Hydrolytické enzymy zlepšují efektivitu

Konkurence mezi potravinářským a energetickým uplatněním zemědělských komodit nutí majitele bioplynových stanic zvyšovat efektivitu. Klíčem je zvýšení tvorby bioplynu a snížení energetické náročnosti provozu. Jednou z cest je aplikace hydrolytických enzymů.

Rostlinné vstupní suroviny do bioplynové stanice jsou z větší části založeny na bázi nerozpustných polysacharidů, především vlákniny. Vláknina je tvořena hlavně celulózou, lignocelulózou a jejich deriváty. Její efektivní využití do značné míry závisí na rozštěpení na jednodušší látky. Štěpení probíhá za pomocí enzymů v procesu hydrolýzy. Enzymy jsou biologické katalyzátory, které urychlují biochemické reakce, aniž by do nich vstoupily.

 

Použití externích enzymů

Uvnitř fermentoru bioplynové stanice (BPS) jsou polysacharidy hydrolyticky štěpeny pomocí enzymů mikroorganizmů přítomných ve vstupních surovinách. Tento proces je ale dosti pomalý, neboť k hydrolytické reakci dochází jen na povrchu bakteriální stěny mikroorganismů.

Štěpení lze urychlit přídavkem externě produkovaných enzymů, které rozšíří hydrolýzu do celého objemu fermentoru. Provozovatel BPS tím získá možnost lépe využít polysacharidy v procesu tvorby bioplynu a zvýšit jeho produkci při zachování objemu vstupů. Nebo naopak: při stejné produkci bioplynu snížit objem vstupních surovin. Doprovodným efektem je výrazné snížení viskozity digestátu, které dokládá účinnou degradaci vstupních surovin již v primárním fermentoru. Tento efekt se projeví nižším zatížením čerpadel a míchadel. Tím se podstatně zvyšují možnosti zpracování travních senáží, siláží z obilovin, slámy a slamnatého hnoje.

V průmyslu jsou již mnoho let úspěšně využívány různé druhy hydrolytických enzymů. S některými byly v Německu provedeny laboratorní testy k posouzení jejich využitelnosti i při výrobě bioplynu. Na podkladě výsledků byl k provozním testům vybrán také komplex enzymů s označením MethaPlus® L 100. Je to směs enzymů vyráběná chemickým koncernem DSM přímo pro použití v procesu anaerobní digesce.

Pokusy proběhly ve 30 bioplynových stanicích a byly při nich detailně sledovány a zpracovány všechny procesní údaje. Hodnoty navýšení produkce bioplynu se pohybovaly v rozmezí 4–35 %, v průměru 19 %. Kromě toho byly pozorovány další pozitivní efekty, především již zmiňované snížení viskozity obsahu fermentorů, vyšší biologická stabilita procesu, a omezení či odbourání tvorby plovoucích vrstev.

Současně byla vyhodnocena ekonomická stránka provozních pokusů: Bylo zjištěno, že aplikace MethaPlus® L 100 je rentabilní již při navýšení produkce bioplynu o 3 %. Ekonomický přínos tak byl zaznamenán ve všech sledovaných BPS.

 

Na českém trhu

Dodavatelem enzymatického komplexu MethaPlus® L 100 v České republice je od roku 2008 společnost NovaEnergo, s. r. o. Firma zajišťuje bioplynovým stanicím nejen dodávky přípravků kvalifikované chemie, ale zajišťuje i servis pravidelných chemických analýz. Součástí dodávky přípravku je ale také dlouhodobé a hloubkové hodnocení provozu BPS, a to nejen v souvislosti s účinkem enzymů. A výsledky dokazují, že předpokládané přínosy jsou reálné. Například jeden z odběratelů, provozovatel BPS v okrese Hodonín, aplikuje přípravek od února 2010 a zjištěný průměrný dlouhodobý nárůst produkce bioplynu je zde téměř 14 %.  Na straně druhé zatím největší pokles spotřeby surovin při zachování plné produkce bioplynu byl zaznamenán v BPS na okrese Strakonice, a to z hodnoty 40,7 t za den v dubnu 2010 na průměrných 34,3 tun v červnu téhož roku, tedy o téměř 20 %.

S obchodním ředitelem NovaEnergo Ing. Janem Štambaským, Ph.D., jsme navštívili dvě zemědělské BPS nedaleko Českého Krumlova, jejichž majitelé začali enzymatický komplex aplikovat počátkem tohoto roku. Podniky leží v náročných podhorských oblastech, kde není možno spoléhat na silážní kukuřici jako dominantní surovinu pro BPS a je třeba ji částečně nahradit travní hmotou a odpady z živočišné výroby. To přináší větší nároky na provoz.

 

Obchodní společnost

Našim prvním cílem byla BPS Chabičovice, která patří společnosti Zemos Zubčice, spol. s r. o. Bioplynovou stanice s výkonem 1000 kW uvedli do provozu počátkem roku 2011. Technologie byla vybrána s ohledem na potřebu využít jako vstup i travní senáž a slamnatý hnůj od dojnic. Volba padla na technologii agriKomp.

Bioplynka má dva fermentory, dva dofermentory a sklad digestátu. Míchání se provádí pádlovými míchadly. Substráty jsou naváženy nakladačem se zabudovanou provozní váhou. To umožňuje denně sledovat množství každé suroviny. Měsíčně se pak vyhodnocuje účinnost jednotlivých substrátů. Když v roce 2011 přišla od firmy NovaEnergo nabídka jak zlepšit efektivitu produkce aplikací přípravku MethaPlus L 100, rozhodli se jí využít.

NovaEnergo zde v období květen až říjen 2011 provedla nejprve podrobný rozbor provozu a surovin a určila denní dávka přípravku na 2170 g ve formě roztoku aplikovaného do vkládacích boxů. Na podkladě know-how výrobce byly vypočítány předpokládané účinky a efekty (tabulka 1 a 2).

Provozní aplikace byla zahájena v prosinci 2011. Složení vstupů se od zkušebního provozu zpočátku příliš nelišilo. Postupně se ale zvyšoval objem senáže na úkor kukuřice. Již první vyhodnocení za období leden až únor 2012 ukázalo nárůst specifické produkce energie o 9,5 % (tabulka 3). To odpovídá nárůstu až 15,3 % ve srovnání s testovacím obdobím květen/říjen 2011 a nárůstu 9,5 % ve srovnání s obdobím květen/listopad 2011.

Ředitel společnosti Zemos Zubčice Ing. Josef Opekar hodnotí situace opatrně: „V lednu se oproti prosinci zvýšila výroba bioplynu asi o 13,5 %, podobný výsledek byl i v  březnu. V jiných měsících však přínos nebyl tak významný. Důvodem mohl být pomalý přechod na účinnou koncentraci přípravku, negativní vliv asi měla i velmi nízká venkovní teplota na přelomu ledna a února. Viskozitu materiálu ve fermentorech lze posuzovat jen subjektivně, ale podle aktuální spotřeby elektřiny na míchadlech vidíme, že i při zvyšující se dávce senáže energetická náročnost nestoupá, tak jak k tomu docházelo v loňském roce. Také laboratorní výsledky běžně sledovaných ukazatelů jsou v optimálním rozmezí. Zatím je tedy možno přínos enzymatického přípravku hodnotit jako významný zejména při vyšších dávkách slamnatého hnoje a senáže. K objektivnějšímu závěru je ale nutné provést hodnocení za delší období.“

Ing. Jan Štambaský považuje hodnocení za kladné. „Výsledky odpovídají našim dosavadním zkušenostem. Celkem rychle se projeví snížení odběru elektřiny na míchadlech, tedy nižší viskozita. Hodnotit dopady na výrobu bioplynu je ale časově mnohem náročnější. Skutečně relevantní hodnocení dopadu na provoz můžeme udělat po uplynutí zhruba trojnásobku doby zdržení substrátů ve fermentačních reaktorech. U bioplynových stanic to znamená podrobnou analýzu a vyhodnocení minimálně půlročního období. Zde jsou výsledky patrné již po uplynutí zhruba jedné doby zdržení.“

 

Tab. 1 – Průměrné provozní hodnoty v BPS Chabičovice: květen až říjen 2011

 

Ukazatel

Jednotka

Hodnota

Kukuřičná siláž

t/den

27,9

Průměrná sušina kukuřičné siláže

%

33,7

Travní senáž

t/den

20,2

Průměrná sušina travní senáže

%

29,1

Hnůj

t/den

19

Průměrná sušina hnoje

%

17,4

Celkový vstup organické sušiny

kg/den

17330

Průměrná produkce el. energie

kWh/den

23550

Průměrná specifická produkce el. energie

kWh/t

1353

 

 

Tab. 2 – Plánovaný efekt aplikace přípravku MethaPlus® v BPS Chabačovice

 

Ukazatel

Jednotka

Hodnota

Průměrná specifická produkce el. energie

kWh/tzž

1 550

Celkový vstup organické sušiny

kg/den

15 069

 

 

Tab. 3 – Průměrné provozní hodnoty v BPS Chabičovice: leden až únor 2012

 

Ukazatel

Jednotka

Hodnota

Kukuřičná siláž

t/den

30,7

Průměrná sušina kukuřiční siláže

%

33,7

Travní senáž

t/den

13,1

Průměrná sušina travní senáže

%

29,1

Hnůj

t/den

14,2

Průměrná sušina hnoje

%

17,4

Celkový vstup organické sušiny

kg/den

15 347

Průměrná produkce el. energie

kWh/den

23 704

Průměrná specifická produkce el. energie

kWh/t

1560

 

Soukromý zemědělec

První zkušenosti s aplikací přípravku sdělil i soukromý zemědělec Josef Mach z nedalekých Dolních Plání. Jako mnozí jiní zemědělci také on v roce 2009 postavil BPS s potenciálním výkonem 500 kW, s technologií agriKomp. Nejprve instaloval jen jeden motor o výkonu 250 kW. Při tomto výkonu zvládal provoz snadno a téměř bez obsluhy. V roce 2011 však mohl do sítě připojit další 250 kW motor – a nastaly potíže. Surovinu již bylo třeba dávkovat 2x denně a především se muselo zvýšit množství, ale i podíl travních směsí a slamnatého hnoje. Podmínky provozu se tak začaly zhoršovat. „Začal jsem se obávat, abych hustou směs ve fermentoru vůbec stačil umíchat,“ vzpomíná Josef Mach. „Firma NovaEnergo mne oslovila již dříve, ale nabídku jsem využil až po připojení druhé kogenerační jednotky,“ přiznal Josef Mach. Ing. Štambaský k tomu dodal: „Dlouhá řezanka ze senážovacího vozu je pro mokrou fermentaci docela problém. Může se řešit nižším zatížením, velkými objemy ředících vod, nebo prakticky trvalým mícháním. Je to ale vždy na úkor efektivity provozu. Bez chemické úpravy je ale stéblo trávy jako provázek – namotá se a drží. Když struktury rozrušíme hydrolytickým enzymem, zkřehnou a při míchání nebo průchodu čerpadlem se rozpadnou.“

Nabídkové řízení a podpis smlouvy na dodávku enzymatického komplexu proběhly standardním způsobem, aplikace přípravku MethaPlus L 100 v denní dávce jednoho litru se rozeběhla letos v únoru. A jaké jsou první zkušenosti? „Na zásadní hodnocení je ještě brzy, ale již dnes mohu potvrdit, že se poměrně výrazně snížil elektrický příkon míchadel, hmota v reaktoru má lepší vzhled a lépe se míchá. Také nemusím tak často čistit zanesená čerpadla.“ Josef Mach samozřejmě ví, že každá efektivita i něco stojí, ale nákladů na enzymatický přípravek rozhodně nelituje.

 

Jiří Trnavský

Celý článek je uveřejněn v čísle 3/12 časopisu Energie 21.

 

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *