS) YBP YBPpr YCH4 467 ± 105 277 ± 62 491 ± 76 516 ± 40 273 ± 21 603 ± 13 349 ± 8 605 ± 17 607 ± 23 337 ± 12

YCH4 pr 275 ± 41 343 ± 11

Z uvedených výsledků jednoznačně vyplývá, že mechanickou dezintegrací slámy pomocí maceračního mlýnu se zvýší výtěžnost bioplynu o 23 %. 3.3. Energetická bilance procesu Nejčastějším využitím bioplynu je kombinovaná výroba elektřiny a tepla v kogeneračních jednotkách, které jsou hlavním zdrojem příjmů v rámci provozu bioplynové stanice. Kogenerační jednotky [15] lze rozdělit na základě instalovaného motoru na dva druhy – se zážehovým plynovým motorem a vznětovým motorem se vstřikem zápalného oleje. Jejich zastoupení v bioplynových stanicích je v současné době cca 50/50. Moderní zážehové plynové motory pracují s elektrickou účinností v rozpětí 37 – 42 %. Investičně jsou tyto motory zpravidla náročnější než vznětové, mají však nižší nároky na údržbu. Vznětové motory standardně dosahují elektrické účinnosti 40 – 43 %. V porovnání se zážehovými motory jsou vznětové motory zpravidla investičně méně náročné, nároky na údržbu jsou zde ovšem vyšší. Ovšem jako výpočtová elektrická účinnost kogenerační jednotky se uvádí hodnota 40 % [16]. Využitím výpočtové elektrické účinnosti, naměřených průměrných kumulativních produkcí metanu a využitím hodnoty výhřevnosti metanu 9,94 kWh·Nm-3 bylo vypočítáno, že množství získané elektrické energie z anaerobní digesce surové slámy je 1093 kWhE·t-1 TS, zatímco pro mletou slámu je to 1363 kWhE·t-1 TS. Zisk elektrické energie díky mechanické dezintegraci činí 270 kWhE·t-1 TS. Po odečtení energetické náročnosti mletí 50 kWhE·t-1 TS je čistý zisk elektrické energie 220 kWhE·t-1 TS. 4. Závěr Na základě požadavků z průmyslové sféry byl v kooperaci s firmou Prokop Invest vyvinut nový typ dezintegračního zařízení, které je určeno primárně pro rozemletí rostlinné biomasy v zemědělských bioplynových stanicích. Testy poloprovozního maceračního mlýnu poskytly následující informace : • Konečná velikost částic po jednom průchodu macerátorem byla menší jak 10 mm. • Energetická náročnost dezintegrace vlhké slámy z počáteční délky stébel 100-200mm na konečnou velikost nižší jak 10 mm byla 50 ± 5 kWh·t-1 TS. • Specifická produkce bioplynu ze vzorků surové slámy byla 491 ± 76 Nm3·kg-1 TS. • Specifická produkce bioplynu ze vzorků semleté slámy byla 605 ± 17 Nm3·kg-1 TS. • Mechanická dezintegrace macerátorem prokazatelně zvýší biodegradabilitu biomasy. • Nárůst výtěžnosti bioplynu při rozemletí slámy je o 23 %. • Nárůst čistého zisku elektrické energie, s respektováním elektrické účinnosti kogenerační jednotky 40 %, je o 220 kWhE·t-1 TS. Tyto výsledky potvrzují, že macerační mlýn má díky své universálnosti a energetické nenáročnosti velký potenciál se stát součástí technologií předúpravy biomasy v průmyslových výrobách biopaliv.

Poděkování Tato práce byla podpořena grantem Studentské grantové soutěže ČVUT č. SGS13/65 a výzkumným záměrem MŠMT ČR č. MSM6840770035. Seznam symbolů cCH4 objemová koncentrace metanu v bioplynu P činný výkon t čas TS celková sušina VS organická sušina VSINOKULUM organická sušina inokula VSSUBSTRÁT organická sušina substrátu YBP specifická produkce bioplynu YBPpr průměrná specifická produkce bioplynu YCH4 specifická produkce metanu YCH4pr průměrná specifická produkce metanu

(% obj.) (W) (min) (%) (%) (g) (g) (Nm3·t-1 TS) (Nm3·t-1 TS) (Nm3·t-1 TS) (Nm3·t-1 TS)

Seznam použité literatury [1] Pandey, A.: Handbook of plant-based biofuels. CNC Press, New York, 2009, ISBN 978-1-56022-175-3. [2]

Mudhoo, A.: Biogas Production: Pretreatment Methods in Anaerobic Digestion. Scrivener Publishing LLC, Massachusetts, 2012, ISBN 978-1-118-06285-2.

[3]

Hendriks, A.T.W.M., Zeeman, G.: Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 100, 2009, p.10-18.

[4]

Junling, N., Yupeng, H., Quanguo, Z.: Effect of different comminution degree on the mesophilic and dry anaerobic fermentation of wheat straw. Acta Energiae Solaris Sinica, 32, 11, 2011, p.1683-1686.

[5]

Sharma, S.K., Mishra, I.M., Sharma, M.P., Saini, J.S.: Effect of particle size on biogas generation from biomass residues. Biomass, 17, 1988, p.251-263.

[6]

Schell, D.J., Hardwood, Ch.: Milling of lignocellulosic biomass. Applied Biochemistry and Biotechnology, 45-46, 1, 1994, p.159-168.

[7]

Kratky, L., Jirout T.: Biomass size reduction machines for enhancing biogas production. Chemical Engineering and Technology, 34, 3, 2011, p.391-399.

[8]

Deines, T.W., Pei, Z.J.: Power consumption study in knife milling of wheat straw. Transactions of Manufacturing Research, 38, 2010, p.191-196.

[9]

Sun, Y., Cheng, J.: Hydrolysis of lignocelullosic materials for ethanol production: a review. Bioresource Technology, 83, 2002, p.1-11.

[10]

Yu, M., Womac, A.R., et al. : Review of biomass size reduction technology. In: ASAE Annual International Meeting, Las Vegas, USA, 27-30 July 2003, p.1-12.

[11]

Cadoche, L., Lopez, G.D.: Assessment of size reduction as a preliminary step in the production of ethanol from lignocel.wastes. Biological Wastes, 30, 1989, p.153-157.

[12]

Hideno, A., Inoue, H., Tsukahara, K., Fujimoto, S., Minowa, T., Inoue, S., Endo, T., Sawayama, S.: Wet disk milling pretreatment without sulfuric acid for enzymatic hydrolysis of rice straw. Bioresource Technology, 100, 2009, p.2706-2711.

[13]

Šulc, R., Krátký, L.: Characterization of wheat straw pretreatment by thermogravimetric method. Chemical Engineering and Equipment, In Press, 2013.

[14]

VDI 4630: Fermentation of organic materials – characteristic of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests. Verein Deutscher Ingenieure, 2006, ICS: 13.030.30.

[15]

CZ Biom : Volba vhodné kogenerační jednotky na bioplyn. Biom.cz [online]. 201312-18 [cit. 2013-05-24]. Dostupné z WWW: . ISSN: 1801-2655.

[16]

Deublein, D., Steinhauser, A.: Biogas from Waste and Renewable Resources. WileyVCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2011, 550 p., ISBN 978-3-52732798-0.