Možnosti energetického využití kompostu z domácích kuchyňských bioodpadů

Šárka Flodrová

Doctoral thesis

Possibilities of energy utilization of compost from household‘s kitchen bio waste

Abstract:

Disertační práce pojednává o perspektivách energetického využití domácích kuchyňských bioodpadů přinášející podrobný přehled současného stavu problematiky a řešení s ohledem na minimalizaci skládkování. Doktorská práce je zaměřená na využití biologicky rozložitelných komunálních odpadů pocházejících z domácností, identifikaci nežádoucích vstupních složek, které mohou ovlivnit energetické využití. V kontextu aktuálního trendu dekarbonizace energetiky a hledání cest k energetické soběstačnosti byly zkoumány možnosti výroby biometanu dále byla zpracována rešerše k získávání nových produktů z potravinových odpadů. Detailně bylo sledováno složení kuchyňských odpadů z domácnosti (Household Food Waste, HFW) s důrazem na možnosti jejich využití při uplatnění principů cirkulární ekonomiky. Pro zpracování HFW byla využita moderní technologie kompostování v automatických kompostérech, které produkují „výrobek“ s problematickým využitím. V tomto výrobku byly identifikovány parametry, které limitují jeho „tradiční využití“ jako kompostu pro zemědělské účely (stabilita, vysoký obsah NaCl, konduktivita, fytotoxicita a toxicita na vodních organismech, neodbouratelné pesticidy apod.). V rámci řešení doktorské práce byla hledána jiná možnost využití těchto „kompostů“, a to pro energetické využití. Byly sledovány parametry ovlivňující procesy spalování (průběh termického rozkladu této netradiční suroviny s vysokým podílem škrobu, rizika tvorby inkrustů apod.) a anaerobní digesce. V práci jsou prezentovány výsledky laboratorních testů kompostů (analýzy vodného výluhu), obsahy majoritních prvků v sušině, prvkové složení a průběh TGA analýzy s ohledem na netradiční surovinové vstupy (škroby). RTG-fluorescencí bylo stanoveno prvkové složení kompostů pro následné výpočty indexu spékavosti popele, z výsledků elementární analýzy byl proveden výpočet spalného tepla kompostů a vstupní suroviny. Výsledky prokázaly, že úbytek organické hmoty, pokles uhlíku i snížení hodnoty spalného tepla během kompostování v automatických kompostérech je velmi nízký. Automatické kompostéry lze doporučit jako technologii předúpravy před dalším použitím „kompostů“, jsou vhodné pro odstranění vlhkosti a zajistí hygienizaci výsledného produktu, který by měl být dále zpracován jinou technologií. Z řešení práce vyplývá, že nejvhodnější variantou je anaerobní digesce.

Abstract:

The dissertation discusses the prospects of energy use of domestic kitchen bio waste, bringing a detailed overview of the current state of the issue and solutions with regard to minimise landfilling. In the doctoral thesis, I focused on the use of biodegradable municipal waste coming from households, I identified undesirable input components that may influence energy use. In the context of the current trend of decarbonization of energy and the search for ways to energy self-sufficiency, the possibilities of biomethane production were examined and the research to obtain new products from food waste was processed.The composition of household kitchen waste (HFW) was monitored in detail with an emphasis on the possibilities of its use in the application of the principles of circular economy. For the processing of HFW, modern composting technology was used in automatic composters that produce a "product" with problematic use. Parameters were identified in this product that limits its "traditional use" as compost for agricultural purposes (stability, high NaCl content, conductivity, phytotoxicity and toxicity on aquatic organisms, non-breakable pesticides, etc.). Within the framework of the doctoral thesis, another possibility of using these "composts" was sought, namely energy use. Parameters influencing combustion processes were monitored (course of thermal decomposition of this non-traditional raw material with high starch content, risk of slagging and fouling, etc.) and anaerobic digestion. The work presents the results of laboratory tests of composts (aqueous liquor analyses), the content of the majority of elements in the dry matter, the element composition and the course of TGA analysis concerning non-traditional raw material inputs (starches). Using X-ray fluorescence, the element composition of composts was determined for subsequent calculations of the ash caking index, the results of the elementary analysis were used to calculate the gross calorific value of composts and the raw material. The results showed that the loss of organic matter, the decrease of carbon and the reduction of the gross calorific value during composting in automatic composters is very low. Automatic composters can be recommended as a pre-treatment technology before further use of "composts", they are suitable for removing moisture and ensure the hygiene of the final product, which should be further processed by another technology. The solution of the work shows that anaerobic digestion is the most suitable option.

Keywords

Kompostování, domácí kuchyňský bioodpad, biomasa, spalování, spalné teplo, alkali index

Keywords

Composting, Household food waste, Biomass, Combustion, Heat of combustion, Alkali index

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 3. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2024
• Supervisor: Helena Raclavská
• Reader: Juraj Ladomerský, Emília Hroncová, Bohumír Čech

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Energetické stroje a zařízení