Tytuł pozycji:
Badania nad procesem fermentacji metanowej substratów lignocelulozowych
W części literaturowej artykułu dokonano rozeznania dotyczącego procesu fermentacji metanowej. Omówiono metody obróbki wstępnej surowców do produkcji biogazu w procesie beztlenowego rozkładu, mające na celu przygotowanie substratów w taki sposób, aby były bardziej odpowiednie do fermentacji anaerobowej. Ponieważ biomasa będąca surowcem do produkcji biogazu charakteryzuje się zróżnicowaniem zarówno pod względem właściwości fizycznych, jak i chemicznych, stosowane są różne metody obróbki wstępnej wsadu. Metody te można podzielić na cztery główne grupy: fizyczne (takie jak rozdrobnienie mechaniczne); fizyko-chemiczne (obejmujące działanie pary wodnej, amoniaku oraz gorącej wody); chemiczne (takie jak obróbka kwasowa, zasadowa); biologiczne (zakiszanie substratów, wykorzystanie organizmów o zdolnościach lignolitycznych, np. grzybów białej zgnilizny (Basidiomycota) i brunatnej zgnilizny (Deuteromycota) lub enzymów). Bardzo obiecujące są metody biologiczne, opisane w literaturze branżowej, szczególnie pod względem przeróbki w biogazowniach trudno rozkładalnych substratów lignocelulozowych. Część doświadczalna pracy obejmowała próby otrzymania surowego biogazu z zastosowaniem skonstruowanej we własnym zakresie instalacji laboratoryjnej, umożliwiającej prowadzenie procesu fermentacji metanowej. Przeprowadzono dwie próby wytwarzania biogazu. Pierwsza z nich, stanowiąca próbę odniesienia, została wykonana z zastosowaniem przerabianego w warunkach przemysłowych substratu będącego odpadem powstającym podczas produkcji FAME (ang. fatty acid methyl esters – estry metylowe kwasów tłuszczowych). Podczas drugiej próby zastosowano surowiec składający się w 40% z kosubstratu lignitowego stanowiącego odpad z produkcji bioetanolu II generacji ze słomy, pozostałe 60% stanowił substrat główny zastosowany w pierwszej próbie. W wyprodukowanym biogazie wykonano pomiar stosunku intensywności pasm FTIR (ang. Fourier-transform infrared spectroscopy) ditlenku węgla do metanu, jak również oznaczono ilość siarki i azotu występującego w związkach azotu z pominięciem azotu cząsteczkowego. Określono ponadto ilość biogazu otrzymanego podczas testów.
In the literature part of the article, a review of the methane fermentation process was conducted. The methods of pretreatment of raw materials for biogas production in the process of anaerobic decomposition were discussed, aiming to prepare the substrates to be more suitable for anaerobic fermentation. Since the biomass used as raw material for biogas production varies significantly in terms of physical and chemical properties, various pre-treatment methods are used. The pre-treatment methods of the feedstock for biogas production can be divided into four main groups: physical (such as mechanical comminution); physico-chemical (involving the action of steam, ammonia, and hot water); chemical (such as acid, alkaline treatment); biological (ensiling substrates, utilizing organisms with lignolytic activities, e.g., white and brown rot fungi or by using enzymes). Biological methods described in the industry literature are very promising, especially in terms of processing difficult-to-degrade lignocellulosic substrates in biogas plants. The experimental part of this work included trials of obtaining raw biogas in a laboratory installation constructed in-house, enabling the process of methane fermentation. Two biogas production trials were conducted. The first trial, serving as a reference for the next one, was performed using a substrate processed under industrial conditions, which was waste generated during the production of FAME (Fatty Acid Methyl Esters). In the second trial, a raw material consisting of 40% of a lignitic cosubstrate, which was waste from the production of second-generation bioethanol from straw, was used; the remaining 60% was the main substrate used in the first trial. Measurements of the ratio of the FTIR band intensities of carbon dioxide to methane were performed in the produced biogas samples, and the sulfur and nitrogen content in nitrogen compounds, excluding molecular nitrogen, was determined. The quantity of biogas obtained during the tests was also determined.
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).
