proizvodnja bioplina prof. dr. sc. bruno zelić

Proizvodnja bioplina Prof. dr. sc. Bruno Zelić

Završna konferencija EU projekta “Inovativna škola za zelenu budućnost”, 13. travanj 2016., Osijek

Broj ugovora: HR.3.1.14-0014 Naziv projekta: Inovativna škola za zelenu budućnost

Sadržaj

Proizvodnja bioplina

Intenzifikacija procesa – proizvodnja bioplina

-  modeliranje, simulacije i optimiranje

-  predobrada otpadnog lignoceluloznog materijala

-  uvećanje procesa – mobilno polu-industrijsko postrojenje (Mobile Pilot Plant)

Intenzifikacija procesa – proizvodnja biodizela

Proizvodnja bioplina – osnovni pojmovi

Anaerobna razgradnja (digestija)

- biokemijski proces u kojem se biorazgradivi organski supstrati razgrađuju mikrobiološkim procesima bez prisutnosti kisika, uz proizvodnju bioplina i digestata

Bioplin

- gorivi plin koji se primarno sastoji od metana i ugljikovog dioksida

Digestat

- procesirani ostatak supstrata nastao tijekom proizvodnje bioplina, bogat makro- i mikro-nutrijentima

Proizvodnja bioplina – proces anaerobne razgradnje

propionska, maslačna, valerijanska i mliječna

kiselina, alkoholi

octena kiselina vodik i ugljikov dioksid

metan i ugljikov dioksid

hidroliza

acidogeneza

acetogeneza

homo-acetogeneza

metanogeneza na octenoj kiselini

metanogenezana vodiku

šećeri aminokiseline dugolančane masne kiseline

biorazgradivi organski supstratugljikohidrati proteini lipidi

fakultativne anaerobne bakterije

acidogene bakterije

acetogene bakterije

metanogene arheobakterije

Proizvodnja bioplina – podjela procesa anaerobne razgradnje

podjela procesa

prema vrsti miješanja

prema vrsti reaktora

kotlasti reaktori

prema temperaturi prema broju stupnjeva procesa

prema udjelu suhe tvari

protjecanjetermofilni

mezofilni

psihrofilni

cijevni reaktori

protočni kotlasti reaktori višestupnjeviti

jednostupnjevitiw(ST) < 20% (mokra digestija)

potpuno miješanje

perkolacija

w(ST) > 20% (suha digestija)

Proizvodnja bioplina – podjela procesa anaerobne razgradnje

veličine koje utječu na proces anaerobne razgradnje:

- tip i sastav supstrata - temperatura - pH-vrijednost - raspoloživost hranjivih tvari - toksične i inhibirajuće komponente - miješanje - hidrauličko vrijeme zadržavanja - brzina unosa organske tvari u reaktor

Proizvodnja bioplina – korištenje bioplina i digestata

anaerobna razgradnja agro-industrijskog otpada

električna energija

bioplin digestat

toplina kogeneracija pročišćavanje

toplina

gorive ćelije biogorivo utiskivanje u plinsku mrežu

kompostiranje gnojidba odlaganje

Intenzifikacija procesa – modeliranje, simulacije i optimiranje

B. Zelić, Đ. Vasić-Rački, Kem. Ind., 54 (2005) 241-254

Intenzifikacija procesa – anaerobna razgradnja (kodigestija) sirutke i goveđe gnojovke

A. Hublin, T. Ignjatić Zokić, B. Zelić, Biotechnol. Bioproc. Eng., 17 (2012) 1284-1293

bioplin

21

4

35

Šaržni laboratorijski reaktori


0.02.04.06.08.0

10.012.014.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

V' (d

m³ d

m¯³

)

t (d)

A

0.02.04.06.08.0

10.012.014.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

V' (d

m³ d

m¯³

)

t (d)

B

0.02.04.06.08.0

10.012.014.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

V' (d

m³ d

m¯³

)

t (d)

C

0.02.04.06.08.0

10.012.014.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

V' (d

m³ d

m¯³

)

t (d)

D

!

Optimizacija

(A) mezofilni uvjeti (B) termofilni uvjeti (C) mezofilni uvjeti uz dodatak NaHCO3 (D) termofilni uvjeti uz dodatak NaHCO3

A. Hublin, T. Ignjatić Zokić, B. Zelić, Biotechnol. Bioproc. Eng., 17 (2012) 1284-1293

Pojednostavljena reakcijska shema

1. hidroliza 2. fermentacija 3. anaerobna oksidacija 4. acetogeneza 5. metanogeneza na octenoj kiselini 6. metanogeneza na vodiku

Modeliranje


1.

2. 3.

4.

5. 6.

razgradive čestice organskog supstrataugljikohidrati proteini lipidi

šećeri i aminokiseline masne kiseline

intermedijarni produktipropionska kiselina ...

octena kiselina vodik

metan

Kinetički model

Bilance tvari Modeliranje


Simulacija i ocjena valjanosti matematičkog modela procesa

A. Hublin, B. Zelić, Waste Manage. Res., 31 (2013) 353-360


Intenzifikacija procesa – predobrada lignoceluloznog materijala

Metode predobrade

-  fizikalne

-  termičke

-  kemijske

-  biološke

-  fizikalno-kemijske

-  termokemijske

Predobrada mješavine pivske komine i anaerobne otpadne vode


Degradacija lignina iz otpadne šećerne repe upotrebom gljiva bijelog truljenja Trametes versicolor i Phanerochaete chrysosporium uzgojenim na čvrstoj podlozi (eng. solid state culture)


Razgradnja otpadne šećerne repe nako 30 dana uzgoja na čvrstoj podlozi

P. chrysosporium

T. versicolor

- 19,62 % gubitak mase - 35 % konverzija llignina

- 29,33 % gubitak mase - 55 % konverzija lignina

C : N = 36,8 : 1 t = 0

Intenzifikacija procesa – uzgoj biomase na čvrstim nosačima u bioreaktorima

Fermentacije na čvrstim nosačima u bioreaktorima (eng. Solid State Bioreactors)

Air inlet

Gas outlet

Solid substrate

SterilizationHumidification

Water inlet

Temperature control

Air inlet

Gas outlet

Solid substrate

SterilizationHumidification

Water inlet

Air

inle

t

Gas

out

let

Solid substrateTray

reaktor s pliticama

Air

inle

t

Gas

out

let

Solid substrate Rotating drum

Stirred drum

horizontalni rotirajući bioreaktor reaktor s fluidiziranim slojem

reaktor s punilima

Intenzifikacija procesa – bioreaktori

Laboratorijski Polu-industrijski

Designed by:

Anaerobni bioreaktori Aerobni biorekatori

Intenzifikacija procesa - bioreaktori

Mobilno postrojenje (polu-industrijsko) - daljinsko vođenje procesa putem Interneta i odgovarajućeg programskog paketa

Designed by:

Bioreaktor s pliticama - čvrsti otpad - a(na)erobni uvjeti - V = 200 dm3

Anaerobni reaktor - tekući otpad - a(na)erobna obrada otpadnih voda - regulacija mješanja i pH - V = 300 dm3

UASB reaktor - protustrujni reaktor sa slojem mulja - anaerobna obrada otpadne biomase - V = 40 dm3

Intenzifikacija procesa - bioreaktori

Biogas Production from Brewery Spent Grain

Pivovara Laško Kapacitet: 100.000.000 L piva godišnje Zadatak: obrada otpadnih struja industrije piva

Otpadna voda Kvasac Pivski trop

Pivski trop: •  lignocelulozni materijal koji sadrži približno 17 % celuloze, 28 % ne-celuloznih polisaharida, pretežito arabinoksilana, 28 % lignina i 27 % vode •  0,6-1,2 m3/kg suhe organske tvari → 120-130 m3

bioplina/t •  ukupni korisni bioplinski potencijal:

bioplin 1.600.000-2.000.000 m3

50-55 % obnovljive u ukupnoj energiji (do 1.500.000 € godišnjih ušteda)

Razvoj procesa – Proizvodnja bioplina anaerobnom razgradnjom pivskog tropa

Određivanje bioplinskog potencijala


reaktor za anaerobnu razgradnju čvrstih tvari - hidroliza reaktor za anaerobnu razgradnju čvrstih tvari - hidroliza

+ reaktor s granuliranom biomasom - proizvodnja bioplina

PREDOBRADA


Anaerobic digestion

UASBR

Hydrolysis

HCl

Brewery wastewater

Brewery spent grain

Solid phase

Liquid phase

Wastewater

Solid residue less than 10 %

Biogas

Biogas

Integrirani proces proizvodnje bioplina


reaktor za anaerobnu razgradnju čvrstih tvari - hidroliza +

reaktor s granuliranom biomasom - proizvodnja bioplina

200 dana kontinuirane proizvodnje bioplina

Razvoj i intenzifikacija procesa – Uvećanje procesa proizvodnje bioplina

Tikvica (10-1 dm3) Poluindustrijski

bioreaktor (103 dm3) Laboratorijski

bioreaktor (101 dm3)

Industrijski bioreaktor (>105 dm3)

Intenzifikacija procesa – Proizvodnja biodizela – Umanjenje procesa (Scale-down)

Mikroreaktori (10-5 dm3)

- reaktorski sustavi izvedeni u mikroskopskom mjerilu dimenzija 10-500 µm -  prednosti

-  veliki omjer međufazne površine i volumena reaktora -  učinkovit prijenos tvari i energije -  kratak difuzijski put molekula -  male količine katalizatora i otpadnih tokova -  laminarni tok

-  nedostatci -  prevelik volumen za odvijanje reakcija na molekularnoj

razini -  problemi u radu s viskoznim kapljevinama i smjesama s

čvrstim česticama

Intenzifikacija procesa – Proizvodnja biodizela – Umanjenje procesa (Scale-down)

Mikroreaktori (10-5 dm3)

metanol + enzim lipaza otpadno ulje

biodizel + glicerol

Znanstveno-stručni skup Proizvodnja bioplina

Pokrovitelji: Kontakt:

Ministarstvo gospodarstva e-mail: [email protected]

Ministarstvo poljoprivrede http://www.hatz.hr/bp2016/

Ministarstvo zaštite okoliša i prirode

Grad Osijek

Zahvala

31

Naslov prezentacije

§  Kliknite za upis teksta - 1. veličina teksta

–  2. veličina teksta

•  3. veličina teksta

–  4. veličina teksta

»  5. veličina teksta

proizvodnja bioplina prof. dr. sc. bruno zelić

Documents