Mnohé zemědělské bioplynové stanice zpracovávají především cíleně pěstovanou fytomasu jako hlavní vstupní surovinu. Proto má především kukuřice stále větší zastoupení v osevních sledech na úkor tradičních plodin dané oblasti, což představuje mnoho potenciálních negativních dopadů. Cílem práce je biotechnologické a ekonomické hodnocení možnosti využití pšeničné slámy pro anaerobní fermentační proces.
Do pelet lisovaná pšeničná sláma byla extrudována ve vysokotlakém extrudéru dle UV CZ 21314 při různých provozních parametrech. Hlavním hodnotícím kritériem byla kumulativní produkce metanu (CH4) ve čtvrtprovozní simulaci, v závislosti na extruzním tlaku, době zdržení a teplotě fermentace. Aproximací byly odhadnuty optimální provozní parametry, extruzní tlak 1,35 MPa, doba zdržení v extrudéru 210 s, pro maximální produkci CH4 při mezofilní teplotě fermentace (38 °C). Pro teplotu fermentace 48 °C byl aproximován optimální tlak 1,25 MPa a doba zdržení 180 s.
Jako hlavní srovnávací kritérium byl zvolen diskontující finanční ukazatel čisté současné hodnoty investice (ČSHI, NPV = Net Present Value), přičemž výpočet celistvě zohlednil veškeré managerské, legislativní i technologické limity analyzovaných biologických projevů. Z těchto zjištění vyplývá, že extruze pšeničné slámy je zajímavou, nekonvenční a rentabilní technologií pro produkci bioplynu.
Annotation in English
Many agricultural biogas stations process predominantly phytomass specifically grown for power engineering purposes as a primary raw material. This results in gradual increase of maize proportion in sowing sequences at the exclusion of traditional area-specific crops, which presents various potential negative effects. The aim of study is to evaluate the substitution of maize with wheat straw in the anaerobic fermentation process from the biotechnological and economic viewpoint.
For this purpose, wheat straw pellets were pretreated using the high-pressure extruder in compliance with UV CZ 21314 at different runtime parameters. Cumulative methane (CH4) production in quarter-mode operation simulation, based on the extrusion pressure, cycle duration and fermentation temperature, was the main evaluation criteria. Optimal run time parameters were derived from the approximation ? extrusion pressure 1,35 MPa, reaction time 210 s, in order to achieve maximal CH4 production at mesophilic fermentation temperature (38 °C). For fermentation temperature 48 °C, optimal pressure 1,25 MPa and cycle duration 180 s were approximated.
The discount rate of Net Present Value (NPV) was established as a main comparative criterion considering overall executive, legislative and technological aspects of analyzed biological effects. Based on these findings suggest, wheat straw extrusion is interesting, unconventional and profitable technology in the field of biogas production.
Mnohé zemědělské bioplynové stanice zpracovávají především cíleně pěstovanou fytomasu jako hlavní vstupní surovinu. Proto má především kukuřice stále větší zastoupení v osevních sledech na úkor tradičních plodin dané oblasti, což představuje mnoho potenciálních negativních dopadů. Cílem práce je biotechnologické a ekonomické hodnocení možnosti využití pšeničné slámy pro anaerobní fermentační proces.
Do pelet lisovaná pšeničná sláma byla extrudována ve vysokotlakém extrudéru dle UV CZ 21314 při různých provozních parametrech. Hlavním hodnotícím kritériem byla kumulativní produkce metanu (CH4) ve čtvrtprovozní simulaci, v závislosti na extruzním tlaku, době zdržení a teplotě fermentace. Aproximací byly odhadnuty optimální provozní parametry, extruzní tlak 1,35 MPa, doba zdržení v extrudéru 210 s, pro maximální produkci CH4 při mezofilní teplotě fermentace (38 °C). Pro teplotu fermentace 48 °C byl aproximován optimální tlak 1,25 MPa a doba zdržení 180 s.
Jako hlavní srovnávací kritérium byl zvolen diskontující finanční ukazatel čisté současné hodnoty investice (ČSHI, NPV = Net Present Value), přičemž výpočet celistvě zohlednil veškeré managerské, legislativní i technologické limity analyzovaných biologických projevů. Z těchto zjištění vyplývá, že extruze pšeničné slámy je zajímavou, nekonvenční a rentabilní technologií pro produkci bioplynu.
Annotation in English
Many agricultural biogas stations process predominantly phytomass specifically grown for power engineering purposes as a primary raw material. This results in gradual increase of maize proportion in sowing sequences at the exclusion of traditional area-specific crops, which presents various potential negative effects. The aim of study is to evaluate the substitution of maize with wheat straw in the anaerobic fermentation process from the biotechnological and economic viewpoint.
For this purpose, wheat straw pellets were pretreated using the high-pressure extruder in compliance with UV CZ 21314 at different runtime parameters. Cumulative methane (CH4) production in quarter-mode operation simulation, based on the extrusion pressure, cycle duration and fermentation temperature, was the main evaluation criteria. Optimal run time parameters were derived from the approximation ? extrusion pressure 1,35 MPa, reaction time 210 s, in order to achieve maximal CH4 production at mesophilic fermentation temperature (38 °C). For fermentation temperature 48 °C, optimal pressure 1,25 MPa and cycle duration 180 s were approximated.
The discount rate of Net Present Value (NPV) was established as a main comparative criterion considering overall executive, legislative and technological aspects of analyzed biological effects. Based on these findings suggest, wheat straw extrusion is interesting, unconventional and profitable technology in the field of biogas production.
Cílem práce je technologické a ekonomické posouzení problematiky využití procesu extruze při zpracování pšeničné slámy k výrobě bioplynu.
Proveďte literární, patentovou a legislativní rešerši problému.
Dále se pod vedením vedoucího diplomové práce seznamte s provozní problematikou přípravy extrudátů dané fytomasy.
V laboratorních podmínkách bude simulována produkce bioplynu z extrudátů pšeničné slámy získaných za různých procesních parametrů.
Klíčovými parametry technologického posouzení bude dynamika kumulativní produkce bioplynu v návaznosti na extruzním tlaku a době zdržení v extrudéru.
Z ekonomického hlediska budou hlavním srovnávacím faktorem náklady na produkci plynu, či elektrické energie a tepla.
Práce bude vypracována dle Opatření děkana č. 13 ze dne 18. 12. 2009.
Research Plan
Cílem práce je technologické a ekonomické posouzení problematiky využití procesu extruze při zpracování pšeničné slámy k výrobě bioplynu.
Proveďte literární, patentovou a legislativní rešerši problému.
Dále se pod vedením vedoucího diplomové práce seznamte s provozní problematikou přípravy extrudátů dané fytomasy.
V laboratorních podmínkách bude simulována produkce bioplynu z extrudátů pšeničné slámy získaných za různých procesních parametrů.
Klíčovými parametry technologického posouzení bude dynamika kumulativní produkce bioplynu v návaznosti na extruzním tlaku a době zdržení v extrudéru.
Z ekonomického hlediska budou hlavním srovnávacím faktorem náklady na produkci plynu, či elektrické energie a tepla.
Práce bude vypracována dle Opatření děkana č. 13 ze dne 18. 12. 2009.
Recommended resources
DEUBLEIN, Dieter; STEINHAUSER, Angelika. Biogas from Waste and Renewable Resources : An Introduction. Weinheit : WILEY HCH, 2011. 572 s. ISBN 978-3-527-32798-0.
DOSTÁL, Petr, et al. Řízení technologických procesů. Zlín : Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Ústav aplikované informatiky, 2006. 98 s. ISBN 9788073184650.
GRASSI, G; COLLINA, A.; ZIBETTA, H. Biomass for energy, industry, and environment. Athens, Greece : Elsevier Applied Science, 1992. 1430 s. ISBN 9781851667307.
MITAL, K. M. Iogas Systems : Policies, Progress And Prospects. India : New Age International, 1997. 278 s. ISBN 81-224-1104-5.
SAMIR K., Khanal, et al. Bioenergy and Biofuel from Biowastes and Biomass. Reston, Virginia, USA : American Society of Civil Engineers, 2010. 505 s. ISBN 978-0-7844-1089-9.
Organisation for Economic Co-operation and Development. Biomass and agriculture : sustainability, markets and policies. USA : OECD, 2004. 565 s. ISBN 92-64-10555-7.
Recommended resources
DEUBLEIN, Dieter; STEINHAUSER, Angelika. Biogas from Waste and Renewable Resources : An Introduction. Weinheit : WILEY HCH, 2011. 572 s. ISBN 978-3-527-32798-0.
DOSTÁL, Petr, et al. Řízení technologických procesů. Zlín : Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Ústav aplikované informatiky, 2006. 98 s. ISBN 9788073184650.
GRASSI, G; COLLINA, A.; ZIBETTA, H. Biomass for energy, industry, and environment. Athens, Greece : Elsevier Applied Science, 1992. 1430 s. ISBN 9781851667307.
MITAL, K. M. Iogas Systems : Policies, Progress And Prospects. India : New Age International, 1997. 278 s. ISBN 81-224-1104-5.
SAMIR K., Khanal, et al. Bioenergy and Biofuel from Biowastes and Biomass. Reston, Virginia, USA : American Society of Civil Engineers, 2010. 505 s. ISBN 978-0-7844-1089-9.
Organisation for Economic Co-operation and Development. Biomass and agriculture : sustainability, markets and policies. USA : OECD, 2004. 565 s. ISBN 92-64-10555-7.
