Small-scale biogas technology in Southeast Asian countries: current state, bottlenecks and perspectives

Ing. Hynek Roubík

Doctoral thesis

Abstract:

Rozvoj bioplynové technologie v Jihovýchodní Asii má poměrně dlouhou historii, nicméně k expanzi došlo až v posledních desetiletích. Díky výhodám malých bioplynových stanic, které poskytují možnosti k řešení problémů s nakládáním s hnojem a zároveň tvorbu energie ve formě bioplynu, se tato technologie dostala k mnoha malým zemědělcům. Cílem této disertační práce je poskytnout dostatečný vhled do problematiky malých bioplynových stanic v Jihovýchodní Asii s přihlédnutím k možným problémům a rizikům. Zkoumání tohoto tématu je v rámci dlouhodobého zájmu o malotonážní technologii na produkci bioplynu ve venkovských oblastech rozvojových zemí. Z tohoto důvodu bylo provedeno technické, sociální, ekonomické a environmentální zhodnocení malotonážní bioplynové technologie. Metody sběru dat zahrnovaly dotazníková šetření a ohniskové diskuzní skupiny mezi náhodně vybranými vlastníky bioplynových stanic, semi-strukturované osobní rozhovory se zástupci místních úřadů a místními facilitátory a pozorování. Odběr vzorků bioplynu a spalin za účelem analýzy složení bioplynu byl proveden pomocí multifunkčního přenosného analyzátoru plynů a analyzátoru spalin na náhodně vybraných malotonážních bioplynových stanicích. Predikce budoucího vývoje této technologie byla vytvořena pomocí systémového dynamického přístupu, který bude sloužit jako nástroj na podporu rozhodování a tvorbu politik. Třetina bioplynových stanic zaznamenala problémy s touto technologií, a proto je v tomto výzkumu prezentována inovativní problémová analýza této technologie. Průměrná denní produkce bioplynu se rovná 0,499 m3, což nepokrývá potřeby typické venkovské domácnosti s obsahem CH4 a CO2 v bioplynu 64.34 %, respektive 30.36 %. Avšak kvalita bioplynu je stabilní po dobu životnosti této malotonážní technologie. Je třeba také poznamenat, že domácnosti využívají bioplyn hlavně pro vaření, nikoliv pro osvětlení nebo elektrickou energii. Nakládání s digestátem zůstává problémem, který si žádá okamžité řešení, zejména kvůli nadměrnému používání vody při čištění prasečích chlívků. Závěrem tento výzkum předkládá inovativní přístup, který využívá systémové dynamiky, jež navrhuje komplexní model podle motivace malých zemědělců k dobře fungujícím zařízením na výrobu bioplynu, a schémata kauzálních smyček budou sloužit jako nástroj na podporu rozhodování a tvorbu politik pro ovlivňování hodnocení různých opatření a rozhodnutí.

Abstract:

Development of biogas technology in Southeast Asia has a relatively long history, but its main expansion has been recognized in recent decades. The benefits of small-scale biogas plants, providing an opportunity to solve manure management problems and simultaneously providing energy in the form of biogas has brought this technology to many small-scale farmers. This dissertation intends to provide in-depth understanding regarding small-scale biogas plants in Southeast Asia by taking into account the potential risks. Investigating such a topic is within the context of continuing concern regarding small-scale biogas technology in rural areas of developing countries. For this reason, technical, social, economic and environmental assessment of small-scale biogas technology was carried out. Methods of data collection comprised questionnaire surveys and focus group discussions among randomly selected owners of biogas plants, semi-structured personal interviews with local authorities and facilitators and observation. Sample collection of biogas to analyze its composition was performed with both multifunctional portable gas and flue gas analyzers at small-scale biogas plants. Furthermore, prediction of future development of this technology was provided using a system dynamic approach, which will serve as a decision support and policy-making tool. One third of researched biogas plants have experienced problems with biogas technology, and therefore an innovative problem analysis of biogas technology is presented in this research. Furthermore, average daily biogas production in the area equates to 0.499 m3, not covering the demand of a typical rural household with the content of CH4 and CO2 in biogas from small-scale biogas plants being 64.34% and 30.36%, respectively. However, biogas quality is stable during the life-span of small-scale biogas plants. It should be noted that households use biogas mainly for cooking and not for lightening or electricity. The management of digestate is a fundamental issue and requires an immediate solution, with excessive water use for washing pigpens being reported. Finally, this research presents an innovative approach that uses system dynamics which proposes a complex model according to the motivation of farmers to well-functioning biogas plants, and the causal loop diagrams will serve as a decision support and policy-making tool for influencing assessments of various measures and decisions.

Keywords

Jihovýchodní Asie, technologie na výrobu bioplynu, rozvojové země, drobní zemědělci, systémová dynamika, malotonážní bioplynové stanice

Keywords

small-scale biogas plant, biogas technology, Southeast Asia, developing countries, small-scale farmers, system dynamics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 8. 2018

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jan Banout, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Tropical AgriSciences

Doctoral programme / field:
Agricultural Specialization / Sustainable Rural Development in the Tropics And Subtropics