РОЗРОБЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ОТРИМАННЯ БІОГАЗУ ТА ОРГАНІЧНИХ ДОБРИВ ІЗ ВІДХОДІВ ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ

Г. Кулічкова; Т. Іванова; О. Баєр; Я. Блюм; С. Циганков

doi:10.15407/scine22.02.018

Автор(и)

Г. Кулічкова Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» https://orcid.org/0000-0001-6909-391X
Т. Іванова Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» https://orcid.org/0000-0002-5219-8034
О. Баєр Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» https://orcid.org/0009-0001-7430-8898
Я. Блюм Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» https://orcid.org/0000-0001-7078-7548
С. Циганков Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» https://orcid.org/0000-0002-4166-4124

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine22.02.018

Ключові слова:

біогаз, анаеробне ферментування, відходи виробництва біоетанолу, післяспиртова барда, бурякова вінаса, багасса цукрового сорго, дигестат

Анотація

Вступ. Одним із шляхів доповнення та заміни природного газу є біогаз. Його отримують з органічної сировини при біометаногенезі, він аналогічний природному газу.
Проблематика. Виробництво 1 м³біоетанолу супроводжується утворенням 10—15 м³ вінаси, відходу,
що скидається на поля фільтрації. Її можна використовувати як сировину для отримання біогазу, що дає біоетанольним заводам енергонезалежність. Витрати на створення біогазових установок окуповуються через отримання енергії та уникнення штрафних санкцій за забруднення довкілля.
Мета. Розробити біотехнологію використання вінаси та лігноцелюлозного ко-субстрату для отримання біогазу та органічних добрив на підприємствах біоетанолу, щоб вирішити проблеми альтернативних енергоносіїв біоетанольних заводів України й утилізації відходів.
Матеріали й методи. Визначали вологість висушуванням при 105 ^oС, зольність — спалюванням при 550 ^oС, нітроген — методом К’єльдаля, сірку — комплексометричним методом, мікроелементний склад — атомно-абсорбційною спектрометрією. Досліджували сировину для біогазу: вінасу, багасу сорго, а також
дигестат. Метанове ферментування вивчали у мезофільних умовах, при періодичному завантажуванні.
Кількість біогазу визначали об’ємним витісненням соляного розчину та у Methane Tube, а вміст метану в
біогазі — автоматичним газоаналізатором та газовим хроматографом Aglient 7890B GC System.
Результати. Визначено фізико-хімічні показники нативної та концентрованої вінаси, багаси цукрового
сорго, дигестату як сировини для отримання біогазу. Спільне використання бурякової вінаси та багаси
цукрового сорго призводить до збільшення кількості активної метаногенної мікрофлори в реакторі й підвищує продуктивність процесу.
Висновки. Створено технологічну схему виробництва біогазу та органічних добрив з вінаси та лігноцелюлозної біомаси з урахуванням сучасних техніко-економічних вимог підприємств України. Технологія є перспективною і може бути застосована на спиртових, біоетанольних та цукрових виробництвах.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Cheban, I. V., Dibrova, A. D. (2017). The market of bioenergy in Ukraine. Uzhorod National University Herald. Series: International Economic Relations and World Economy, 14(2), 176—181 [іn Ukrainian].

Melnychuk, M. D., Dubrovin, V. O., Myronenko, V. G., Grygoriuk, I. P., Polishchuk, V. M., Golub, G. A, Taragonya, V. S., ..., Kukharets, S. M. (2011). Alternative energy: Manual for students. Kyiv [іn Ukrainian].

Syaichurrozi, I. (2016). Review. Biogas technology to treat bioethanol vinasse. Waste Technology, 4, 16—23. https://doi.org/10.12777/wastech.4.1.16-23

Dias, A. S., Carneiro, P. A., Boloy, R. A. M., Cesar, A. S., Oliveira, U. R. (2024). Advancements in vinasse application: An integrated analysis of patents, literature and research profile. Cleaner Engineering and Technology, 22, 100795. https://doi.org/10.1016/j.clet.2024.100795

Yulevych, O. I., Kovtun, S. I., Gill, M. I. (2012). Biotechnology: Textbook (Ed. M. I. Gill). Mykolayiv [іn Ukrainian].

Mucha, T. M., Reshetnyak, L. R., Tsygankov, S. P. (2002). Wastewater treatment of fuel alcohol production. Taurida Scientific Herald. Series: Rural Sciences, 24, 214—217 [іn Ukrainian].

Angelidaki, I., Treu, L., Tsapekos, P., Luo, G., Campanaro, S., Wenzel, H., Kougias, P. G. (2018). Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology Advances, 36(2), 452—466. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.01.011

Syaichurrozi, I., Sarto, S., Sediawan, W. B., Hidayat, M. (2020). Mechanistic models of electrocoagulation kinetics of pollutant removal in vinasse waste: Effect of voltage. Journal of Water Process Engineering, 36, 101312. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101312

Longati, A. A., Cavalett, O., Cruz, A. J. G. (2017). Life cycle assessment of vinasse biogas production in sugarcane biorefineries. Computer Aided Chemical Engineering, 40, 2017—2022. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63965-3.50338-X

Dubrovin, V. O., Melnychuk, M. D., Melnyk, Yu. F., Myronenko, V. G., Sukhenko, Ju. G., Gudzenko, M. M. (2009). Bioenergy in Ukraine — development of rural areas and opportunities for individual communities: Scientific and methodological recommendations. Kyiv [іn Ukrainian].

Raha, D., Mahanta, P., Clarke, M. L. (2014). The implementation of decentralised biogas plants in Assam, NE India: The impact and effectiveness of the National Biogas and Manure Management Programme. Energy Policy, 68, 80—91. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.12.048

Maurya, R., Tirkey, S. R., Rajapitamahuni, S., Ghosh, A., Mishra, S. (2019). Recent advances and future prospective of biogas production. In Advances in Feedstock Conversion Technologies for Alternative Fuels and Bioproducts (Ed. M. Hosseini). New Technologies, Challenges and Opportunities: Woodhead Publishing Series in Energy. P. 159—178. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817937-6.00009-6

Zhang, W., Ge, X., Li, Yu.-F., Yu, Zh., Li, Ye. (2016). Isolation of a methanotroph from a hydrogen sulfide-rich anaerobic digester for methanol production from biogas. Process Biochemistry, 51(7), 838—844. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2016.04.003

Moraes, B. S., Triolo, J. M., Lecona, V. P., Zaiat, M., Sommer, S. G. (2015). Biogas production within the bioethanol production chain: Use of co-substrates for anaerobic digestion of sugar beet vinasse. Bioresource Technology, 190, 227—234. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.04.089

Ivanova, T., Tsygankov, S., Titova, L., Dzyhun, L., Klechak, I., Bisko, N. (2023). Vinasse utilization into valuable products. In Bioconversion of wastes to value-added products (Eds. O. Stabnikova, O. Shevchenko, V. Stabnikov, O. Paredes-López). Series: Food Biotechnology and Engineering. Taylor & Fransis Group: CRC Press. P. 245—269. https://doi.org/10.1201/9781003329671-9

Kulichkova, G. (2022). Comparative characteristics of native (liquid) and concentrated up to 40% vinasse as a raw material for anaerobic fermentation. EUREKA: Life Sciences, 6, 25—35. https://doi.org/10.21303/2504-5695. 2022.002692

Tsygankov, S. P., Ivanova, T. S., Spivak, S. I., Lukashevich, K. M., Blume, Yа. B. (2024). Development of a complex technology for replacing fossil energy carriers with by-products in the bioethanol production. Science and Innovation, 20(5), 53—61. https://doi.org/10.15407/scine20.05.053

Pobeheim, H., Munk, B., Lindorfer, H., Guebitz, G. (2010). Impact of nickel and cobalt on biogas production and process stability during semi-continuous anaerobic fermentation of a model substrate for maize silage. Water Research, 45(2), 781—787. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.09.001

Głowacka, A., Szostak, B., Klebaniuk, R. (2020). Effect of biogas digestate and mineral fertilisation on the soil properties and yield and nutritional value of switchgrass forage. Agronomy, 10(4), 490. https://doi.org/10.3390/agronomy10040490