Návrh alternativních vsádek pro bioplynovou stanici

Bc. Jaroslav Zámečník

Diplomová práce

Proposal of alternative doses for a biogas plant

Anotace:

Pro výrobu bioplynu je možné použít celou řadu cíleně pěstovaných plodin. Z hlediska hektarového výnosu energie je dnes pro své výhody ekonomické, ale i technologické, nejpoužívanější kukuřice. Jedná se však o širokořádkovou plodinu, kterou není vhodné pěstovat v oblastech s erozním ohrožením. Pro optimalizaci využití plodin pro energetické účely je tak dnes diskuse vedena hlavně kolem ochrany půdy, biologické rozmanitosti v zemědělské výrobě, zadržování vody v krajině, ale i potravinové bezpečnosti. Hledá se proto pestřejší sortiment plodin vhodných pro energetické využití. Jako velmi vhodné se pak jeví i využití energeticky cenných biologicky rozložitelných odpadů (gastroodpad, pivovarské mláto aj.). Cílem diplomové práce, která byla zpracována formou projektu, je návrh šesti alternativních vsádek pro bioplynovou stanici zemědělské společnosti Doubrava, s.r.o. (okres Kroměříž), která v současnosti ve vsádce využívá kukuřici a kejdu. Pro návrhy vsádek, které jsou modelovány v této práci, byly zvoleny plodiny dobře silážovatelné a prověřené provozní praxí. Z cíleně pěstovaných plodin se tak v návrzích objevuje kromě kukuřice také žito, trávy a čirok. Z biologicky rozložitelných odpadů pak vepřová kejda, drůbeží hnůj, pivovarské mláto a gastroodpad. Na podkladu dat generovaných ze současného stavu provozu jsou pak sestaveny výchozí parametry pro projektovou část práce. Výchozím parametrem, ke kterému byly návrhy jednotlivých variant sjednoceny, byla současná průměrná denní výtěžnost bioplynu, která činila 9 240 m3 bioplynu/den. Plocha zemědělské půdy nutná pro zajištění surovin činila 271 ha/rok a náklady dosáhly 8 075 000,- Kč/rok. Návrhy alternativních vsádek byly nastaveny tak, aby vsádky nezpůsobovaly technologické komplikace, a to zejména s ohledem na celkovou dobu zdržení vsádky v obou fermentorech a zatížení hlavního fermentoru organickou hmotou. Důležitými výstupy práce jsou výpočty ploch zemědělské půdy nutné k zajištění jednotlivých vsádek a náklady na pořízení substrátů pro jednotlivé varianty. Nejmenší potřebu plochy půdy pro zajištění vsádky/rok má varianta 1 (kejda + kukuřice + mláto + gastroodpad + drůbeží hnůj), kde násobek plochy ve srovnání s původním stavem (kejda + kukuřice) dosahuje hodnoty 0,79, což znamená 214 ha a tudíž úsporu 57 ha. Náklady by činily 8 508 250,- Kč/rok, což je sice o 433 250,- Kč více, úspora plochy však toto navýšení nákladů dostatečně kompenzuje. Varianta 2 (kejda + kukuřice + žito + čirok + travní siláž) nahrazuje kukuřici určitým množstvím jiných cíleně pěstovaných plodin. Plocha nutná pro zajištění vsádky by činila 1,33násobku plochy (362 ha) výchozího stavu a potřebné náklady by dosahovaly 8 821 237,- Kč/rok. Při pěstování žita v systému double cropping v jednom roce s kukuřicí nebo čirokem by se plocha u varianty 2 mohla snížit na 1,01násobku původní plochy (274 ha). Varianta 3 (kejda + kukuřice + žito + mláto + gastroodpad + čirok + trávy + drůbeží hnůj) je pak kombinací varianty 1 a 2 a využívá výhod obou předchozích řešení. Potřeba plochy dosahuje hodnoty násobku 1,04 (284 ha) a 0,85 (231 ha) v případě společného pěstování žita v jednom roce. Varianty s výraznější nebo úplnou náhradou kukuřice 4 (kejda + žito), 5 (kejda + kukuřice + žito + čirok + trávy) a 6 (kejda + čirok), jsou komplikovanější jak z pohledu technologie, větší plochy půdy potřebné k zajištění vsádky, tak i výše nákladů. Z výsledků je zřejmé, že míra náhrady kukuřice je smysluplná pouze do určité míry. Z šesti posuzovaných variant se s ohledem na potřebnou plochu půdy i ekonomické ukazatele výroby bio

Anotace:

plynu jeví jako vhodné zejména varianty 1-3.

Abstract:

A number of targeted crops can be used to produce biogas. In terms of energy yield per hectare, maize is now the most used, both economically and technologically, for its advantages. However, it is a broad-line crop which should not be grown in areas with erosion threats. To optimise the use of crops for energy purposes, the debate today is mainly about soil protection, biodiversity in agricultural production, water retention in the landscape, as well as food security. A more diverse range of crops suitable for energy use is therefore sought. The recovery of energy-valuable biodegradable waste (gastro-waste, brewer's waste, etc.) also seems very appropriate. The aim of this thesis, which was processed in the form of a project, is to design six alternative doses for the biogas station of the agricultural company Doubrava, s.r.o. (Kroměříž district), which currently uses maize and slurry as inputs. For the proposals of the doses that are simulated in this work, crops that are well silageable and proven by operating practice have been chosen. As a result, rye, grass and sorghum appear in the proposals in addition to maize. From biodegradable waste there are used pork slurry, poultry manure, brewer's waste and gastro-waste. The default parameters for the project part of the thesis are compiled on the basis of data generated from the current state of operation. The default parameter to which the proposals of the different variants were harmonised, was the current average daily biogas yield which was 9 240 m3 biogas/day. The area of agricultural land required for the provision of raw materials was 271 ha/year and costs reached CZK 8,075,000 per year. The proposals of alternative inputs have been set so that that the doses do not cause technological complications, especially with regard to the total delay time of the dose in both fermenters and loading of the main fermenter with organic matter. Important outputs of this thesis are calculations of the areas of agricultural land needed to provide the individual doses and costs of substrates for each variant. The least demand for land area to secure the doses per year is in Option 1 (slurry + maize + brewer's waste + gastro-waste + poultry manure), where the area multiple compared to the original level (slurry + maize) is 0.79, which means 214 ha and thus a saving of 57 ha. The costs would be CZK 8,508,250 per year, which is 433,250 CZK more, but the area saving sufficiently compensate for this slight increase in costs. Option 2 (slurry + maize + rye + sorghum + grass silage) replaces maize with a certain amount of other targeted crops. The area required to secure this dose would be 1.33 times the initial area (362 ha) and necessary costs would be CZK 8,821,237 per year. When growing rye in a double cropping system in one year with maize or sorghum, the area of Option 2 could be reduced to 1,01 times the original area (274 ha). Option 3 (slurry + maize + rye + brewer's waste + gastro-waste + sorghum + grass + poultry manure) is a combination of Options 1 and 2 and takes advantage of both previous solutions. The area demand is multiplied by 1.04 (284 ha) and 0.85 (231 ha) in case of co-growing of rye in one year. The options with substantial or complete replacement of maize-Option 4 (slurry + rye), Option 5 (slurry + maize + rye + sorghum + grass) and Option 6 (slurry + sorghum) are more complicated both in terms of technology, larger area of land needed to ensure the dose, but also the amount of costs. The results show that the rate of substitution of maize is only meaningful to a certain extent. Out of the six options considered, Options 1-3 in particular seem appropriate, taking into account the necessary land area as well as economic indicators of biogas production.

Klíčová slova

biomasa, substrát, kukuřice, čirok, žito, trávy, využití odpadů

Keywords

biomass, substrate, maize, sorghum, rye, grass, waste recovery

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Pavel Fuksa, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Rozvoj venkova a zemědělství / Rozvoj venkovského prostoru