Biopaliwa, bioetanol i biogaz to ekopaliwa, które można otrzymać prawie z każdej rośliny. Kukurydza jest jedną z nich i charakteryzuje się dużą wydajnością z hektara i dobrą wydajnością jednostkową produktu energetycznego.

Według dyrektyw Komisji Europejskiej w następnych latach produkcja biopaliw wzrośnie, a jedną z możliwości realizacji takich wymagań jest rozpoczęcie na dużą skalę produkcji biogazu. Można go wykorzystać na ogrzewanie gospodarstw, a przy dużych instalacjach nawet zamiast prądu elektrycznego.

Biogazownie rolnicze

Biomasa całych roślin kukurydzy stanowi cenny surowiec do produkcji biogazu w rolniczych biogazowniach. Najwięcej takich instalacji jest w Niemczech i Danii, dużym zainteresowaniem cieszą się również w Austrii, we Włoszech i Holandii. W naszym kraju natomiast powstają pilotażowe instalacje, ponieważ zmieniają się regulacje prawne dotyczące handlu energią wytwarzaną z odnawialnych źródeł.

Biogaz może powstawać samorzutnie, na przykład na bagnach, składowiskach odpadów albo drogą fermentacji w oczyszczalni ścieków lub biogazowni rolniczej. Elementami, z których składa się taka biogazownia, są: układ wprowadzenia substratu, komora fermentacyjna, zbiornik magazynowy na substancję przefermentowaną, zbiornik gazu oraz agregat kogeneracyjny. Działanie agregatu polega na spalaniu biogazu i wytwarzaniu jednocześnie energii elektrycznej i ciepła.

Biogazownie powinny pracować przez cały rok, dlatego potrzebują odpowiedniej ilości biomasy, która musi być zmagazynowana w okresie wegetacji, najlepiej w postaci kiszonki. Muszą być przygotowane w ten sam sposób, jak kiszonki przeznaczone do żywienia krów. Zielonki należy zbierać w dojrzałości kiszonkowej, przestrzegając zasad kiszenia. Jak obliczono inwestycja przeznaczona jest dla gospodarstw, które posiadają minimum 150 ha, ale oczywiście rolnicy mogą wspólnie organizować się w grupy.

U naszych zachodnich sąsiadów – Niemców, po wielkim zainteresowaniu biogazowniami rolniczymi w 2007 r. spadło zainteresowanie budową nowych obiektów. Dlaczego? Ze względu na złe warunki pogodowe w 2006 r. obniżyła się produkcja pasz objętościowych, głównie kukurydzy. Rolnicy osiągnęli z produkcji biogazu wyniki niezadowalające z powodu braku substratu. Kukurydzę kupowano nawet od polskich rolników mieszkających na terenach przygranicznych. Z powodu wykorzystywania tych samych surowców do produkcji biogazu i żywienia bydła wystąpiła ostra rywalizacja między biogazownią a paszą dla bydła.

Biogaz z kukurydzy

Biogaz powstaje w ciągu mniej więcej 30 dni poprzez powolną fermentację materii organicznej, w temperaturze 30–40 st.C i warunkach beztlenowych. Przebiega on w czterech etapach. Są to: hydroliza, zakwaszenie, tworzenie kwasu octowego i metanu. W procesie fermentacji powstaje biometan. Drugi składnik to substancja przefermentowana, stosowana do nawożenia pól, gdyż jako nawóz płynny jest lepiej wykorzystywana przez rośliny niż nawet gnojowica. W przefermentowanej substancji ulegają zniszczeniu nasiona chwastów. Eliminowane są również czynniki chorobotwórcze zawarte w odchodach zwierząt. Tym samym zmniejsza się ryzyko zanieczyszczenia wód gruntowych i powierzchniowych.

Produkcja biogazu i energii

Autor: M.Ptaszyński

Opis: Produkcja biogazu i energii wybranych roślin

Kukurydza wyróżnia się na tle innych roślin, z których można zrobić biogaz. Może być wykorzystywana w postaci kiszonki z całych roślin jako CCM albo słoma. O wydajności roślin jako surowców do produkcji biogazu decyduje zawartość suchej masy, a niewątpliwie z kukurydzy jest ona bardzo wysoka. Tkanki tej rośliny charakteryzują się wysoką strawnością i przyswajalnością dla bakterii, które prowadzą fermentację gazową. W świeżej masie wydajność wynosi ok. 200 m³/tonę (700–800 m³/tonę suchej masy). Z badań naukowców niemieckich wynika, że przy uprawianych obecnie odmianach kukurydzy z jednego hektara można uzyskać od 7 do10 tys. m szesc. biogazu.

Jak podaje prof. Tadeusz Michalski – prezes Polskiego Związku Producentów Kukurydzy – podczas procesu zgazowywania najczęściej zużywa się płynne nawozy rolnicze, ale odznaczają się one niską zawartością suchej masy: (4–8 proc.). Można je jednak wzbogacić resztkami roślinnymi, co zwiększy zawartość s.m. do 10 proc. Wyniki badań mówią nawet o poziomie do 12, a nawet 18 proc. s.m. Materiałem, który może uzupełnić te braki, jest zielonka z kukurydzy. Zwiększa ona kilkakrotnie wydajność energetyczną instalacji w porównaniu do technologii opartej na produktach odpadowych. W Niemczech, dzięki dobrym wynikom i korzystnym uregulowaniom prawnym, z każdym rokiem rośnie ilość instalacji do zgazowywania produktów organicznych. W 2005 r. wybudowano 700 nowych zakładów, modernizując przy tym instalacje biogazowe. Szacuje się, że 80 proc. takich instalacji w Niemczech opiera produkcję na biomasie kukurydzy. Trwają też badania nad nowymi technologiami uprawy kukurydzy, które zapewniłyby od 80 do 100 ton biomasy z hektara, co odpowiada 20–30 tonom suchej masy organicznej. A jak to zrobić? Jedną z takich możliwości jest wykorzystanie bardzo późnych odmian, które tworzą dużo biomasy, kiedy można spodziewać się produkcji gazu nawet 10 tys. m szesc. metanu z hektara. Dlatego tak duże są perspektywy i upowszechnienie produkcji biogazu z kukurydzy w Polsce. 

Efektywność biogazowni

Z danych opracowanych w Niemczech przez organizację KTBL wynika, że najwyższą wartość energii elektrycznej z jednostki powierzchni uzyskuje się z uprawy kukurydzy z przeznaczeniem na kiszonkę z całych roślin, najniższą zaś z pszenicy. Za to najwyższy koszt wytwarzania energii jest jednak przy CCM z powodu kosztów przygotowania. Koszty rozprowadzenia na polu odpadu pofermentacyjnego są uzależnione od odległości biogazowi od pola, dlatego są zmienne.

Dobre efekty można uzyskać też w produkcji biogazu z mieszaniny składającej się z kiszonki z całych roślin kukurydzy i gnojowicy, którą można też zamienić na wywar gorzelniany. Z takiej mieszaniny kiszonki (2,07 t) i gnojowicy (5,2 m szesc.) uzyskuje się 548 m szesc. biogazu o zawartości 54 proc. metanu. Z badań wynika, że optymalny stosunek gnojowicy do kiszonki to dwa do jednego, czyli 2 m szesc. gnojowicy na tonę kiszonki z kukurydzy.

Światowe zapotrzebowanie   W ciągu najbliższych lat przewiduje się wzrost zapotrzebowania na energię, w 2020 r. wzrośnie ono aż o 60 proc. w porównaniu z 2000 r. Największe zwyżki zanotuje się w krajach rozwijających się, zwłaszcza w Azji, Ameryce Południowej i Środkowej. Roczny wzrost zużycia energii będzie wynosił tam ok. 4 proc. W krajach OECD (Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju) zakłada się tempo popytu na energię o mniej więcej 1,3 proc. wzrostu rocznie. Dlatego tak ważne jest czerpanie energii z odnawialnych źródeł energii (OZE), ponieważ te zasoby nie wyczerpują się. Największym odbiorcą OZE może być rolnictwo, bo produkcja biomasy na gruntach ornych i wykorzystywanie jej do celów energetycznych stwarza rolnikom pozyskanie stabilnych dochodów.

Paliwa uzyskiwane z biomasy

Gazowe

  • biogaz rolniczy (fermentacja gnojowicy),
  • biogaz z fermentacji osadów ściekowych,
  • biogaz z fermentacji odpadów z przetwórstwa spożywczego,
  • biogaz wysypiskowy. 

Stałe

  • drewno opałowe (trociny, zrębki, ścinki, wióry, brykiety, palety),
  • pozostałości z rolnictwa (słoma zboża, rzepaku i traw),
  • osady ściekowe odwodnione,
  • specjalnie uprawiane rośliny energetyczne.

Ciekłe

  • biodisel – paliwo rzepakowe,
  • olej roślinny,
  • etanol,
  • metanol,
  • paliwa płynne z drewna.

    Źródło: "Farmer" 21/2007