Processing technology of alternative raw materials for biogas production

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00027031%3A_____%2F23%3AN0000005" target="_blank" >RIV/00027031:_____/23:N0000005 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="http://www.vuzt.cz" target="_blank" >http://www.vuzt.cz</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Technologie zpracování alternativních surovin pro výrobu bioplynu

Original language description

Odpadní lignocelulózové materiály představují energeticky bohatou a v mnoha případech nevyužitou obnovitelnou surovinu pro výrobu alternativních zdrojů energií nebo pro chemický průmysl. Jednou z možných cest zpracování těchto odpadů je jejich anaerobní fermentace. Tato metoda biochemické transformace lignocelulózových odpadů v přirozeném stavu však vykazuje díky jejich kompozitní struktuře velmi nízkou účinnosti. Předúprava takovýchto odpadů patří mezi klíčové kroky k dosažení maximální účinnosti transformace odpadních materiálů, které jsou složeny z celulózy, hemicelulózy, ligninu a dalších organických a anorganických sloučenin. Celulóza a hemicelulóza představují potenciální zdroje sacharidů, které lze transformovat na monosacharidy a následně na biopalivo. Pro tyto odpady je typická tzv. lignocelulózová struktura, na kterou lze nahlížet jako na kompozitní materiál. Vlákna, zajišťující nosnost materiálu, jsou tvořena celulózou. Tato vlákna jsou po celé délce obtáčena rozvětvenými řetězci hemicelulóz a zbytek struktury je vyplněn ligninem, který zde působí jako pojivo. Přirozené vlastnosti lignocelulózových odpadů limitují jejich intenzivní termochemické či biochemické zpracování. Termochemické zpracování odpadů v přirozeném stavu je velmi pomalé, proto jsou při termochemických procesech zpracování z důvodu maximální účinnosti procesu na vstupu do technologie vyžadovány jemné částice s velikostí 100 mm a nejlépe suché s vlhkostí do 40 % hm. Nezbytným krokem ke zvýšení účinnosti procesu dalšího zpracování je předúprava lignocelulózových materiálů drcením na stanovenou velikost frakce. Jedná se o narušení kompozitní struktury suroviny s nejvyšší možnou mírou zpřístupnění celulózy a hemicelulózy. Zatímco celulosové a lignocelulosové materiály jsou ve standardní bioplynové stanici téměř nezpracovatelné, v případě jejich předúpravy vhodným procesem subkritické hydrolýzy na jednoduší molekuly (oligosacharady, monosacharidy, popř. fenoly), lze dosáhnout 30 – 60 % hm. přeměny na fermentovatelné složky. Také biochemický rozklad odpadní rostlinné biomasy v přirozeném stavu je velmi pomalý a konverze celkového množství organických látek na biopaliva často nepřesahuje 10–20 %, proto i zde předúprava těchto materiálů navyšuje jejich fermentovatelnost v bioplynových stanicích. V případě subkritické hydrolýzy katalyzované oxidem uhličitým je možné ještě tuto konverzi na fermentovatelé cukry zvýšit, u celulosy dokonce až o 56 % hm. Po této úpravě by mělo dojít k maximalizaci využití suroviny, zvýšení účinnosti procesu přepracování na vhodné biopalivo, zvýšení množství produkce bioplynu a k minimální tvorbě finálních odpadů po přepracování. Využití CO2 jako kyselého katalyzátoru nebylo dosud z hlediska ligninu a jeho depolymerace, objektivně evaluováno, proto je v rámci technologie zpracování alternativních surovin pro výrobu bioplynu tento faktor primárně ověřován. Využití odpadních celulosových nebo lignocelulózových materiálů jako potenciálních zdrojů sacharidů je jednou z možností rozšíření portfolia zpracovatelných materiálů pro výrobu bioplynu. Jedná se především o odpady z dřevozpracujícího průmyslu, odpady z biopaliv 1. generace (řepková nebo pšeničná sláma, odpaní seno, zbytky po údržbě zeleně apod.), nebo odpadní papíry a obalové papírové materiály a jejich recykláty, nebo obalové odpady z potravinářských výrob, restaurací a veřejných stravovacích kapacit, které již nelze z důvodu jejich znečištění dále použít a jsou považovány za odpady (výmětový papír z třídících linek). Původní myšlenka řešení spočívá ve dvoufázové předúpravě výše zmíněných alternativních druhů surovin jako potenciálních zdrojů sacharidů pro rozšíření portfolia zpracovatelných materiálů při výrobě bioplynu a k tomu návazných operací, které zajistí energeticky výhodné zpracování lignocelulózových a odpadních materiálů při zvyšování účinnosti procesu přepracování na vhodné biopalivo.

Czech name

Technologie zpracování alternativních surovin pro výrobu bioplynu

Czech description

—

Type

Z_tech - Verified technology

CEP classification

—

OECD FORD branch

20402 - Chemical process engineering

Project

<a href="/en/project/EG20_321%2F0024372" target="_blank" >EG20_321/0024372: Alternative feedstock for biomethane production</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2023

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

VÚZT/EG20_321/0024372/2023/1

Numerical identification

—

Technical parameters

Pokud srovnáme lignocelulózové materiály s klasickými zemědělskými substráty, které jsou hojně využívány v bioplynových stanicích, produkují lignocelulózové materiály méně bioplynu a dosahují nižší koncentrace metanu. Přimícháním těchto materiálů do směsi je možno nedostatky do jisté míry napravit. Další možností je úprava hydrolýzním procesem, což může opět zlepšit jejich fermentační vlastnosti. Hydrolýzní předúprava takovýchto odpadů proto patří mezi klíčové kroky k dosažení maximální účinnosti transformace odpadních materiálů. Například kukuřičné a slamnaté zbytky, odpady ze zpracování cukrové třtiny, rýžová sláma a další vedlejší produkty ze zemědělského sektoru jsou nejdostupnější odpadní lignocelulózovou surovinou, jsou zpravidla využívány přímo ke zkrmování nebo zůstávají na polích za účelem zaorání a zvýšení podílu uhlíku v půdě, v dalších případech jsou například spalovány bez další úpravy.

Economical parameters

Společnost SMS CZ s.r.o. plánuje komplexní systém předúpravy lignocelulózových materiálů pro výrobu bioplynu dle výše uvedené ověřené technologie zařadit do svého výrobního portfolia nabízených produktů pro odpadové hospodářství, zpracovatelský a chemický průmysl. Technická podpora řešení formou laboratorní podpory dalšího rozvoje alternativního portfolia surovin pro danou technologii přepracování bude realizována ve spolupráci s VÚZT, v.v.i. Společnost SMS CZ s.r.o. má v plánu do 5 let od uvedení první komercionalizované technologie na předúpravu surovin pro výrobu bioplynu dodávat na trh minimálně 1 instalaci každé dva roky. Zařízení lze využívat i samostatně pro předúpravu formou dezintegrace jiných druhů materiálů, hydrolýzní reaktor může být využit i pro další materiály jako například odpadní bavlna, keratinové vlákno apod. pro jiná odvětví průmyslu. Zavedení výsledků z předložené ověřené technologie do výrobního programu společnosti SMS CZ s.r.o. může přinést navýšení ročního zisku společnosti až o 3 %.

Application category by cost

—

Owner IČO

48360830; 00027031

Owner name

SMS CZ s.r.o., Výzkumný ústav zemědělské techniky, v. v. i.

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

www.vuzt.cz