Aktivita 1 – Optimalizácia zloženia vstupnej biomasy a procesu výroby bioplynu pre bioplynovú stanicu Šamorín-Čilistov

Predmet výskumu:

Analýza vplyvu zloženia vstupnej biomasy na množstvo a zloženie produkovaného bioplynu. Optimalizácia zloženia vstupnej biomasy v podmienkach BPS Šamorín-Čilistov.

Návrh optimálneho zloženia, kvality a množstva biomasy v súvislosti s kvalitou a množstvom produkovaného bioplynu, s prihliadnutím na ekonomickú efektivity navrhovaného riešenia.

Všeobecné požiadavky na riešenie výskumnej úlohy:

• Výskumná úloha bude riešená v trvaní maximálne 24 mesiacov.
• Výskum musí byť podložený teoreticky, testami v laboratórnych podmienkach ako i praktickými testami v bioplynovom reaktore.

Priebeh riešenia výskumnej úlohy:

1. Úvodná analýza a zostavenie plánu výskumnej úlohy
2. Vykonanie 6 testovacích cyklov v prevádzkových podmienkach poľnohospodárskej bioplynovej stanice
3. Priebežné vyhodnotenie hodnotenie výsledkov – mid-term analýza
4. Vykonanie 4 testovacích cyklov v prevádzkových podmienkach poľnohospodárskej bioplynovej stanice, podľa záverov mid-term analýzy
5. Záverečné vyhodnotenie výskumnej úlohy
6. Dynamický model ekonomickej efektívnosti výroby bioplynu

Zdôvodnenie potreby 6 testovacích cyklov v bode 2

Metánová fermentácia musí byť chápaná vždy ako súbor na seba nadväzujúcich procesov, v ktorých vlastné metanogény predstavujú len posledný článok v reťazci biochemickej konverzie. Prvé fázy rozkladu organickej hmoty nie sú uskutočňované vlastnými metanogénmi a začínajú často ešte za prítomnosti kyslíka. Hydrolytické rozklady makromolekulárnych látok predovšetkým typu polysacharidov, lipidov a proteínov môžu prebiehať tak v prítomnosti ako aj bez prítomnosti vzduchu, fakultatívnych anaeróbov v tzv. kyselinotvornej (acidogénnej) fáze. Primárne štiepenie polysacharidov, hydrolýza triglyceridov aj hydrolýza a deaminácia peptidov poskytujú hlavne jednoduché cukry a alifatické karbónové kyseliny. Jednoduché cukry, nižšie alifatické kyseliny a alkoholy sú potom spoločenstvami ďalších acidogénnych a tzv. syntrofných mikroorganizmov ďalej spracovávané na kyseliny s kratšími reťazcami, alkoholy a plyny zastúpené hlavne oxidom uhličitým a vodíkom. Pretože táto fáza, niekedy tiež súhrnne nazývaná ako „kyslá“, je uskutočňovaná mikrobiálnymi spoločenstvami, ktoré sú už schopné činnosti aj v celkom bezkyslíkatom prostredí, vytvárajú sa v jej priebehu podmienky pre súčasný rovnovážny rozvoj symbiotických metanogénov, pričom aj primárne hydrolytické procesy sa potom realizujú v plne anaeróbnych podmienkach.

Proces anaeróbnej fermentácie postupuje cez niekoľko štádií, ktoré vo väčšine technických zariadení prebiehajú simultánne. Pri dosiahnutí štádia tzv. stabilizovanej metanogenézie ide vlastne o dlhodobo udržovanú rovnováhu medzi nadväzujúcimi procesmi, hlavne potom medzi procesmi acidogennými a metanogennými.

Za účelom overenia optimálneho zloženia vstupných substrátov a podrobného monitorovania jeho správania sa v procese fermentácie v jednotlivých jej fázach je nevyhnutné realizovať aplikovaný výskum priamo v prevádzkových podmienkach bioplynovej stanice s dostatočným počtom opakovaní pre získanie preukazateľných výsledkov v bioreaktore s min. objemom 1 m3. Takéto experimenty v minimálnom počte 6 cyklov v kvázikontinuálnom režime budú predmetom aplikovaného výskumu. Takto získané výstupy budú mať nekomerčný charakter, budú duševným majetkom riešiteľov a budú slúžiť ako príklady najlepšej praxe v oblasti obnoviteľných zdrojov energie.

Zdôvodnenie potreby 4 testovacích cyklov v bode 4

Tieto 4 navrhované testovacie cykly budú uskutočnené za účelov verifikácie výsledkov získaných v predchádzajúcich experimentov, ale v už v podmienkach veľkoobjemových biorekatorov. Hlavným cieľom je teda dokázať hodnovernosť a deklarovať výsledky najlepšej praxe. Počet opakovaní je nevyhnutný pre získanie dostatočného počtu relevantných výsledkov analýz, ktoré umožnia definovať objektívne výsledky a odporúčania.