W dobie poszukiwań zrównoważonych źródeł energii, biogaz staje się jednym z filarów zielonej transformacji energetycznej na obszarach wiejskich. Dzięki fermentacji beztlenowej możliwe jest przekształcanie odpadów organicznych w cenną energię oraz nawóz organiczny. Ale nie wszystkie substraty rolnicze nadają się do tego celu równie dobrze. W tym artykule przyjrzymy się najczęściej wykorzystywanym odpadom rolniczym w produkcji biogazu i ocenimy ich przydatność technologiczno-ekonomiczną.
Odpady rolnicze jako surowiec energetyczny
Rolnictwo generuje ogromne ilości resztek organicznych, z których duża część nie jest wykorzystywana w sposób efektywny. Należą do nich zarówno odpady płynne, jak gnojowica i serwatka, jak i stałe – obornik, pozostałości po zbiorach czy odpady paszowe. Ich odpowiednie zagospodarowanie może rozwiązać wiele problemów: od emisji gazów cieplarnianych, przez zagrożenie dla wód gruntowych, aż po niezależność energetyczną gospodarstw.
Gnojowica i obornik – klasyka biogazownictwa
Gnojowica – stabilny substrat bazowy
Gnojowica, czyli płynny odpad pochodzący z chowu trzody chlewnej lub bydła, to jeden z najbardziej powszechnie stosowanych substratów w mikrobiogazowniach rolniczych. Jego największą zaletą jest dostępność oraz stosunkowo stabilny skład chemiczny, co ułatwia kontrolę procesu fermentacji. Zawiera ona średnio od 4 do 6% suchej masy i wytwarza od 20 do 25 m³ biogazu na 1 tonę.
Jednak sama gnojowica nie jest wystarczająco energetyczna – jej zawartość suchej masy i substancji organicznej jest stosunkowo niska. Dlatego zwykle pełni rolę substratu bazowego, który stabilizuje proces fermentacji i ułatwia przepływ masy w instalacji.
Obornik – cenny, ale wymagający
Obornik bydlęcy lub koński zawiera więcej suchej masy (15–25%) niż gnojowica i może wytworzyć do 70 m³ biogazu z 1 tony. Jest dobrym źródłem materii organicznej, ale jego wysoka zawartość części stałych utrudnia mieszanie i pompowanie. Często wymaga rozcieńczania wodą lub gnojowicą.
Dodatkowo obornik zawiera włókna i resztki słomy, które mogą prowadzić do tworzenia kożuchów i osadów w fermentorze. Pomimo tych trudności, warto go stosować jako dodatek do substratów płynnych, ponieważ poprawia bilans węgla i azotu oraz wpływa korzystnie na jakość pofermentu.
Resztki roślinne – niewykorzystany potencjał
Kiszonka z kukurydzy i traw – wysoka wydajność, ograniczenia środowiskowe
Kiszonki roślin energetycznych, takich jak kukurydza, trawy czy żyto, przez wiele lat stanowiły podstawę zasilania dużych biogazowni. Ich główną zaletą jest wysoka zawartość cukrów, skrobi i włókien celulozowych, co przekłada się na bardzo dobre parametry fermentacyjne. Z jednej tony kiszonki kukurydzy można uzyskać nawet do 200–220 m³ biogazu.
Jednak w wielu krajach UE – w tym w Polsce – ogranicza się dziś stosowanie roślin celowo uprawianych do produkcji energii, ze względu na konkurencję z produkcją żywności i pasz oraz negatywny wpływ na bioróżnorodność. Dlatego coraz większą uwagę przykłada się do alternatywnych substratów pochodzących z resztek i odpadów roślinnych.
Słoma, łęty i liście – tanie, ale trudne
Słoma zbożowa, łęty ziemniaczane czy liście buraków to produkty uboczne zbiorów, które są dostępne w dużych ilościach, często za darmo lub po bardzo niskim koszcie. Ich wykorzystanie w biogazowniach ma sens, ale trzeba się liczyć z kilkoma wyzwaniami:
- wysoka zawartość ligniny i celulozy, które są trudno rozkładalne,
- konieczność mechanicznej lub chemicznej obróbki wstępnej (np. rozdrabniania),
- ryzyko tworzenia się kożuchów i zatorów,
- niska wilgotność, co utrudnia fermentację bez dodatkowych substratów płynnych.
Z technologicznego punktu widzenia, resztki te najlepiej sprawdzają się jako komponenty w mieszanych wsadach z gnojowicą lub innymi odpadami płynnymi.
Odpady z produkcji roślinnej i przetwórstwa rolno-spożywczego
Wycinki, odpady z sortowania i mycia warzyw
Gospodarstwa specjalizujące się w uprawie warzyw generują duże ilości odpadów w postaci liści, korzeni, naci i gorszej jakości bulw. Takie odpady cechują się wysoką zawartością wilgoci oraz łatwo fermentowalnych cukrów i skrobi. Są dobrym surowcem biogazowym, pod warunkiem że nie są zanieczyszczone glebą lub piaskiem, które mogą uszkodzić pompy i zwiększyć osad w fermentorze.
Dodatkową zaletą jest to, że odpady tego typu często są dostępne sezonowo w dużych ilościach, co pozwala na elastyczne zwiększanie produkcji biogazu w okresie zbiorów.
Odpady z przetwórstwa – wysoka wartość, ale zmienna dostępność
Wysłodki buraczane, wytłoki owocowe, obierki ziemniaczane, fusy po produkcji soków czy odpady piekarnicze – to tylko niektóre przykłady substratów pochodzących z przemysłu spożywczego. Zaletą tych odpadów jest:
- wysoka zawartość łatwo przyswajalnych węglowodanów,
- wysoka wartość kaloryczna,
- szybki rozkład biologiczny.
Wadą jest ich często sezonowa dostępność i konieczność magazynowania, a także potrzeba kontroli składu chemicznego (np. zawartości tłuszczów czy inhibitorów fermentacji jak konserwanty). Mimo to, są bardzo atrakcyjnym uzupełnieniem substratów rolniczych.
Odpady mleczarskie i pochodzenia zwierzęcego
Serwatka i odpady mleczarskie
Serwatka, będąca produktem ubocznym produkcji sera, zawiera duże ilości cukrów mlecznych (laktozy) i białek, dzięki czemu ma wysoką wydajność biogazu – nawet 60–70 m³ z 1 m³. Zaletą jest również płynna konsystencja, która ułatwia dozowanie i mieszanie w fermentorze. Jej stosowanie wymaga jednak kontroli pH i zawartości białka, aby nie zakłócić równowagi mikrobiologicznej.
Tłuszcze, resztki mięsa – efektywne, ale ryzykowne
Odpady rzeźnicze, tłuszcze, resztki mięsa i krwi mają ogromny potencjał energetyczny – mogą wytworzyć ponad 500 m³ biogazu z 1 tony. Jednak ich stosowanie jest objęte restrykcyjnymi regulacjami sanitarnymi (kategorie odpadów zwierzęcych) i wymaga specjalistycznej technologii fermentacji. W mikrobiogazowniach wykorzystywane są rzadziej, ze względu na koszty i ryzyko biologiczne.
Właściwy dobór substratów – klucz do sukcesu
Dobór odpadu do fermentacji biogazu to decyzja wymagająca analizy nie tylko dostępności surowca, ale też:
- jego składu chemicznego,
- wilgotności,
- zawartości suchej masy organicznej (VS),
- C/N (stosunku węgla do azotu),
- łatwości magazynowania i podawania,
- wpływu na eksploatację instalacji (ryzyko korozji, osadów, pienienia).
Często najlepszym rozwiązaniem jest stosowanie substratów mieszanych – np. gnojowica + resztki roślinne + odpady spożywcze – co pozwala uzyskać optymalne warunki fermentacji oraz zrównoważyć wahania w dostępności jednego rodzaju odpadu.
Zakończenie
Produkcja biogazu z odpadów rolniczych to nie tylko sposób na redukcję emisji i wytwarzanie energii, ale też realna szansa na poprawę efektywności gospodarowania w rolnictwie. Kluczem do sukcesu jest jednak mądre zaplanowanie wsadu – uwzględniające zarówno lokalne warunki, jak i wymagania technologiczne. Zróżnicowane odpady rolnicze, odpowiednio dobrane i przygotowane, pozwalają nie tylko zwiększyć produkcję biogazu, ale też wydłużyć żywotność instalacji i zminimalizować koszty eksploatacji.