Využití ozimého žita (Secale cereale L.) pro bioplynové stanice

Bc. Matěj Horák

Master's thesis

Using of winter rye (Secale cereale L.) for biogas station

Abstract:

Kukuřice je v současné době nejvýznamnější plodina světa. Hlavním využití je na výživu lidí jako zrno nebo jako siláž pro výživu skotu. Kukuřice v posledních letech zvýšila význam i v České republice a to s nárůstem počtu bioplynových stanic. Kukuřice má však mnoho omezení a tam může najít uplatnění žito. Tato plodina, která byla dřív nejpěstovanější plodinou, zaznamenala velký pokles ploch na celém světě. Hlavním důvodem byla nižší schopnost reagovat na intenzifikační prvky. Pěstováním žita lze vyřešit problém podniků, které mají svažité pozemky kde nemohou pěstovat kukuřici, nebo si chtějí rozšířit jenom spektrum plodin v osevním postupu. Výsledným produktem z fermentace je bioplyn, který obsahuje hlavně metan a oxid uhličitý. Bioplyn se u nás nejčastěji využívá v kogenerační jednotce a výsledkem je elektrická energie a teplo. Můj pokus se zabýval různými poměry kukuřičné (k) a žitné (ž) siláže po přidání určitého množství očkovacího materiálu. Očkovací materiál byl použit z bioplynové stanice. Pokus byl prováděn na dvou stanovištích. První bylo VÚZT v Praze Ruzyni (2 pokusy) a druhé KLASTR Bioplyn v Červeném Újezdu. U vzorků z VÚZT bylo sledováno: množství bioplynu, obsah metanu, množství odbourané organické sušiny a pH na vstupu a na výstupu. U vzorků z KLASTR bylo sledováno: množství bioplynu a množství metanu. Pokus 1 se i přes tři opakování nezdařil. Pravděpodobným důvodem neúspěchu byla špatná kvalita očkovacího materiálu. U pokusu číslo 2 činily poměry mezi očkovacím materiálem a siláží 30:70 a u siláže byly následující poměry k:ž (100:0, 0:100, 90:10, 80:20, 70:30, 40:60) a očkovací materiál jako kontrola. Doba zdržení ve fermentoru činila 45 dnů při stálé teplotě 40 -- 42°C. Sušina byla u kukuřičné siláže 29,9 %, u žitné 27,84 % a u očkovacího materiálu 4,68. Hodnota pH u siláží byla 4,03. Nejlepšího obsahu metanu dosáhla varianta 70 % kukuřičná + 30 % žitná siláž s průměrnou hodnotou 51,3 % CH4. Produkce z 1 kg sušiny nejlépe dopadla u varianty 70 % kukuřičné + 30 % žitné siláže s hodnotou 611,6 l bioplynu, nejhůře 40 % kukuřičné + 60 % žitné siláže s hodnotou 419,7 l bioplynu. Produkce metanu z kg sušiny dopadlo nejlépe u varianty 70 % kukuřičná + 30 % žitná siláž 313,5 l, nejhůře dopadla varianta 40 % kukuřičná + 60 % žitná siláž s produkcí 210,5 l metanu. Je statisticky významný pozitivní vliv přidání žitné siláže ke kukuřičné a to až do 30 % obsahu. Pokus 3 byl založen s poměry k:ž (0:100, 100:0, 50:50, 70:30) + kontrolní varianta -- inokulant. Ve všech vzorcích byl naměřen vysoký obsah metanu, který přesahoval často hodnotu 60 %. Největší obsah metanu si po celý průběh pokusu udržovala varianta 100% kukuřičné siláže. Překvapením byl vysoký obsah metanu u kontrolní varianty. Největší výtěžnost bioplynu byla zjištěna u varianty 100 % kukuřičné siláže s 740,4 l bioplynu a 399,8 l metanu. Nejhorší byla varianta 100 % žitná siláž s výtěžností 679,3 l bioplynu a 346,5 l metanu. Statisticky ale nebyly tyto výsledky průkazné. Výsledkem je zjištění, že když pomineme neúspěšný pokus, tak byl podle jedné metodiky zjištěn pozitivní vliv přidání žitné siláže, a to až do 30 % hmotnosti. Tyto výsledky byly statisticky průkazné. Podle druhé metodiky přidání žitné siláže ke kukuřičné nezvyšuje výtěžnost bioplynu a metanu, naopak ji snižuje. Tyto výsledky ale nejsou statisticky průkazné. Uplatnění žito najde na pozemcích, kde pěstitelé nemohou pěstovat kukuřici, jako rozšíření osevního postupu a rozložení pracovních špiček s možností po žitu nasít velmi ranou kukuřici nebo čirok a dosáhnout dvou sklizně za rok.

Abstract:

Maize is currently the most important crop in the world. It is used mainly as food (its grain) or as silage for feeding cattle. In recent years maize has become more important also in the Czech Republic, following the increase of the number of biogas plants. However, in many respects maize is limited and that is where rye comes to play. Rye used to be the most widespread crop but it saw huge decrease throughout the world. The main reason for that was lower ability to respond to intensifying elements. Growing rye is a solution for the companies with sloping land on which maize cannot be grown or generally for the companies which waant to widen spectre of their production. Final product of fermentation is biogas which contains mainly methane and carbon dioxide. In our country biogas is used mainly in cogenerative units where it produces electric energy and heat. The trial was carried out with different ratios of maize (m) and rye (r) silage after adding certain amount of inoculum material. The inoculum material was from biogas plant. The experiment was conducted at two different institutions: VÚZT Prague Ruzyně (2 trials) and KLASTR Bioplyn, Červený Újezd. The following traits were monitored at VÚZT samples: quantity of biogas, methane content, the amount of degradation of organic solids and pH of the input and output. As for the KLASTR samples, quantity of biogas and methane content were monitored. The trial 1 failed although repeated three times, probably due to the poor quality of inoculum material. At the trial 2 the used ratio of inoculum material and silage was 30:70 and the silage was mixed in following ratios: m to r -- 100:0, 0:100, 90:10, 80:20, 70:30, 40:60, and also the 100% inoculum material as a testing sample. The keeping time of the material in the fermentor was 45 days at 40--42 °C. Dry matter input reached 29.9 % in maize silage, 27.84 % in rye silage and 4.68 % ininoculum material. The pH value was 4.03. The best methane content was achieved with 70 % maize and 30 % rye silage with average value 51.3 % CH4. The highest production of biogas from 1 kg of dry matter (611.6 litres of biogas) was observed with 70 % maize and 30 % rye silage, the lowest (419.7 litters of biogas) with 40 % maize and 60 % rye silage. The highest methane production of 1 kg of dry matter (313.5 litres of methane) was observed with 70 % maize and 30 % rye silage, the lowest (210.5 litres of methane) 40 % maize and 60 % rye silage. The positive influence of adding rye silage to the maize silage is statistically relevant up to the 30 % of the content. The trial 3 was started with ratios m:r (0:100, 100:0, 50:50, 70:30) + test sample (inoculant). In all the samples the high content of methane was observed, often over 60 %. The highest content of methane was steadily observed throughout the whole project with 100% maize silage. Suprisingly high was methane content with the testing sample. The biggest utilization rate of biogas was observed with 100 % maize silage (740,4 l biogas and 399,8 l methane). The worst was the sample with 100 % rye silage (679,3 l biogas and 346,5 l methane). However, these results were not statistically relevant. We can conclude that (with the exception of the unsuccessful trial 1) according to the first methodology the positive influence of adding rye silage up to 30 % of the weight was proved. Those results were statistically relevant. According to the second methodology, adding rye silage to maize silage does not increase utilization rate, on the contrary. However, these results are not statistically relevant. Rye can be used on the land where maize cannot be grown, widening the production and distributing working peak seasons, with the possibility to sow very early ripening maize or sorghum after rye and thus achieve two harvests within one year.

Keywords

žito seté, siláž, bioplyn, kukuřice, digestát, metan

Keywords

maize, rye, silage, biogas, methane, digestate

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: Ing. David Bečka, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Crop Science / Crop Science