Česká zemědělská universita v Praze Technická fakulta
Využítí biomasy k energetickým účelům v tropických oblastech Teze disertační práce
Vedoucí disertační práce: prof. Ing. Jaromír Volf, DrSc. Doktorand: Ing. Ondřej Cundr
PRAHA 2011
Prohlašuji, že jsem tuto tezi disertační práce vypracoval samostatně pod vedením prof. Ing. Jaromíra Volfa, DrSc. a použil jen pramenů citovaných v seznamu použité literatury.
V Praze 14.11.2011
............................................. (Ondřej Cundr)
Využítí biomasy k energetickým účelům v tropických oblastech Abstrakt: Práce se zabývá kofermentací různých druhů odpadní fytomasy společne s kejdou zebu. Cílem je získat nové poznatky o možnostech anaerobní kofermentace různých druhů odpadní biomasy. Anaerobní kofermentace vhodných směsí biomasy může zlepšit stabilitu procesu, zvýšit množství a kvalitu vyprodukovaného bioplynu a zároveň řeší problém se zpracováním biologického odpadu ze zemědělské produkce a chovu hospodářských zvířat. Práce se také zabýva studiem efektu promíchávání u jednoduchých anaerobních fermentorů a dále pak návrhem jednoduchého účinného anaerobního fermentoru pro tropické oblasti. Cílem je zejména vylepšení a rozšíření technologie anarobní fermentace mezi obyvatele venkovských oblastí tropických zemí. Klíčová slova: bioplyn, biomasa, anaerobní fermentace, obnovitelné zdroje energie, rozvojové země
The use of biomass for energy purposes in tropical areas. Abstract: The focus of this thesis is co-fermentation of different kinds of waste biomass together with the zebu dung. The goal is to obtain new data about the possibilities of anaerobic co-fermentation of different kinds of waste biomass. The anaerobic co-fermentation of suitable mixtures of biomass can improve the stability of process of fermentation, enhance the amount and quality of produced biogas and at the same time solves the problem of
biological waste processing from the agriculture production and the
breeding of farm animals. The thesis also studies the effect of mixing the content of anaerobic digestion in simple anaerobic fermentors and design of simple improved anaerobic fermentor for the tropical areas. The goal is particularly the improvement and spreading of knowledge of technology of anaerobic fermentation among the population in the countryside of tropical areas. Key words: biogas, biomass, anaerobic fermentation, renewable sources of energy, developing countries
Chci poděkovat všem, kteří se radou či jinou pomocí podíleli na této práci. Poděkování patří zejména mému školiteli prof. Ing. Jaromíru Volfovi, DrSc. a Ing. Dagmar Haladové spoluřešitelce grantu CIGA (Grant CIGA: 51130/1313/3102).
Seznam použité symboliky FFB – trsy plodů palmy olejné (Fresh Fruit Bunch) EFB – prázdné slupky plodů palmy olejné (Empty Fruit Bunch) LHV – nízkovýhřevní teplota (Low Heating Value) HHV – vysokovýhřevní teplota (High Heating Value) POME - odpadní voda z továrny na palmový olej (Palm Oil Mill Effluent) BSK – biologická spotřeba kyslíku (Biological Oxygen Demand) CSK – chemická spotřeba kyslíku (Chemical Oxygen Demand) COP – surový palmový olej (Crude Palm Oil) C/N – poměr uhlík-dusík (Ratio Carbon/Nitrogen) C/P – poměr uhlík-fosfor (Ratio Carbon/ Phosphorus) kW – kilowatt K – stupen Kelvina °C – stupen Celsiusův ppm – počet částic v milionu (Parts Per Million) ppb - počet částic v bilionu (Parts Per Billion) NOx – oxidy dusíku COx – oxidy uhlíku GJ – giga joule EJ - exa joule VFA –těkavé mastné kyseliny (Volatile Fat Acids) CFU/ml – počet kolonií na mililitr (Colony Forming Unit/millilitre) Alk. – alkaličnost (alkalinity) μ – měrná růstová rychlost anaerobních bakterií B – množství bioplynu ρ – hustota X – množství anaerobních bakterií YX/S – výtěžnostní koeficent Ks – saturační konstanta Ki – inhibiční konstanta S – množství substrátu rx – rychlost růstu bakterií
rS – rychlost spotřeby subtrátu ms – koeficient záchovy Kd – rychlost odumíraní bakterií Ye – ekonomický koeficient Q – přítok odpadní vody do fermentoru V – objem fermentoru D – zředovací rychlost HRT – střední doba zadržení (odpadní vody ve fermentoru)
Obsah: 1. Úvod .......................................................................................................................................................................... 1 1.1. Anaerobní fermentace ..................................................................................................................... 2 1.2. Model anaerobní fermentace ........................................................................................................ 7 2. Současný stav řešené problematiky .................................................................................................... 16 2.1. Anaerobní fermentor .................................................................................................................... 16 2.2. Kofermetace různých směsí…………………………………….............…………….......………….17 2.2.1 Rýže……………………………………………..………………………………...........…………….............17 2.2.2 Palma olejná…………………………………………………………………………...........…................20 2.2.3 Sisál………………………………………………………………………………………………..................26 3 Cíl práce….……………………………………………..…………………………………………...........…………..27 4 Metodika zpracování disertační práce………………………………………..……………...........…..28 4.2 Analýza použitelnosti různých druhů biomasy…………............……………………............28 4.3 Návrh levného anaerobního fermentoru…………………………................……………..........29 5 Přínos práce……………………………......………………………………………………….........……..……….31 6 Seznam prací doktoranda vztahující se k tématu disertační práce…....…….........….....32 7 Seznam použité literatury…….....………………………………………………………………............…..33 8 Příloha ................................................................................................................................................. 40
1. Úvod Většina zemí ležících v tropických oblastech patří k tzv. rozvojovým zemím. Tyto země zasažené populační explozí a s ní spojenými rapidně rostoucími nároky na dodávky energie. Vlivem nedostatečné (energetické) infrastruktury je více než polovina populace těchto zemí bez přístupu k elektrické energii. Jako zdroj energie je v těchto oblastech tradičně využívána především dřevní biomasa a odpadní biomasa ze zpracování zemědělské produkce, které je vzhledem k příznivému podnebí extrémní množství. Biomasa je v těchto oblastech využívána jako zdroj energie již velmi dlouho, většinou však ve formě paliva pro vaření či paliva pro malé domácí manufaktury. Je odhadováno, že v tropických zemích, jako je například Indonésie, tvoří biomasa přibližně 35 – 50% celkově spotřebované energie. Některé prameny uvádějí, že biomasa představuje až 90% používané energie [1]. Bohužel právě tradiční použití biomasy - spalováním nejenže značně přispívá ke znečištění životního prostředí a zvyšování koncentrace skleníkových plynů, a zároveň vede k nevratným poškozením a změnám v původních ekosystémech (těžba dřeva, výroba dřevěného uhlí, eroze apod.)[2, 3]. Řešením energetického problému v těchto oblastech může být využití anaerobní fermentace, mikrobiologické transformace organických složek bez přístupu vzduchu. Tento obnovitelný druh energie má mnoho výhod. Zejména nízké počáteční investice, snadnou obsluhu, čistotu produktu a velké možnosti využití. Produkty AD jsou bioplyn (obsahující 50-70% metanu) o výhřevnosti 20-23 MJ/m3, který lze využít jako energeticky zdroj (výroba tepla či elektrické energie) a dále fermentační zbytek – biologicky stabilizovaný substrát, použitelný jako výborné biologické hnojivo[4]. Proveditelnost, výtěžnost a rychlost digesce závisí na mnoha faktorech. Jsou to především složení (obsah sušiny) a stupeň desintegrace vstupního materiálu, typ reaktoru, teplotní režim, pH, poměr C/N a C/P v surovině nebo přítomnost inhibitujících látek [5, 6]. Odpadní fytomasa společně s kejdou hospodářských zvířat představují dobře využitelný fermentovatelný substrát dostupný v každé zemi. V zemích ležících v tropických oblastech je jednak velmi vhodná teplota k anaerobní fermentaci (pro mesofilní typ anaerobních bakterií) a především velký objem odpadní biomasy. Vzhledem k teplému klimatu jsou možné 2 až 3 sklizně za rok a tudíž je zajištěna i kontinuální dodávka odpadní biomasy v průběhu celého roku.
-1-
1.1
Anaerobní fermentace
Proces anaerobní fermentace za účelem výroby bioplynu je lidstvu znám již celá staletí. Dle historiků byl bioplyn poprvé používán k ohřevu lázní v Asýrii již v 10. století před naším letopočtem. Další důkazy o používání bioplynu k ohřevu lázní pocházejí z Persie 16 století našeho letopočtu. V 17 století Jan Baptista Van Helmont objevil, že hnijící organický materiál produkuje hořlavé plyny. Roku 1776 byla Count Alessandro Voltem objevena přímá závislost mezi množstvím použitého organického materiálu a množstvím vyprodukovaného bioplynu. První anaerobní fermentor v novodobé historii byl postaven v Indii roku 1859 v leprosáriu v Bombai. Výroba bioplynu pomocí anaerobní fermentace se následně rozšířila do Anglie, kde byla roku 1895 postavena bioplynová stanice na odpadní vodu (splašky). Bioplyn z této stanice se používal na plynové osvětlení ulic. Anaerobní rozklad je soubor dílčích, na sebe navazujících biologických procesů, na kterých se podílí několik základních funkčních skupin anaerobních mikroorganismů. Rozklad organických látek až na konečné produkty - metan a oxid uhličitý - vyžaduje jejich koordinovanou metabolickou součinnost. Produkt jedné skupiny mikroorganismů se stává substrátem skupiny druhé, a proto nedostatečná aktivita jen jedné skupiny může způsobit porušení dynamické rovnováhy v celém systému a snížení účinnosti procesu či úplné zastavení fermentačního procesu. V prvním stádiu rozkladu - hydrolýze - jsou rozkládány makromolekulární rozpuštěné i nerozpuštěné organické látky (polysacharidy, lipidy, proteiny) na nízkomolekulární látky
rozpustné
ve
vodě
pomocí
extracelulárních
hydrolytických
enzymů,
produkovaných hlavně acidogeními bakteriemi. Vznikající nízkomolekulární látky jsou na rozdíl od vysoko-molekulárních schopny transportu dovnitř buňky skrz buněčnou stěnu. Vhledem k tomu, že většina složek v odpadních vodách je nerozpustná (např. tuky a celulóza) tudíž je hydrolýza (případně zkapalnění – angl. liquefaction) nutný první krok. Jako příklad hydrolýzy lze uvést rozklad komplexního organického materiálu na glukózu (1) a následné konverze glukózy až na výsledné produkty anaerobní fermentace (2) až (13).
-2-
(1)
C6 H13 NO5 H 2O H C6 H12O6 NH 4
Produkty hydrolýzy, nízkomolekulární látky, jsou uvnitř buňky během druhé fáze acidogenese - rozkládány dále na jednodušší organické látky (kyseliny, alkoholy, CO2, H2). Fermentací těchto látek se tvoří řada konečných redukovaných produktů, které jsou závislé na charakteru počátečního substrátu a na podmínkách prostředí. Při velmi nízkém parciálním tlaku vodíku jsou produkovány hlavně kyselina octová, H 2 a CO2, při vyšší koncentraci vodíku v systému jsou tvořeny organické kyseliny vyšší než octová, dále mléčná kyselina, etanol apod. (2)
C6 H12O6 2H 2O 2CH3COOH 4H 2 2CO2
(3)
C6 H12O6 2H 2 2CH3CH 2COOH 2H 2O
(4)
C6 H12O6 CH3 (CH 2 )2 COOH 2CO2 2H 2
V dalším stádiu rozkladu - acetogenesi - probíhá oxidace vyšších produktů acidogenese na H2, CO2 a kyselinu octovou. Syntrofní acetogenní mikroorganismy produkující vodík jsou zde velmi důležitou mikrobiální skupinou, protože rozkládají organické kyseliny vyšší než octovou (hlavně propionovou kyselinu), alkoholy a některé aromatické sloučeniny. Jejich těsná součinnost s dalšími skupinami mikroorganismů, které spotřebovávají jimi vytvořený vodík (metanogeny a sulfátredukující bakterie) je pro ně nezbytná. Přebytek vodíku v systému totiž působí zvýšení parciálního tlaku vodíku ve fermentoru a ten inhibuje činnost těchto acetogenních mikroorganismů. (5)
CH3 (CH 2 )2 COOH 2H 2O 2CH3COOH 2H 2
(6)
CH3CH 2COOH 2H 2O CH3COOH 3H 2 CO2
V posledním stádiu - metanogenesi - metanogení mikroorganismy rozkládají své specifické substráty, což jsou některé jednouhlíkaté látky (metanol, kyselina mravenčí, metylaminy, CO2, CO, H2), z víceuhlíkatých látek pouze kyselinu octovou. Ostatní víceuhlíkaté kyseliny jako je například propionátová a butyrátová kyselina potřebují
-3-
minimálně dva druhy bakterií a dva kroky mikrobiologické degradace viz rovnice (12) a (13). Produkty rozkladu jsou metan a oxid uhličitý. Metanogení organismy patří mezi nejstarší typ bakterií na této planetě. Morfologicky patří do různých skupin – v současné době je známo přibližně 50 druhů metanogeních bakterií ve 3 či 4 skupinách: Hydrogenotropic metanogen – pomocí konverze oxidu uhličitého na metan pomáhají udržovat nízký parciální tlak vodíku nezbytný pro acetogení bakterie (7). (7)
CO2 4H 2 CH 4 2H 2O Acetotropic metanogen – štěpí kyselinu octovou (acetát) na metan a oxid uhličitý (8), který může být využit hydrogenotropními metanogeními bakteriemi k produkci metanu (9). Tento typ metanogeních bakterií se množí mnohem pomaleji než hydrogenotropní metanogení bakterie a tudíž jsou více ohroženy vysokým parciálním tlakem vodíku.
(8)
4CH3COOH 4CO2 2H 2
(9)
4CO2 2H 2O CH 4 3CO2 Methylotropic metanogen – rostou zejména ve fermentoru, kde je zpracováván organický materiál s obsahem methylové skupiny ( -CH3) jako je například metanol (CH3OH) či metylaminy ((CH3)3-N) viz rovnice (10) a (11). Tyto bakterie produkují metan přímo z methylové skupiny (oproti předchozím dvou typům metanogeních bakterií, které na produkci metanu používají vodík a oxid uhličitý viz rovnice (7) a (9)).
(10)
3CH3OH 6H 3CH 4 3H 2O
(11)
4(CH3 )3 N 6H 2O 9CH 4 3CO2 4 NH3
Přibližně 70% metanu je vytvořeno z kyseliny octové pomocí dvou hlavních druhů acetotropních metanogeních bakterií Methanosarcina a Methanothix. Zbývajících
-4-
přibližně 30% metanu je vytvořeno cestou využití vodíku i přesto, že se tím získá víc energie (metanu). To je způsobeno limitovaným množstvím vodíku ve fermentoru. Akumulace propionátu a butyrátu (viz rovnice (12) a (13)) či obecně akumulace těkavých organických kyselin (VFA) značí o stresu uvnitř fermentoru, neboť tyto meziprodukty anaerobní fermentace nemůžou být spotřebovány přímo metanogeními bakteriemi.
(12)
(13)
4CH 3CH 2COOH 2 H 2O 4CH 3COOH 3CH 4 CO2 4CH 3COOH 4CH 4 4CO2 CH 3 (CH 2 )2 COOH 2 H 2O 4CH 3COOH CO2 CH 4 4CH 3COOH 4CH 4 4CO2
Žádný ze známých organismů na této planetě s výjimkou metanogeních bakterií neumí produkovat metan a naopak všechny druhy metanogeních bakterií produkují metan. Žádná z nám dosud známých metanogeních bakterií nezvládá degradaci všech složek substrátu a proto pro dobrý a stabilní průběh anaerobní fermentace musí byt přítomno velké množství metanogeních bakterií i rozmanitost druhů. Unikátní složení buněčné stěny těchto bakterií je činní citlivé na „toxicitu“ některých mastných kyselin (VFA) a jsou striktně anaerobní. Substráty vhodné pro metanogení mikroorganismy mohou v tomto stádiu konkurenčně zpracovávat také denitrifikační a sulfátredukující bakterie, pokud jsou přítomny jejich konečné elektronové akceptory.
-5-
Obrázek 1.: Schéma anaerobního rozkladu organických látek
1 - Hydrolýza organických polymerů (bílkoviny, tuky, polysacharidy) na jednotlivé monomery (aminokyseliny, organické kyseliny a glycerol, monosacharidy). 2 - Acidogenese - přeměna organických monomerů na vodík, oxid uhličitý, máselnou, propionovou a octovou kyselinu a další nízkomolekulární látky jako etanol, mléčná kyselina apod. (oxid uhličitý po rozpuštění okamžitě reaguje s vodou na produkty podle pH prostředí, většinou za vzniku hydrogenuhličitanů). 3 - Acetotogenese - oxidace redukovaných organických produktů na vodík, oxid uhličitý a octovou kyselinu acetogenními mikroorganismy produkujícími vodík. 4 - Oxidace redukovaných organických produktů na oxid uhličitý a kyselinu octovou denitrifikačními a sulfátredukujícími bakteriemi. 5 - Acetogenní respirace oxidu uhličitého a vodíku homoacetogenními mikroorganismy. 6 - Metanogenese z octové kyseliny acetotrofními metanogenními mikroorganismy. 7 - Metanogenese z jednouhlíkatých substrátů, oxidu uhličitého a vodíku hydrogenotrofními metanogenními mikroorganismy. 8 - Oxidace octové kyseliny na oxid uhličitý denitrifikačními a sulfátredukujícími baktériemi. 9 - Oxidace vodíku denitrifikačními a sulfátredukujícími bakteriemi.
-6-
Na obrázku 1 jsou schématicky znázorněny jednotlivé fáze procesu a skupiny mikroorganismů, propojené svými specifickými substráty a produkty. V rámci uvedených čtyř hlavních souboru biochemických reakcí je možno rozlišit mnoho dílčích metabolických drah s odpovídajícími skupinami bakterií. Všechny tyto procesy by měly být v dynamické rovnováze, aby mohla metanogenese probíhat v maximální rychlosti. Pozn:. Práce [6], která se zabývá měřením počtu a typu bakterií při anaerobní fermentaci odpadní vody z továrny na palmový olej (POME) uvádí celkový počet bakterií 1.3 x 106 kolonií na ml (cfu/ml). Z toho je 1.0 x 104 cfu/ml koliformní typ bakterií (coliforms) zatímco 1.0 x 103 cfu/ml. bylo identifikováno jako houbovité kolonie (fungal). Dvě hlavní skupiny anaerobních bakterií, které byly identifikovány v aktivním kalu fermentoru - acidogení typ bakterií a metanogení typ bakterií. Mezi acidogeními typy bakterií byly nalezeny zejména Clostridium sp., Baciltus sublis, Escherichia coil, Pseudomonas, Flavobacterium, Desulfovibrio a Micrococcus. Mezi metanogeními typy objevenými v POME byly zejména Methanococcus sp. a Methanobacterium. Dále byly isolovány: Fusarium monilifonne Sheldon Berb, IMI no 307862, Geotrichum candidum Link no 307863, Cunninahamella echinulata Thaxter ex Blakeslee no 307864, Botrvodiiodii theobromae Pat no. 307885, Perti&um sp; Aseeroiltus sp. and Trichoderma yiride.
1.2
Model anaerobní fermentace
Mikrobiologické procesy se velmi obtížně exaktně matematicky popisují, protože se jedná o živou hmotu a není možné postihnout všechny vlivy, které na proces působí. Vzhledem ke komplexnosti procesu anaerobní fermentace je třeba se spokojit se značně formální kinetikou. I tak je však matematický popis rychlosti procesu značně komplikovaný, zejména snažíme-li se postihnout inhibiční vlivy různých komponent na kinetiku mikrobiálního růstu. Modely, se kterými budeme pracovat, jsou proto značně zjednodušené. V praxi obvykle stačí, když model vystihuje podstatné vlastnosti a podstatné rysy chování procesu a takový model je pro analýzu, studium vlivu parametrů a predikci průběhu procesu velmi užitečný.
-7-
Kinetiku kultivačních procesů lze modelovat na různých úrovních: Stechiometrický model: jedna z možných metod matematického modelování anaerobního fermentačního procesu založená na znalosti chemických a biochemických procesech uvnitř fermentoru. Jako příklad lze uvést rovnice (1) až (13). K úspěšnému modelováni procesu je však zapotřebí znát přesné složení substrátu i reakce probíhající ve fermentoru. Z tohoto důvodu je tento model pro náš případ nepoužitelný. Nejpoužívanější modely jsou tzv. nestrukturované, tj. modelování na úrovni buněčných komponent, kdy růst buněk (anaerobních mikroorganismů) lze chápat jako binární dělení
(14)
dX X dt
kde X [mg/l] značí koncentraci buněk a μ [den-1] tzv. měrnou růstovou rychlost. Pro měrnou růstovou rychlost jednobuněčných mikroorganismů v závislosti na koncentraci substrátu existuje řada jednoduchých modelů:
( 15)
max (1 e S / K ) s
Tessier (1942)
Monod vyjádřil kinetickou proměnou μ s využitím analogie k enzymatické kinetice Michaelise-Mentenové jako
(16)
max S Ks S
Monod (1942)
kde μmax je maximální růstová rychlost ovlivněná množstvím živného substrátu a Ks [mg CHSK/l] je saturační konstanta, která vyjadřuje citlivost změny μ na změně koncentrace substrátu S [mg CHSK /l] (pozn. množství substrátu S se většinou vyjadřuje jako CHSK,
-8-
BSK případně VSS v mg/l). Saturační konstanta Ks [mg CHSK /l] vyjadřuje koncentraci substrátu S, při které je dosažená měrná růstová rychlost µmax/2 (ve vsádkovém experimentu či při startu kontinuální anaerobní fermentace). Monodův model růstové kinetiky (16) je velmi často používaný pro substráty bez substrátové inhibice (resp. pro substráty, kde koeficient inhibice Ki je velmi vysoký)
(17 )
max
Sn Ks S
Moser (1959)
Vztah (18) vytvořený Contoisem se používá zvláště při vysokých koncentracích mikroorganismů. S rostoucí koncentrací buněk X se hodnota měrné růstové rychlosti μ zmenšuje.
(18)
max
S Ks X S
Contois (1959)
Rovnice (19) je případ empirického charakteru, funkce Φ vyjadřuje aktivitu kultury mikroorganismů (parametr fyziologického stavu) a lze ji vypočítat z růstové křivky (pro exponenciální fázi růstu mikroorganismů je Φ = 1). (19)
rx X
Kono (1968)
Některé z dalších často používaných modelů měrné růstové rychlosti:
(20)
S max K s S0 S
S0 ve vzorci (20) vyjadřuje počáteční koncentraci substrátu (pozn. u kontinuálně pracujícího fermentoru je to koncentrace substrátu vstupujícího do fermentoru) (21)
YX / S Q S
-9-
V rovnici (21) vyjadřuje Q kinetický faktor definovaný na základě fyziologického stavu kultury. Yx/s vyjadřuje stechiometrický výtěžnostní koeficient viz. rovnice (26) [8]. Další z používaných modelů (22) umožňuje popis fáze exponenciálního růstu a při dosažení určité koncentrace biomasy udržování její koncentrace na konstantní hladině, což je vhodné pro systémy se zádrží biomasy, např. membránový bioreaktor.
a b X
(22)
kde a, b jsou konstanty. V případech vysoké koncentrace substrátu se některé složky substrátu po překročení hranice nazývané kritická projeví inhibičně na rychlost růstu mikroorganismů. Některé substráty (zejména alkoholy a mastné kyseliny) mají tuto kritickou koncentraci velmi nízkou a proto je nutné jí zahrnout do modelu růstové kinetiky (23).
(23)
max
1 1
Ks S S Ki
Inhibiční konstanta Ki [mg CHSK /l] vyjadřuje koncentraci substrátu S, při které je dosažená měrná růstová rychlost µmax/2 při odumíráni mikroorganismů ve vsádkovém experimentu. Pro substráty jako je POME s velkou hodnotou inhibiční konstanty Ki se vztah (23) blíží Monodovu vztahu (16).
Realitě bližší a výstižnější způsob vyjádření rychlosti růstu buněk než je model binárního dělení mikroorganismů (14) je model uvažující současný růst a odumírání buněk (24)
(24)
dX X Kd X dt
kde Kd [den-1] lze charakterizovat jako rychlost odumírání buněk. Dosazením vztahu (16) do vztahu (24) získáme vztah pro kinetiku růstu buněčné kultury ovlivněný koncentrací substrátu
- 10 -
(25)
dX max S X Kd X dt Ks S
Zisk buněčné hmoty lze vyjádřit stechiometrickým výtěžnostním koeficientem Yx/s
(26)
YX / S
X r X S rS
Koeficienty rx a rs vyjadřují rychlost růstu mikroorganismů a rychlost spotřeby substrátu viz rovnice (27) a (28).
(27)
rX
(28)
rS
max X
X Ks X YX / S
max S
S
Ks S YS / X
Nejjednodušší představa je, že výtěžnostní koeficient Yx/s je konstantní a pak lze růst buněk vyjádřit jako
(29)
dX dS YX / S X Kd X dt dt
využití substrátu dS/dt je zde uvažováno jako záporné, protože substrát se spotřebovává na produkci buněčné hmoty. Využití substrátu pak lze vyjádřit jako
(30)
dS X ms X dt YX / S
kde ms [mg CHSK/mg X/den] je koeficient záchovy, tj. množství substrátu na jednotkové množství bakterií (mikroorganismů X) nutné pro zachování životních funkcí. Zahrnuje v sobě například energii na udržení stálých elektrochemických gradientů v buňce, mezi buněčnou stěnou a prostředím, na resyntézu chemických komponent buňky a subcelulárních struktur. Jeden ze způsobů určení odpovídajících ztrát substrátu na úkor - 11 -
zmíněných pochodů předpokládá, že tyto ztráty jsou nezávislé na specifické růstové rychlosti μ a jsou konstantní v určitém rozmezí kultivačních podmínek. Z celkové bilance substrátu (31) vyplívá, že rychlost spotřeby substrátu na zachování životních funkcí buňky se rovná celkové rychlosti spotřeby substrátu minus rychlost spotřeby substrátu na růst buněk.
(31)
dS 1 dS dX 1 dS dX 1 dt X m dt c dt X dt r dt X
Indexy: m – „maintenance“ pochody (tj. energie na zachování buňky) c – celková spotřeba substrátu ve fermentoru r – spotřeba substrátu na růst Rovnice (31) se dá přepsat do tvaru
(32)
mS
YX / S
YX / S
max
Koeficient Yx/smax [mg X/mg CHSK] je výtěžnostní koeficient vyjadřující množství biomasy X, které bylo vyrobeno z jednotkového množství substrátu S v případě zanedbání koeficientu záchovy ms. Výtěžnostní koeficient Yx/s vyjadřuje zisk biomasy při respektování koeficientu záchovy ms. Velmi často se v kinetických modelech objevuje tzv. ekonomický koeficient Ye (33), který vyjadřuje vztah mezi nárůstem biomasy (mikroorganismů) při počáteční koncentraci substrátu ve vsádkovém fermentoru.
(33)
Ye
X S0
Při kontinuální fermentaci do fermentoru nepřetržitě přivádíme substráty a živiny a z fermentoru
nepřetržitě
odvádíme
kapalinu
s biomasou
(anaerobními
mikroorganismy), nespotřebované substráty a živiny. Základní látková bilance v ideálně míchaném CSTR anaerobním fermentoru bez recyklace vychází z obecné rovnice složky substrátu S:
- 12 -
Vstup do fermentoru = výstup z fermentoru + spotřeba na růst biomasy a CO2 + spotřeba na zachování funkcí + akumulace v reaktoru
(34)
Q S0 Q S
X V YX / S
mS X V
dS V dt
kde Q [l/h] je objemový průtok media, So [mg CHSK/l] a S [mg CHSK/l] jsou koncentrace substrátu na vstupu a výstupu z fermentoru a V [l] je objem kapalné fáze fermentoru. Po vydělení rovnice (34) objemem V a úpravě dostaneme
(35)
dS Q X ( S0 S ) ms X dt V YX / S
Látkovou bilanci pro biomasu (mikroorganismy) lze vyjádřit obdobně jako pro substrát
(36)
Q X 0 Q X X V K d X V
dX V dt
kde Xo [mg X/l] a X [mg X/l] jsou koncentrace biomasy (mikroorganismů) na vstupu a výstupu z fermentoru. Po vydělení objemem V a úpravě dostaneme
(37)
dX Q ( X 0 X ) X Kd X dt V
koncentrace mikroorganismů na vstupu do fermentoru Xo je nulová (X0 = 0) a tudíž vztah (37) pak lze přepsat do tvaru
(38)
dX Q X X Kd X dt V
Zřeďovací rychlost D (39) je převrácená hodnota střední doby zadržení HRT. Rovnici (35) a (38) pak lze přepsat na (40) a (41).
Q 1 V HRT
(39)
D
(40)
D( S0 S )
X YX / S
ms X
dX dt
- 13 -
(41)
X D X
dX dt
Rovnice (41) současně dokumentuje, že byl zaveden předpoklad ideálního míchání ve fermentoru, kdy koncentrace složek uvnitř fermentoru musí být stejná jako koncentrace složek fermentor opouštějící. Rovnice (40) a (41) rovněž obsahují akumulační člen dX/dt. To je oprávněné u kontinuální fermentace pouze tehdy, jedná li se o najíždějící časový úsek (tzv. lag fáze) nebo při provedení změny do provozních parametrů fermentoru (koncentrace substrátu, změna zřeďovací rychlosti apod.). Rovnice s akumulačním členem dX/dt jsou tudíž důležité pro studium dynamiky systému, zejména jeho citlivost na změny vstupních parametrů. Lze je využít k řízení fermentoru při stanovení příslušných počátečních podmínek. Za ustálených podmínek ve fermentoru jsou akumulační členy nulové a tedy:
X
(42)
D( S0 S )
(43)
X D X
YX / S
ms X
Kombinací rovnic (42) a (43) a krácením X dostaneme rovnici charakteristickou pro kontinuální fermentaci (44)
D
V průtočném reaktoru (kontinuální fermentace) se růstová rychlost a zřeďovací rychlost rovnají. Protože růstová rychlost může dosáhnout maximální hodnoty µ = µmax, můžeme jako maximální zřeďovací rychlost zvolit Dmax = µmax. V tomto případě, však díky vysoké zřeďovací rychlosti hrozí vyplavení mikroorganismů z fermentoru a tím následně zastavení fermentace. Dosazením rovnice (44) do (42) dostaneme koncentraci buněk ve fermentoru při ustálených podmínkách s uvažováním koeficientu záchovy ms
- 14 -
(45)
X
S0 S m 1 s YX / S D
Koncentrace substrátu ve fermentoru za ustálených podmínek je dána jako řešení kvadratické rovnice (46). Pro běžná zadání parametrů, které přicházejí v úvahu při fermentaci, má rovnice (46) 2 kladná řešení. Hodnoty S2 získané za použití znaménka + lze buď rovnou vyloučit jako nereálné (pro malé hodnoty D), přesahují-li hodnotu vstupní koncentrace So, nebo (pro vyšší hodnoty D) získáme řešení které je nestabilní.
(46)
S1,2
K ( max D) ( max D) 2 4 D 2 S Ki 2D Ki
Pro Monodovu kinetiku růstu, při zanedbání koeficientu záchovy ms a koeficient inhibice Ki → ∞ , lze rovnice (45) a (46) přepsat do tvaru (47)
X (S0 S ) YX / S
(48)
S
D KS max D
Je možné pozorovat výrazný vliv koeficientu záchovy ms na koncentraci buněk ve fermentoru pro malé zřeďovací rychlosti. Při velkých zřeďovacích rychlostech lze koeficient záchovy zanedbat[9].
- 15 -
2. Současný stav řešené problematiky 2.1
Anaerobní fermentor
V současné době se v rozvojových oblastech tropů a subtropů využívá několika typů technologií na výstavbu levných a jednoduchých fermentorů. Mezi nejrozšířenější patří betonové China Dome Anaerobic Digester [10, 11] (případně Puxin Biogas Digester [12, 13]) populární v Číně a Nepálu (cca 17 milionů kusů zejména v zemědělských oblastech). U tohoto typu technologie je fermentor zakopán v zemi (menší teplotní výkyvy), v naprosté většině případů není vyhříván ani míchán, což značně snižuje účinnost digesce a prodlužuje střední dobu zadržení materiálu ve fermentoru. Mezi hlavní nevýhody patří kromě nízké účinnosti anaerobní fermentace i nesnadná údržba (při čištění je často nutné zbourat část fermentoru). Dalším velmi rozšířeným typem je tzv. Oil Drum Anaerobic Fermentor [13, 14] postavený z kovových sudů původně určených k přepravě a uskladnění oleje a pohonných hmot. Hlavní nevýhodou je malý objem tohoto fermentoru (přibližně 100 až 200 litrů), a kvůli absenci izolace (či ohřevu) a míchání je výsledná produkce bioplynu relativně malá. Pro anaerobní fermentaci jsou sudy velmi nevhodné vzhledem k produkci vysoce korozivního sirovodíku H2S při anaerobní fermentaci. V Indii je rozšířené použití plastové nádrže o objemu 500 litrů tzv. ARTI Compact Biogas Plant [15]. V Jihovýchodní Asii je rozšířen Plastic Bag Biodigester [16, 17], případně Plastic Tube Biodigester [15, 16] z tvrzeného polyethylenového případně polyvinilchloridového (PVC) plastového pytle o délce 8 až 12 metrů, který je částečně zakopán v zemi. V tomto fermentoru není bohužel možné využít kofermentace různých substrátů. Lze použít pouze kejdu skotu či prasat jinak hrozí zničení fermentoru proděravěním pomocí pevných částic a existuje zde nebezpečí snadného poškození domácími zvířaty, UV složkou slunečního svitu apod.. Jeho velkou předností je ovšem snadná implementace a velmi nízká cena, v porovnání s jinými typy technologií [17].
- 16 -
2.2 Kofermentace různých směsí 2.2.1
Ryže
Rýže představuje základní potravinu pro většinu obyvatel tropických zemí (~ 95%). Rýže je v tropických oblastech pěstována ve 3 až 4 měsíčních periodách v závislosti na místních podmínkách. Při sklizni rýže se nejprve oddělí zrno od stébla. K této separaci dochází přímo na rýžovém políčku. Po sklizni tak zůstane na poli velké množství stébel, které jsou následně spáleny přímo na poli. Přestože tato metoda je nejrozšířenější způsob likvidace rýžových stébel, nepatří mezi ekologicky šetrné. Hlavní nevýhodou této metody je zdraví škodlivý kouř s velkým obsahem emisí (viz Tabulka 1), a proto je v některých zemích zakázáno spalovat více než 25 % rýžových stébel či úplný zákaz spalování jako například od roku 2000 v Kalifornii (USA). Další metoda jak se zbavit rýžových stébel je jejich zaorání do půdy. Nicméně dostupné vědecké výzkumy a zkušenosti pěstitelů naznačují, že tato metoda může snížit výnosy, zvýšit riziko listových nemocí a zhoršit vlastnosti půdy odčerpáním důležitých živin[18]. Jednou z možností využití rýžových stébel může být jejich přímé spalování v upraveném parním kotli k výrobě elektrické energie. Jako příklad lze uvést elektrárnu A.T. Biopower v centrálním Thajsku [19]. Tuto metodu však lze použít jen v oblastech, kde je velká koncentrace rýžových polí a svoz rýžových stébel do elektrárny není ekonomicky ani technicky náročný. Obrázek 2: Produkce rýže v Indonésii v roce 2002 v tunách
- 17 -
Tabulka 1: Emise z pálení rýžových stébel [20] PM 10
VOC
NOx
SOx
CO
emise [kg / Ha]
23.3
5.8
19.0
4.1
211.0
emise [kg / tunu rýžových stébel]
3.7
1.0
3.1
0.7
34.7
Pozn.: založeno na hustotě rýžových stébel 6.7 t/Ha
Další alternativou k řešení problému s rýžovými stébly může být použití anaerobní fermentace. Rýžové stébla jsou tvořena lignocelulózou a skládají se z hemicelulózy (44,9 %), celulózy (37,4 %), ligninu (4,9 %) a silikonového popelu (Silicon ash 13,1 %) [21]. Stébla obsahují přibližně 0,4 % dusíku a jejich poměr uhlík/dusík (C/N) je přibližně 70. Pro správný průběh anaerobní fermentace je požadován poměr C/N v rozsahu 25 – 35, proto je při anaerobní fermentaci rýžových stébel nutno dodat dusík. Dusík může být do fermentoru dodáván buď v anorganické formě (ve formě čpavku) či v organické formě (močovina, živočišná mrva, kejda skotu či případně zbytky potravin) [18]. Živočišná mrva a kejda skotu se zdá být velmi vhodná jako zdroj dusíku pro anaerobní fermentaci rýžových stébel, zejména vzhledem k snadné dostupnosti toho materiálu poblíž rýžových polí. Jakmile je ve fermentoru dusík uvolněn z organické formy, vytváří čpavek (NH4), který je rozpustný ve vodě. Pro snížení množství dusíku přidávaného do fermentoru lze využít recyklaci vody z fermentoru (s obsaženým NH4). Tabulka 2: Vlastnosti některých druhů biomasy složení
jednotka
kejda Zebu
sisál
opuncie
rýžová sláma
rýžové slupky
voda
% hm
71,02
89,59
92,18
8,04
7,57
prchavá hořlavina
% hm
17,49
7,59
4,73
58,16
53,05
neprchavá hořlavina
% hm
3,89
1,91
1,15
14,73
13,41
popel
% hm
7,59
0,90
1,93
19,06
25,97
C
% hm
11,05
4,65
2,87
35,68
32,66
H
% hm
1,45
0,70
0,42
5,32
4,85
N
% hm
0,38
0,06
0,04
0,51
0,48
S
% hm
0,05
< 0,01
< 0,01
0,07
0,05
O
% hm
8,68
3,92
2,42
30,69
27,91
Cl
% hm
0,04
< 0,01
< 0,01
0,07
0,05
spalné teplo
MJ/kg-1
4,34
1,90
1,17
14,51
13,29
výhřevnost
MJ/kg-1
2,30
<0
<0
13,16
12,05
- 18 -
Protože se rýžové stébla skládají z lignocelulózy, která je patří mezi obtížně se rozkládající materiály, je vhodné rýžová stébla před anaerobní fermentací upravit. To může být provedeno mechanicky (např. rozsekáním na malé kousky), tepelně nebo chemicky (silná kyselina či zásada). Tato úprava slouží k rozbití buněk a tím snadnějšímu přístupu mikroorganismů k biologicky rozložitelným částem stébel. Zhang a Zhang [18], ve svém výzkumu ukázali, že nasekáním či namletím stébel na malé kousky se zvyšuje obsah metanu a celkovou produkci vyrobeného bioplynu. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při mechanickém namletí na 10 - 25 mm kousky. Dále jejich výzkum ukazuje, že tepelná předúprava stébel částečně zvýší produkci bioplynu. Tato změna je patrná zejména při tepelné predúpravě teplotami kolem 90 – 100°C. Kombinace namletí rýžových stébel na 10 mm kousky společně s tepelnou předúpravou (110°C) a přidáním čpavku (2%) zvýšila celkovou produkci bioplynu v APS fermentoru o 17.5% oproti neupraveným stéblům. Při zpracování rýže dochází v malých mlýnech ke zbavení rýže jejích dvou ochranných slupek. Slupky tvoří dle kvality rýže 25 – 30% váhy zrna. Po oddělení zrna od obou slupek jsou tyto slupky spalovány na hromadě za mlýnem a popel lze případně využít jako hnojivo. Anaerobní fermentace samotných rýžových slupek je vzhledem k vysokému obsahu ligninu velmi obtížná. Kofermentace rýžových slupek s jinými druhy odpadní biomasy se ukazuje být vhodná. Anaerobní kofermentace rýžových slupek a sladového odpadu v poměru 1:1 zvýšila produkci metanu o 60% [22]. Kofermentace rýžových slupek se slupkami z manioku (cassava) v poměru 1:1 též vykazuje značné množství bioplynu [23]. Překvapivě anaerobní kofermentace rýžových slupek s kravskou kejdou v poměru 1:1 ani 3:1 nevykazuje signifikantní množství bioplynu (maximum 10.78 ml CH4/g TS pro poměr 1:1) [24]. Tabulka 3: vlastnosti různých typů biomasy [25] parametr
rýže
palmový olej
dřevní piliny
stébla
slupka
EFB
slupky
vlákna
18.04
11.96
13.43
16.1
16.86
16.71
popel [% váhy]
1.3
20.4
20.2
3.8
1.7
5.9
vlhkost [% váhy]
11.0
5.8
5.6
8.0
13.7
12.0
LHV [MJ/kg]
- 19 -
2.2.2 Palma olejná Palma olejná (Elaeis Guineensis Jacq.) původně pochází z oblastí západní Afriky, ale díky své extrémně dobré adaptaci na tropické nížinné oblasti se postupně rozšířila do dalších oblastí tropické Afriky (zejména Nigerie) a Jihovýchodní Asie (zejména Malajsie a Indonésie). Do Indonésie a Malajsie se palma olejná dostala s holandskými kolonizátory, kteří zde v polovině devatenáctého století zakládali plantáže palmy olejné, kaučuku a kokosu. V současné době je největší pěstitel palmy olejné Malajsie, která pokrývá 49 % světové produkce palmového oleje. Od roku 2007 diesel v Malajsii obsahuje 5% obj. palmového oleje resp. jeho metylestéru [26]. Indonésie se svými přibližně 6 miliony hektary plantáží palmy olejné patří na druhé místo v produkci palmového oleje (36 % světové produkce). Obrázek 3: Produkce palmového oleje v Indonésii v roce 2002 v tunách.
Při výrobě palmového oleje vzniká velké množství odpadu a to jak v pevné formě (prázdné trsy - EFB, slupky a vlákna) tak i tekuté formě odpadních vod (POME). Mezi pevné odpady při výrobě palmového oleje patří vlákna a slupky jejich množství se pohybuje okolo 145 kg a 60 kg na každou tunu palmových plodů. V současné době jsou vlákna a slupky použity k výrobě elektrické a tepelné energie v nízkotlakém kotli. Vzhledem k množství emisí a celkové účinnosti tohoto zdroje je toto řešení z ekologického i technického hlediska nevyhovující. Několik studií poukazuje na možnost použít vlákna a slupky na výrobu papírové kaše [27, 28]. Množství prázdných
- 20 -
trsů (EFB) je přibližně 230kg na tunu palmových plodů (FFB). Tyto prázdné trsy (EFB) se vzhledem ke své vlhkosti (přes 60 %) nedají přímo spalovat v nízkotlakém kotli a tak se v současné době z větší části napřed suší odpadním teplem a následně spalují za továrnou. Část vzniklého popele se pak využívá jako přírodní hnojivo na plantáži. Menší část FFB (cca 20 %) se odveze na plantáž bez spálení a slouží jako materiál k mulčování. Vzhledem k množství těchto pevných odpadů a jejich výhřevnosti po usušení (viz. Tabulka 3) se zdá vhodné je považovat za potenciální kandidáty pro výrobu tepelné a elektrické energie. V tabulce 4 je potenciál elektrické energie vyrobený z těchto pevných odpadů. Tabulka 4: Potenciál elektrické energie generované z odpadu továrny na palmový olej [25] celkem oblast
odpadu [MTun]
EFB [MTun]
slupky &
potenciálně elektrické energie [GWh]
vlákna [Mtun]
EFB
slupky & vlákna
celkem
Sumatra
4.81
1.855
2.067
2,163.6
2,412.1
4,575.7
Jáva & Bali
4.48
1.730
1.929
2,018.2
2,250.0
4,268.2
Nusa Tenggara
2.68
1.034
1.153
1,206.4
1,344.9
2,551.3
Kalimantan
2.43
0.939
1.047
1,095.3
1,221.1
2,316.4
Sulawesi
1.20
0.464
0.517
540.8
602.9
1,143.6
Maluku
0.83
0.321
0.357
374.1
417.0
791.1
Papua Barat
0.21
0.080
0.089
92.9
103.6
196.5
Poznámka : LHV = 14 MJ/kg, ηth = 30%
Obrázek 4: Odpadní voda z továrny na palmový olej (POME) Odpadní voda (POME) vznikající při výrobě palmového oleje pocházejí ze tří hlavních podprocesů. Největší množství odpadní vody je produkováno čistící sekcí, ve které dochází k čistění oleje od veškerých příměsí, jako jsou zbytky
vody
podstatným
a
dužniny.
zdrojem
Druhým
odpadní
velmi
vody
je
sterilizační kondenzát. Třetím, množstvím spíše
- 21 -
nevýznamným, podílem odpadní vody přispívá pravidelné čistění lisovací a čistící sekce vodou k vyplavení usazenin a nečistot (viz. Tabulka 5). Tyto odpadní vody sice nejsou znečištěny chemicky, avšak obsahují velké množství organických látek. Tabulka 5: Množství odpadní vody (POME) při výrobě palmového oleje [30] proces
množství v tunách na tunu oleje
množství v tunách na tunu FFB
sterilizační kondenzát
0.9
0.12
čistící sekce oleje
1.5
0.5
čištění systému
0.1
0.05
celkem
2.5
0.67
Vzhledem ke stále se zpřísňujícím normám pro kvalitu odpadních vod bylo provedeno mnoho výzkumů na zpracování odpadní vody z výroby palmového oleje (POME). Vyjmenujme alespoň několik nejdůležitějších
odstřeďování a odpařování [28 - 32]
uložení v zemi [33]
zpracování na krmivo pro dobytek [34, 35]
ultrafiltrace [35 - 38]
chemické srážení [39 - 42]
aerobní fermentace [43 - 45]
anaerobní fermentace [45 - 56]
Mezi hlavní nevýhody většiny těchto technologií (s výjimkou anaerobní fermentace) patří velká spotřeba energie a/nebo ekonomická náročnost. V současné době odpadní voda (POME) před vypuštěním do přírody prochází zpracováním v soustavě otevřených lagun, ve kterých dochází k likvidaci biologických zbytků. Celkem je odpadní voda v soustavě anaerobních a aerobních otevřených lagun zadržována po dobu přibližně 120 dní než dojde ke splnění limitů (zejména BSK a CHSK) pro vypouštění odpadních vod do přírody. V první laguně dochází k sedimentaci pevných zbytků a nastartování procesu anaerobní fermentace. Odpadní voda poté putuje do dvou až čtyř sériově zapojených otevřených anaerobních lagun (4 metry hluboké), ve kterých od určité hloubky pod hladinou (cca od 50 cm) probíhá anaerobní fermentace s mesofilním typem anaerobních
- 22 -
bakterií (průměrná teplota okolí je 30°C). V těchto otevřených lagunách probíhá anaerobní fermentace přibližně 90 dní. V poslední otevřené laguně probíhá po dobu přibližně jednoho měsíce aerobní fermentace POME. Graf 1: Předpověď produkce palmového oleje dle zemí. [57]
Obrázek 5: Otevřené anaerobní laguny Pro zvýšení účinnosti aerobní fermentace je laguna probublávána stlačeným vzduchem. Poté je POME vypouštěna do řeky, případně využita jako hnojivo. Tento způsob likvidace POME má několik nevýhod. Je potřeba velké množství půdy a s tím spojené náklady na zakoupení této půdy a vybudování soustavy otevřených lagun. Připomeňme zde, že POME je
v soustavě
těchto
lagun
zadržováno
přibližně 120 dní a vzhledem k množství POME (cca 35 t/h po 18 až 20h denně) musí být objem lagun obrovský. Proces v těchto otevřených lagunách je těžko řiditelný a monitorovatelný. Díky absenci míchání (s
- 23 -
výjimkou aerobní laguny) se zde tvoří velké množství mrtvých bodů, ve kterých nedochází k anaerobní fermentaci. V neposlední řadě dochází k hromadění pevných částí na dně laguny a tím zmenšení objemu laguny, které vede ke zkrácení doby po kterou je POME zadržována v těchto lagunách. Mezi hlavní nevýhody této technologie patří velké množství metanu, které je uvolněno do atmosféry jako vedlejší produkt anaerobní fermentace. Pro odhad jeho množství lze použít vzorec (49) používaný v Palm Oil Research Institute - Malaysia. (49)
CH 4 emise[tun/rok] = CPO×p×b×c×ρ
CPO [tun / rok] – produkce palmového oleje
p [m3 POME / tunu CPO] – množství odpadní vody na tunu vyrobeného oleje
b [m3 bioplynu / m3 POME] – množství bioplynu vzniklé z 1m3 POME
c [m3 CH4 / m3 bioplynu] – množství metanu v bioplynu
ρ [tun CH4 / m3 CH4] – hustota metanu
přepočet emisí metanu na ekvivalent CO2 :
CH 4 emise[t-CO 2 ekv./rok] = CH 4emise×GWP(CH 4 )
(50)
Pozn.: GWP (CH4) = 21 – metan je 21 krát silnější skleníkový plyn než CO2 Pro ilustraci lze uvést příklad výpočtu emisí metanu uvolněných z otevřených anaerobních lagun v továrně na plantážích firmy P.T. AMP Plantation Palm Oil Mill v Desa Tapian Kandis – Kecamatan Palemban (jižní Sumatra). Tabulka 6: Data z P.T. AMP Plantation Palm Oil Mill - Kecamatan Palemban 2004 [30] parametr
jednotka
hodnota
CPO
[tun / rok]
61 365,6
P
[m3 POME / tunu CPO]
2,5
B
[m3 bioplynu / m3 POME]
28
C
[m3 CH4 / m3 bioplynu]
0,6
Ρ
[tun CH4 / m3 CH4]
GWP (CH4)
[-]
spotřeba dieselu
[litrů / rok]
0,00071 21 265 176
- 24 -
Po dosazení do vzorce (49) : (51)
CH 4 emise[tun/rok] = 61365,6×2,5×28×0,6×0,00071=1829,9 [tun CH 4 /rok]
při přepočtu na ekvivalent CO2 dle vzorce (50) : (52)
CH 4 emise[t-CO 2 ekv./rok] = 1829,9×21= 53 067,7 [t-CO 2 ekv./rok]
Jak bylo ukázáno výpočtem je množství metanu uvolněného do atmosféry obrovské. Vypočtené emise ovšem zahrnují pouze množství metanu uvolněného z otevřených anaerobních lagun. Nezahrnují však případnou úsporu velkého množství emisí vznikajících při spalování vláken a slupek pokud by k výrobě elektrické a tepelné energie byl využit bioplyn vznikající při anaerobní fermentaci. Ve výpočtu též není uvažováno množství emisí uvolněných při spalování dieselu k dodatečné výrobě elektrické energie. V továrně na plantážích firmy P.T. AMP Plantation Palm Oil Mill v Desa Tapian Kandis v roce 2004 činila spotřeba dieselu pro výrobu elektrické energie 265 176 litrů. Dále zde nejsou uvažovány emise z automobilů dopravujících FFB do továrny případně surového palmového oleje z továrny. Vhledem k tomu, že je ekonomicky a geograficky nevýhodné dopravovat FFB z větší vzdálenosti než 100km, lze množství emisí z automobilů zanedbat.
- 25 -
2.2.3 Sisál
Odpadní biomasa z výroby sisálových vláken představuje velkou zátěž pro životní prostředí. Při zpracování agáve sisálové se na výrobu provazu použijí pouze vlákna, kterých rostlina sisálu obsahuje přibližně 2% [58]. Zbytek rostliny (tj. 98%) je následně vyhozen na sládku nedaleko továrny, kde se postupně rozloží. Část tohoto rozkladu probíhá za anaerobních podmínek a velké množství metanu je tímto procesem uvolňováno do atmosféry. Vzhledem ohromnému objemu tohoto odpadu (viz. tabulka 8 v příloze) bylo provedeno několik výzkumů potvrzujících možnost anaerobní fermentace těchto odpadů v některých typech fermentorů (UASB, UCB a CSRT) [58]. Vzhledem k relativně vysokému obsahu ligninu v odpadu ze zpracování sisálových rostlin podobně jako u rýžových stébel lze i zde pozorovat relativně velký vliv velikosti sisálového odpadu na množství bioplynu i obsahu metanu. Při nasekání na menší kousky je pro anaerobní bakterie snažší dostat se k živinám a vyprodukovat více bioplynu. Při nasekání na 2mm kousky byl pozorován nárůst metanu ve vyprodukovaném bioplynu o 23% [59]. Při fermentaci této odpadní biomasy byl také zkoumán vliv biologické předúpravy za pomoci CCHT-1 a Trichoderma reseei, výsledky ukazují zvýšenou produkci bioplynu při následné anaerobní fermentaci o 24 – 30% [60]. Kofermentace odpadu ze zpracování sisálových listů s odpadem ze zpracování ryb se ukazuje jako velmi vhodná. Dochází zde pravděpodobně k doplnění nutrientů nezbytných pro anaerobní fermentaci z obou substrátů a dále pak ke snížení poměru C/N. Nejlepších výsledků bylo dosaženo ze směsi sisálového odpadu ku odpadu z ryb v poměru 67% ku 33% s poměrem C/N přibližně 16 což je optimální hodnota pro obtížně fermentovatelné substráty s vysokým obsahem ligninu [61]. Tabulka 7: Vlastnosti sisálového odpadu a kejdy zebu. Sisál
Kejda zebu
TS [%]
16.60
18.14
pH
4.39
9.1
C/N
45
14.6
VS [% of TS]
87.5
86
CHSK [g/kg]
60
160
- 26 -
3. Cíl práce
Cílem práce je v prvé řadě testování a zhodnocení energetického potenciálu různých směsí odpadní biomasy, se zaměřením na anaerobní kofermentaci fytomasy s kejdou hospodářských zvířat (zejména zebu). Dále pak zlepšení technologie výroby bioplynu (návrh levného účinného fermentoru) odpovídající požadavkům domácností a malých farem v rozvojových zemích ležících v tropických oblastech.
Zmapování biomasy v Indonésii a jihozápadním Madagaskaru Testování a zhodnocení energetického potenciálu různých směsí odpadní biomasy pro výrobu bioplynu Vytvoření matematického modelu anaerobní fermentace odpadní vody z továrny na palmový olej (POME) Návrh nového účinného anaerobního fermentoru, jeho otestování v laboratoři a následně v reálných podmínkách tropických oblastí
- 27 -
4. Metodika zpracování disertační práce 4.1 Analýza použitelnosti různých druhů biomasy Po zmapování množství a dostupnosti odpadní biomasy v Indonésii a v oblasti jižního Madagaskaru byly do testů vybrány rámcově 4 nejrozšířenější druhy odpadní biomasy. Odpadní fytomasa z pěstovaných či využívaných plodin – zbytková biomasa ze zpracování rýže (rýžové slupky a rýžové stébla), odpadní voda z továrny na palmový olej (POME), odpadní biomasa z výroby sisalových vláken a kejda hospodářských zvířat (zebu). Testovány budou různé kombinace fermentačních substrátů v malých laboratorních fermentorech při různém poměru kejdy a odpadní fytomasy. Testování bude probíhat v laboratorních fermentorech o objemu 1l a to jak na principu vsádkové (batch) tak i kontinuální (plug flow) anaerobní fermentace. Obsah sušiny u vsádkových fermentorů bude 5%. U kontinuální fermentace bude zkoumán vliv sušiny na množství a kvalitu produkovaného bioplynu a to v rozsahu 5 - 20% sušiny. Testování budou provedena v laboratoři ITS ČZU v Praze Suchdol. Budou probíhat v cyklech a obsah fermentorů bude aktivován očkovací látkou z laboratoří Výzkumného ústavu zemědělské techniky v Praze. Pro udržení konstantní teploty bude sada fermentorů uložena ve vyhřívané vodní lázni s teplotou 30°C. U všech vstupních i výstupních materiálů bude stanoven obsah sušiny a pH. U každého cyklu pokusů bude sledována produkce bioplynu z kofermentační směsi dále pak ze samostatného inokula bez přídavku rostlinného materiálu a také ze samostatného rostlinného materiálu. Výsledky množství bioplynu z těchto fermentorů budou ukazovat na kvalitu testované směsi a její vhodnosti pro výrobu bioplynu. Dále bude sledován vliv úpravy (drcení, máčení ve vodě apod.) vstupního materiálu a střední doba zdržení v kontinuálním fermentoru na produkci a složení bioplynu. Vzorky organického materiálu budou testovány v mezofilních podmínkách (30°C) a bude zjišťována denní a kumulativní produkce bioplynu a jeho chemické složení. Koncentrace jednotlivých plynů bude analyzována přístrojem EX2000C, který umožňuje měřit koncentraci metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2).
- 28 -
4.2 Návrh levného anaerobního fermentoru Vzhledem k faktu, že žádný z levných anaerobních fermentorů není ani míchán ani izolován od okolního prostředí (tudíž dochází k velkému kolísání teplot uvnitř fermentoru) je účinnost těchto zařízeni relativně malá. Dá se tudíž využít jen malé množství odpadní biomasy (obsah sušiny do cca 5%). Proto bych se v této části práce rád zaměřil na návrh nového designu anaerobního fermentoru, který bude míchaný a případně i částečně tepelně izolovaný za účelem zvýšení produkce bioplynu. V první fázi půjde o testování vlivu míchání s částečnou recirkulací obsahu u anaerobní fermentace kejdy zebu v kontinuálním (tzv. plug flow) anaerobním fermentoru vyrobeného z platové folie. Platová folie je levná a lehce dostupná v rozvojových zemích ležících v tropických oblastech. Pro testování vlivu míchání a recirkulace bude postaven klasický plug flow anaerobní fermentor tak i modifikovaný (promíchávaný s částečnou recirkulací bakterií) v oblasti jižního Madagaskaru (konkrétně vesnice Ranobe). Vzhledem k výraznému vlivu promíchávání obsahu fermentoru na množství vyrobeného bioplynu je zde předpoklad nárůstu vyprodukovaného bioplynu v promíchávaném fermentoru o 20% oproti fermentoru bez promíchávání obsahu a částečné recirkulace bakterií. V druhé fázi půjde o návrh jednoduchého a levného anaerobního fermentoru vhodného pro kofermentaci různých substrátů s aplikací imobilizačního media za účelem zvýšení účinnosti anaerobní fermentace (zkrácení střední doby zadržení a zlepšení vlastností výstupní vody – zejména snížení biologické a chemické spotřeby kyslíku). Pro výrobu fermentoru budou použity běžně dostupné materiály v rozvojových zemích. Fermentor bude vyroben z plastových nádrží na vodu a plastové folie. Design bude značně upraven, aby se zvýšila účinnost anaerobní fermentace a zejména možnost kofermentace zvířecí kejdy a odpadní fytomasy. Velký důraz bude kladen zejména na instalaci promíchávacího zařízení a izolaci fermentoru. Tím by mělo dojít k značnému nárůstu produkce bioplynu, současně by tím mělo dojít k větší stabilizaci anaerobního procesu a stabilnější produkci bioplynu. Podle návrhu bude v laboratoři postaven model tohoto anaerobního fermentoru za účelem otestování vhodnosti konstrukce a správné funkce fermentoru. Zároveň bude v laboratorním modelu fermentoru testována výtěžnost
- 29 -
bioplynu při použití nejlepší zjištěné fermentační směsi z předchozích laboratorních experimentů. Za účelem otestování vhodnosti technologie v tropických oblastech a ověření správnosti laboratorních výsledků v praxi bude tento anaerobní fermentor realizován ve vesnici Ranohira v jihozápadním Madagaskaru a bude zde zároveň otestována nejúspěšnější směs zjištěná při laboratorních experimentech v laboratořích ITS - ČZU.
- 30 -
5. Přínos práce Práce přinese nové poznatky o možnostech anaerobní kofermentace různých druhů odpadní fytomasy společně s kedjou zebu. Anaerobní kofermentace vhodných směsí biomasy může zlepšit stabilitu procesu, zvýšit množství a kvalitu vyprodukovaného bioplynu a zároveň řeší problém se zpracováním biologického odpadu ze zemědělské produkce a chovu hospodářských zvířat. Nová technologie anaerobního fermentoru by měla pomoci k rozšíření využití výroby bioplynu coby alternativního zdroje energie v rozvojových zemích v tropických oblastech. Cílem je zejména vylepšení a rozšíření technologie anaerobní fermentace mezi obyvatele venkovských oblastí, kde je dostatek odpadní biomasy a zároveň nedostatek energie, zejména za účelem získáni tepelné energie pro vaření. Tím by mělo dojít i ke zlepšení kvality života obyvatel například použitím organického hnojiva z výstupu fermentoru a v neposlední řadě k ochraně lokálních ekosystémů.
- 31 -
6. Seznam prací doktoranda vztahující se k disertaci
O. Cundr, D. Haladová, Agriculture practices and energy needs analysis in Ranobe village in Madagascar, 5th Scientific Conference of Institut of Tropics and Subtropic, 2011, ISBN:978-80-213-2233-2 O. Cundr, D. Haladová, Anaerobic batch co-digestion of sisal pulp and zebu dung, Mezinárodní konference mladých vědeckých pracovníků - UCOLIS 2011, ČZU. O. Cundr, D. Haladová, J. Pecen, Selection of optimal anaerobic digestion technology for family sized farm use. Case study of southwest Madagascar, Agricultura Tropica Et Subrtropica 44 (3), 2011 O. Cundr, Obnovitelné zdroje energie, časopis Rozvojovka 4/2008 (Člověk v tísni) O.Cundr, Kinetics Model of Anaerobic Digestion, Sborník odborného semináře: Nové metody a postupy v oblasti přístrojové techniky, automatického řízení a informatiky. Praha: Ústav přístrojové a řídicí techniky FS ČVUT, 2006, p. 3-10. ISBN 80-01-034917. O. Cundr, Kinetic Model of Anaerobic Digestion, Konference Studentské tvůrčí činnosti, Fakulta Strojní ČVUT v Praze, 20. 4. 2006 O. Cundr, Plausible energy yield from palm oil mill effluent, Journal Technik Masin ITB – Bandung, červen 2005
- 32 -
7. Seznam použité literatury
[1] Agoramoorthy, Govindasamy; HSU, Minna J. Biogas Plants Ease Ecological Stress in India’s Remote Villages. Human Ecology no. 3,vol 36. 2008, p. 435-441. [2] A. Faaij, Modern biomass conversion technologies. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. March 2006, vol 11, no. 2, p. 343–375. [3] M.Hoogwijk, et al. Exploration of the ranges of the global potential of biomass for energy. Biomass and Bioenergy. August 2003, vol 25, no. 2, p. 119-133. [4] J. Motlík, J. Váňa, Biomasa pro energii (2) Technologie. Biom.cz [online]. 2002-02-06 [cit. 2009-01-06]. Dostupné z WWW:
. ISSN: 1801-2655. [5] A. Slejška, J. Váňa, Možnosti využití BRKO prostřednictvím kompostování a anaerobní digesce. In: Biom.cz [online]. 2004-01-26 [cit. 2009-02-06]. Dostupné z WWW: . ISSN: 1801-2655. [6] M. Dohányos, Vliv dezintegrace na produkci bioplynu. In: Možnosti zvýšení výroby bioplynu u stávajících zařízení. Sborník referátů z konference v Třeboni. 2005, s. 41-51. ISBN 80-04-25663-5. [7] E. 0. Ugoji, Anaerobic Digestion Of Palm Oil Mill Effluent And Its Utilization As Fertilizer For Environmental Protection, Dept. of Biological Sciences, University of Lagos, Akoka, Yaba Lagos – Nigeria, Renewable Energy, Vol. 10, No. 213, 1997, p. 291-294 [8] M. Rychtera, J. Páca, Bioinženýrství kvasných procesů, Nakladatelství. Technické. literatury Praha, 1985
- 33 -
[9] F. Kaštánek, Bioinženýrství, Akademia (Akademie věd České republiky), 2001, ISBN 80-200-0768-7 [10] L. Kangmin, Mae-wan HO, Biogas China, In: Institut of Science in Society Press Release [online]. 2006-10-02 [cit. 2009-05-16]. Dostupné z WWW: < http://www.isis.org.uk/BiogasChina.php>. [11] M. Shyam, A biogas plant for the digestion of fresh undiluted cattle dung. In: Boiling Point No 47 [online]. November 2001 [cit. 2009-07-16]. Dostupné z WWW: < http://www.hedon.info/ABiogasPlantForTheDigestionOfFreshUndilutedCattleDung >. [12] W. J. Van Nes, Asia hits the Gas – Biogs from anaerobic digestion rolls out cross Asia. In: Renewable energy world, 2006, p. 102-111. [13] C. Rolz, J. F. Menchú, S. De Cabrera, Strategies for developing small-scale feermentation processes in developing countries. In: Bioconversion of Organic Residues for Rural Communities, 1979 [14] Boodoo, A.; Delaitre, C. T. R. Preston, The effect of retention time on biogas production from slurry produced by cattle fed sugar cane. Tropical Animal Production. 1979, vol 4, no. 3, p. 21-25. [15] C. Muller, Anaerobic Digestion of Biodegradable Solid Waste in Low and Middle Income Countries – overview over existing technologies and relevant case studies. In: Eawag aquatic research [online]. May 2007 [cit. 2009-05-23]. Dostupné z WWW: < http://www.eawag.ch >. [16] P. T. H. Bui, Effect of dimensions of plastic biodigester (width:length ratio) on gas production and composition of effluent. In: MEKARN Mini-projects [online]. 2003-1030 [cit. 2009-07-13]. Dostupné z WWW: < http://www.mekarn.org/msc200305/miniprojects/web page/hangctu.htm >.
- 34 -
[17] X. A. Bui, R. Thomas, Preston, F. Dolberg, The introduction of low cost polyethylen tube biodigesters on small scale farms in Vietnam. Livestock Research for Rural Development., vol 9, no. 2. 1997 [18] R. Zhang, Z. Zhang, Biogasification of rice staw with an anaerobic-phased solid digester system, Bioresource Technology 68 (1999), p. 235-245 [19] http://www.atbiopower.co.th/news_highlights/gen_tech_e.htm, 10-10-2011 [20] BM. Jenkins, Atmospheric pollutant emission factors from open burning of agricultural and forest biomass by wind tunnel simulations. Final report (3 vols.), CARB Project A932-126. Sacramento, California: California Air Resources Board 1996. [21] D.J. Hills, D.W. Roberts, Anaerobic digestion of dairy manure and field crop residues, Agricultural Wastes 3, 1981, p. 179-189 [22] V.A. Ezekoye, C.E. Okeke. Design, Construction, and Performance Evaluation of Plastic Biodigester and the Storage of Biogas. Pacific Journal of Science and Technology. 7(2), 2006, p.176-184. [23] V.A. Ezekoye, B.A. Ezekoye. Characterization and Storage of Biogas Produced from the Anaerobic Digestion of Cow Dung, Spent Grains/Cow Dung, and Cassava Peels/Rice Husk. Pacific Journal of Science and Technology. 10(2), 2009, p. 898-904. [24] E. T. Iyagba, I. A. Mangibo and Y. S. Mohammad, The study of cow dung as cosubstrate with rice husk in biogas production, Scientific Research and Essay Vol.4 (9), 2009, p. 861-866, ISSN 1992-2248 [25] A. Suwono, Indonesia's Potential Contribution of Biomass in Sustainable Energy Development. Thermodynamics Laboratory, IURC for Engineering Sciences, 2004 [26] K. Murtinger, J. Beranovský, Energie z biomasy, Era, 2008, ISBN 8073661152
- 35 -
[27] R. Snell, L. Mott, A. Suleman, A. Sule, G. Mayhead, Potasium-Based Pulping Regimes For Oil Palm Empty Fruit Bunch Material, BC Paper, The BioComposites Centre University of Wales, Angor, Gwynedd – UK [28] W. Roge, A. Velayuthan, Push-parajah, E. and Rajadurai, M. (Eds.), Preliminary trials with Westfalia-3-phase decanters for palm oil separation. Palm Oil Prod. Technol. Eighties, Rep. Proc. Int. Conf., Inc. Sot. Plant. Kuala Lumpur, Malaysia. 1981, p. 327334 [30] P.T. AMP Plantation Palm Oil Mill - Kecamatan Palemban - osobní konzultace, Sumatra (Indonésie) 2004 a 2005 [31] W.J. Ng, A.C.C. Goh and J.H. Tay, Palm oil mill effluent treatment - liquid-solid separation with dissolved air flotation. Biol. Wastes 25, 1988, p. 257-268 [32] A. N Ma., Y.Tajima, A novel treatment process for POME, Palm Oil Research Institute of Malaysia, Malaysia – 1996 [33] A. N. Ma and A.S.H. Ong, Palm oil processing – new development in effluent treatment Water Sci. Technol. 18, 1986, p. 35-40 [34] J. Sutanto, Solvent extraction process to achieve zero-effluent and to produce quality animal feed from mill sludge, Planter 59, 1983, p. 17-35 [35] M. Turisin, M. Nor, M. S. Suwandi, Membrane process in by-product recovery. Sains Malays. 10, 1981, p. 161-174 [36] M.A. Badri, Identification of heavy metal toxicity levels in solid wastes by chemical specification. Conserv. Recycl. 7, 1984, p. 257-269 [37] C.C. Ho and C.Y. Chan, The application of lead dioxidecoated titanium anode in the electroflotation of palm oil mill effluent, Water Res. 20, 1986, p. 1523- 1527
- 36 -
[38] P. W. Wong, N. M. Sulaiman, M. Nachiappan and B. V. Songklanakarin, Pre-treatment and membrane ultrafiltration using treated palm oil mill effluent (POME). Sci. Technol., 24(Suppl.), 2002, p. 891-898 [39] K.K. Chin, W.J. Ng, A.N. Ma and K.K. Wong, Treatability studies of palm oil refinery wastewaters. Water Sci. Technol. 19, 1987, p. 23-29 [40] M.I.A. Karim, L.L. Hie, The use of coagulating and polymeric flocculating agents in the treatment of palm oil mill effluent (POME). Biol. Wastes 22, 1987, p. 209-218 [41] K.Abdul, L. Mohamed and A.Q.A. Kamil, Biological treatment of palm oil mill effluent using Trichodermu uiridr., Biol. Wastes 27, 1989, p. 143-152 [42]. . J.O. Edewor , A comparison of treatment methods for palm oil mill effluent (POME) wastes, J. Chem. Technol. Biotechnol. 36, 1986, p. 212-218 [43] W.J. Ng, K.K. Chin and K.K. Wong, Energy yields from anaerobic digestion of palm oil mill effluent. Biol. Wastes 19, 1987, p. 257-266 [44] M.S. Suwandi, Retention characteristic of polyamide and polysulfone membranes in relation to palm oil mill effluent, Sains Malaysia. 10, 1981, p. 147-160 [45] T. Setiadi, H. and A. Djajadiningrat, Palm oil mill effluent treatment by anaerobic baffled reactors: recycle effects and biokinetic parameters, Wat. Sci Tech. 11, 1996, p. 59-66 [46] R. Borja, Ch. J. Banks, Treatment of palm oil mill effluent by Upflow anaerobic fitration. J. Chem. Biotechnology 11, 1994, p. 103-109 [47] J. O. Edewor, A comparison of treatment methods for palm oil mill effluent (POME) wastes, Chem. Biotechnology 36, 1996, p. 212-218
- 37 -
[48] A. Ibrahim, B. G. Yeoh, S. C. Cheah, A. N. Ma, S. Ahmad, T. Y. Chew, R. Raj, M. J. A. Wahid, Thermophilic anaerobic digestion of palm oil mill effluent, Wat. Sci Tech. 17, 1984, p. 155-166 [49] S. Mustapha, B. Ashhuby, M. Rashid, I. Azni, Star-up strategy of a thermophilic upflow anaerobic filter for treating palm oil mill effluent, Trans IchemE 81 part B, 2003 [50] W. J. Ng, K. K. Chin& K. K. Wong, Energy Yields from Anaerobic Digestion of Palm Oil Mill Effluent, Biological Wastes 19 , 1987, p. 257-266 [51] R. Borja, Charles J. Banks, B. Khalfaoui, A. Martin, Performance evaluation of an anaerobic hybrid digester treating palm oil mill effluent, J. Environ. Sci. Healt A31, 1996, p. 1379-1393 [52] R. Borja, Ch. J. Banks, E. Sinchez, Anaerobic treatment of palm oil mill effluent in a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) system, Journal of Biotechnology 45, 1996, p. I25- 135 [53] K. K. Chin, K. K. Wong, Thermophilic anaerobic digestion of palm oil mill effluent, Water Res. 17, 1983, p. 993-995 [54] R. G. Cail, J. P. Barford, Thermophilic semi-continuous anaerobic digestion of palm oil mill effluent, Agricultural wastes 13, 1985, p. 295-304 [55] C. C. Ho, Y. K. Tan, Anaerobic treatment of palm oil mill effluent by tank digesters, J. Chem. Tech. Biotechnology 35B, 1985, p. 155-164 [56] T. O. Peyton, I. W. Cooper, Mesophilic and thermophilic anaerobic tank treatment of palm oil mill wastewaters, Proceedings of the industrial waste conference 34th., 1979 [57] Workshop on Biomass for Sustainable Electric Generation - Gran Melia Jakarta, March 1, Indonesia 2005
- 38 -
[58] L. Oudshoorn, Biogas from sisal waste. A new opportunity for the sisal industry in Tanzania, M.Sc. thesis, Eindhoven University of Technology. 1995 [59] A. Mshandete, A. K. Kivaisi, M. Rubindamayugi, B. Mattiasson, L. Björsson, Effect of particle size on biogas yield from sisal fibre waste, Renewable Energy 31, 2006, p. 2385-2392 [60] M. Muthangya, A. M. Mshandete and A. K. Kivaisi, Two-Stage Fungal Pre-Treatment for Improved Biogas Production from Sisal Leaf Decortication Residues, International Journal of Molecular Sciences vol. 10, 2009, p. 4805-4815, ISSN 1422-0067 [61] A. Mshandete, A. Kivaisi, M. Rubindamayugi, B. Mattiasson, Anaerobic batch codigestion of sisal pulp and fish wastes,Bioresource Technology 95, 2004, p. 19-24 [62] A.Salum and G. Hodes,Leveraging CDM to scale-up sustainable giogas production from sisal waste, 17th European Biomass Conference and Exhibition, From Research to Industry and Markets, 2009, Hamburg (DE), 29 Jun - 3 Jul., p. 2431-2442
- 39 -
8. Příloha Tabulka 8: Odhadované množství odpadu z produkce sisálových vláken ve stovkách tun [62] 2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Afrika
1210
1121
1142
1286
1288
3308
1490
Tanzania
447
448
454
509
528
587
701
Kenya
209
420
475
505
486
502
524
Madagascar
228
160
122
181
181
175
173
South Africa
32
30
30
30
30
30
30
Mozambique
19
19
19
19
19
19
19
Ethiopia
13
13
13
13
13
13
13
Angola
10
10
10
10
10
10
10
J. Amerika
2673
2871
2945
2901
2529
2643
2419
Brazil
2419
2624
2698
2654
2263
2385
2153
Mexico
665
665
665
665
494
494
494
Venezuela
209
200
200
200
200
200
200
El Salvador
124
124
124
124
124
124
124
Haiti
40
40
40
40
40
40
40
Jamaica
6
6
6
6
6
6
6
Čína
703
722
665
665
665
665
665
Celkem
4587
4714
4752
4853
4482
6616
4573
- 40 -
Tabulka 9: Množství zemědělských plodin v Indonésii v roce 2001 v tunách palma
palmová
cukrová
měsíc
kaučuk
olejná
jádra
kakao
kafe
čaj
chinin
třtina
tabák
Leden
29 078
610 724
58 424
4 119
99
12 468
29
2 968
0
Únor
29 219
603 368
56 752
4 106
86
9 013
40
4 697
0
Březen
25 427
630 850
62 998
4 525
173
10 663
43
21 034
0
Duben
23 892
690 785
76 620
6 055
352
11 775
50
25 291
0
Květen
30 739
699 014
78 490
5 594
2 022
12 22
84
162 061
380
Červen
28 750
725 710
84 557
4 073
6 209
10 721
140
321 594
605
Červenec
30 217
730 811
85 717
4 736
9 588
10 114
135
325 761
1 325
Srpen
24 928
739 203
87 624
3 683
6 095
10 014
131
441 816
870
Září
26 507
749 103
88 487
5 896
2 787
9 785
106
241 265
745
Říjen
24 822
744 585
89 036
7 038
804
10 228
65
164 138
640
Listopad
24 796
740 680
87 090
7 597
306
10 598
50
5 464
551
Prosinec
29 944
731 646
91 078
787
160
11 669
47
9 378
0
946 872
65 293
28 681
117 048
920
1 725 467
5 116
celkem
328 329 8 396 472
- 41 -
