Využití lihovarnických výpalků

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Využití lihovarnických výpalků Diplomová práce Vedoucí práce: Ing. Eva Krčálová, Ph. D. Vypracovala: Bc. Ditte Horáková Brno 2013

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Využití lihovarnických výpalků vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis diplomanta.

3 PODĚKOVÁNÍ Ráda bych touto cestou poděkovala své vedoucí diplomové práce Ing. Evě Krčálové, Ph. D., za pomoc, metodické vedení a připomínky při zpracovávání této práce, jako i za předání zkušeností, odbornou pomoc, trpělivost a ochotu. Dále bych chtěla poděkovat celé své rodině, hlavně svým rodičům a příteli, za podporu při celém studiu a vypracovávání této práce.

4 ABSTRAKT Využití lihovarnických výpalků Lihovarnických výpalků vzniká mnoho druhů, záleží hlavně na tom, z čeho a jakou technologií se líh vyrábí. Výpalky jsou charakterizovány jako odpad, pokud nejsou registrovány jako hnojivo a nepodléhají tak zákonu o hnojivech nebo se mohou požívat jako hnojivo. Jako odpad, kvůli svému kyselému ph, nízké sušině a velkému množství organické hmoty, pak mohou způsobovat problémy na čistírnách odpadních vod. Aby se tomuto problému předešlo, musí se nalézt nějaký způsob jejich využití. Tato diplomová práce se zabývá zpracování ovocných výpalků anaerobní fermentací, kdy jako kontrolní substrát a zároveň inokulum byl použit substrát z reaktoru z lokální bioplynové stanice. V průběhu realizovaných experimentů byly sledovány kvantitativní a kvalitativní parametry produkovaného bioplynu a vliv dávek sušiny různých výpalků na tyto charakteristiky. Klíčová slova: anaerobní fermentace, bioplyn, metan, lihovarnické výpalky Utilization of distillery stillage Depending on the input ingredients and technology chosen for this process, we can distinguish many kinds of distillery stillage. Distillery stillage are considered to be a waste if they are not registered as a fertilizer. In this case, they are treated by the law like fertilizers. In some situations we can use stillage as a feed. As a waste, it can cause a problems in sewage treatment plants because contains acidic ph, low level of dry matter and large quantity of organic substance. To prevent this problem, better solution for its utilization must be found. Diploma thesis deals with fruit stillage processing by the method of anaerobic fermentation, in which substrate from local biogas reactor was used as a control substrate and also as an inoculum. In the course of experiments were controlled quantitative and qualitative parameters of biogas produced as well as influence of dry matter dosages contained in various stillage on these parameters examined. Keywords: anaerobic fermentation, biogas, methane, distillery stillage

5 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ PŘEHLED Právní požadavky Seznam souvisejících právních předpisů Stávající legislativa Termíny a definice Biologicky rozložitelné odpady Možnosti využití a zpracování biologicky rozložitelného odpadu Kompostování Anaerobní fermentace Bioplynové stanice Výroba lihovin Lihoviny můžeme rozdělit podle dvou kritérií Postup při výrobě pálenky Základní technologické zařízení Postup při destilování Suroviny pro výrobu lihu Suroviny pro výrobu ovocného vína a lihovin vyráběných z ovoce Lihoviny vyráběné z jiných surovin Lihovarnické výpalky a možnosti jejich využití Vybrané druhy lihovarnických výpalků Melasové výpalky Ovocné výpalky Obilné výpalky Kukuřičné výpalky Využití výpalků Využití výpalků jako hnojiva na zemědělské půdě Využití výpalků ve výživě hospodářských zvířat Využití výpalků metodou anaerobní fermentace Využití výpalků metodou kompostování Odstranění výpalků... 41

6 4 MATERIÁL A METODIKA VÝSLEDKY A DISKUZE Experiment Experiment Experiment Experiment Porovnání experimentů Reaktory s kontrolním vzorkem Reaktor s přídavkem sušiny 10 g Reaktor s přídavkem sušiny 7,5 g Reaktor s přídavkem sušiny 5 g SWOT analýza ZÁVĚR SEZNAM LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM ZKRATEK PŘÍLOHY... 90

7 1 ÚVOD Je zřejmé, že lihové destiláty jsou vyráběny již po staletí, přesto není určena doba ani místo, kdy a kde se lihové destiláty poprvé připravovaly. Příprava byla obklopena různými mystérii a byla přísně tajná, protože destiláty se většinou používaly u různých rituálů a postup přípravy byl zpřístupněn jen zasvěceným osobám. Později byla receptura tajena z obchodních důvodů a tajemství se soustřeďovalo za zdmi klášterů. Venkované připravovali pálenku zkvašováním obilí, ale vyráběli tak silný destilát, že nemohli najít vhodné nádoby, ve kterých by mohl být destilát uložen [28]. Později, když začalo nad alchymií vítězit lékařství, tak se příprava destilátů začala rozšiřovat. Destilace, příprava lihovin se stala dokonce módou. Nejdříve se začal líh vyrábět z vína a začalo se s lihem hojně obchodovat. Později se k výrobě lihu začaly využívat i jiné suroviny, jako obilí, pivo, medovina apod. Bylo napsáno mnoho publikací zabývajících se kvašením i destilací [28]. Dlouholetou tradici má i výroba lihu v České republice. V českých lihovarech dochází v letech k rozsáhlé modernizaci výrobní technologie. Za touto konjunkturou českého lihovarského průmyslu stála skutečnost, že v českých zemích se vyráběl líh pro celé Rakousko - Uherské mocnářství (např. líh byl přidáván do benzinu již v průběhu 1. světové války). Během 2. světové války a po ní však dochází ke stagnaci investic a lihovary jsou zastaralé. Lihovarské odvětví však nedisponovalo takovým objemem investičních prostředků, aby modernizace byla umožněna. Ke snížení počtu lihovarů došlo v letech , kdy došlo k celkové privatizaci lihovarů. Podařilo se však zachovat např. Lihovar Kojetín, kde byla zprovozněna nová vícetlaková destilačně rektifikační jednotka fy Krebs-Speichim a nová šestičlenná vakuová odparka melasových výpalků [1]. Podle zákona č. 61/1997 Sb. (podle písmena m odstavce 1 zákona č. 61/1997 Sb. o lihu) schválilo Ministerstvo zemědělství provoz (rok 1997) následujícím provozům v České republice: Zemědělské lihovary 64 Zemědělské lihovary s rafinací 13 Průmyslové lihovary 7 Lihovar na výrobu syntetického lihu 1 Ovocné lihovary 23 [1] 8

8 Lihovarský průmysl v současné době Výroba lihu pro potravinářské účely je zajišťována Moravským lihovarem Kojetín, lihovarem v Chrudimi (Cukrovary a lihovary TTD) a lihovarem v Kolíně (Bioferm). Výrobou bioetanolu se zabývají PLP v Trmicích, Agroetanol v Dobrovicíci a Ethanol Energy ve Vrdech. Ve výrobě pitného lihu ( tis. hl ročně) je ČR soběstačná, ve výrobu bioetanolu je velmi flexibilní [2]. V České republice se lihoviny nevyrábějí jen ve velkých závodech, ale i v ovocných lihovarech a také se ovocné kvasy destilují na zakázku v pěstitelských pálenicích. I když pro začínající podnikatele není vůbec snadné obstát mezi konkurencí, tak počet pěstitelských pálenic stále stoupá [29]. Na obrázku 1 jsou znázorněny registrované pěstitelské pálenice České republiky. Obr. 1 Satelitní mapa pálenic ČR [3] 9

9 2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je identifikace a analýza právních předpisů, které se vztahují na nakládání s lihovarnickými výpalky. Součástí práce je také identifikace možností, jak lze lihovarnické výpalky využít nebo odstranit, na základě jejich kvalitativních parametrů. Cílem práce bylo ověření možnosti využití lihovarnických výpalků metodou anaerobní fermentace. Provedení analýzy vztahů mezi vstupními vlastnostmi lihovarnických výpalků, parametrů metody anaerobní fermentace a kvantitativními a kvalitativními parametry získaného bioplynu. Jedním z cílů je také získané výsledky konfrontovat s výsledky, které byly získány z odborné literatury a z jiných pokusů realizovaných v praxi v dřívější době. 10

10 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Právní požadavky Když se Česká republika stala členem Evropské unie, musela proběhnout harmonizace našeho právního řádu se směrnicemi EU. Přehodnotil se tak význam technologií na základě aerobní a anaerobní fermentace, které současně představují řešení dvou okruhů problémů, a to: zužitkování, resp. zpracování biologických odpadů vznikajících v zemědělství a dalších výrobních sférách využití produktů zpracování odpadů pro zlepšování úrodnosti půdy a udržování nezávadného životního prostředí [30]. Návrh směrnic Evropského parlamentu a Rady o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů klade velký důraz na využití energie z biologického odpadu. Energetické využití bioodpadu (zejména kuchyňského a potravinářského) je preferováno také v dokumentu Zelená kniha o nakládání s biologickým odpadem v Evropské Unii [4] Seznam souvisejících právních předpisů Směrnice Evropského Parlamentu a Rady 2008/98/ES, o odpadech Směrnice Rady 1999/31/ES, o skládkách odpadů Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů Vyhláška č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů), ve znění pozdějších předpisů Vyhláška č. 341/2008, o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady, ve znění pozdějších předpisů Vyhláška 351/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady, ve znění pozdějších předpisů 11

11 Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů) Zákon č. 458/2000 Sb., energetický zákon ve znění pozdějších předpisů Vyhláška č. 5/2007 Sb., o stanovení druhů, způsobu využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy, ve znění pozdějších předpisů Nařízení vlády č. 197/2003 Sb. o Plánu odpadového hospodářství České republiky, ve znění pozdějších předpisů Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů Nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových, ve znění pozdějších předpisů Zákon č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší Zákon č. 25/2008 Sb., o integrovaném registru znečišťování životního prostředí a integrovaném systému plnění ohlašovacích povinností v oblasti životního prostředí a o změně některých zákonů Zákon č. 95/2011 Sb., o lihu Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 190/2008 Sb., o technických požadavcích na výrobu, skladování a zpracování lihu Zákon č.100/2001 Sb., o posuzování vlivu na životní prostředí Zákon č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a omezování znečištění, o integrovaném Zákon č. 156/2009 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd 12

12 3.1.2 Stávající legislativa Dle zákona o odpadech 185/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů je dána následující hierarchie způsobů nakládání s odpady [5]: a) předcházení vzniku odpadů, b) příprava k opětovnému použití, c) recyklace odpadů, d) jiné využití odpadů, například energetické využití, e) odstranění odpadů Termíny a definice Biomasa látky organického původu, které lze využít jako zdroje energie, např. pro spalování, zplyňování, aj. [31] Bioplyn technický termín je podle praxe přiřazen výlučně pro plynný produkt anaerobní metanové fermentace organických látek [31] Reaktorový bioplyn vyrábí se v reaktorech a základní surovinou může být např. rostlinný odpad, dřevní biomasa a kaly získané při čištění odpadních vod. Vsázku reaktoru je nutno aktivovat speciální kulturou, která zajišťuje nastartování technologického procesu. Bioplyn vzniklý touto technologií sestává převážně z metanu a oxidu uhličitého [31]. Anaerobní proces metanizace soubor dějů, při nichž směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá bez přístupu vzduchu organické látky (substrát) přítomné ve zpracovávaných materiálech. Konečným produktem je,,stabilizovaná organická hmota obsahující i narostlou biomasu a dále plyn, obsahující hlavně metan a oxid uhličitý a další příměsi [31]. Sušina hmotnostní zlomek vzorku, nezahrnující vodu, vyjádřený jako procento hmotnosti vypočítané stanovením podílu sušiny nebo obsahu vody podle ČSN EN :

13 3.2 Biologicky rozložitelné odpady Biologicky rozložitelné odpady jsou definovány jako odpady, které podléhají aerobnímu nebo anaerobnímu rozkladu. Jde o významnou skupinu odpadů, která svou produkcí představuje přibližně pětinu veškeré produkce odpadů v ČR. Jsou to hlavně odpady ze zemědělství, lesnictví a potravinářství. Dále odpady z papírenského a textilního průmyslu a odpady ze zpracování dřeva, kůží a jiných výrob. Podle statistických výkazů představuje tato skupina odpadů cca 7 mil. tun biologicky rozložitelných odpadů ročně. Z platné legislativy vyplývá, že jejich podíl ukládání odpadu na skládky se musí snižovat, proto se hledají možné alternativy jejich využití. Záměrem je tedy BRO neodstraňovat, ale využívat. V současné době je několik možností jak lze bioodpad více či méně efektivně využít. Mezi biologicky rozložitelné odpady se řadí i lihovarnické výpalky. Ty se dle svého původu řadí do odpadů z potravinářského průmyslu. Tento průmysl ve větší míře produkuje zejména kapalné odpady, obsahující téměř vždy organické látky, které jsou většinou netoxické a dobře biologicky rozložitelné, ať už aerobní či anaerobní cestou. Nejčastějším využitím odpadů z potravinářského průmyslu je ke krmení nebo k hnojení. Méně častým je využití energetické, protože je nákladnější. Jako nejméně vhodné je však zneškodňování některých odpadů (např. z lihovarů, drožďáren nebo tukového průmyslu) vypouštěním do kanalizace. Tímto způsobem jsou pak zatěžovány čistírny odpadních vod, kdy je do nich vnášeno velké množství organických látek, sloučenin dusíku a fosforu a hrozí pak zvýšené riziko eutrofizace vodních toků. Nejběžnější a nejvíce využívanou metodou biologického zpracování biologicky rozložitelných odpadů je kompostování. Anaerobní fermentace je vhodná pro zpracování biologicky rozložitelných odpadů s vyšší vlhkostí [6] Možnosti využití a zpracování biologicky rozložitelného odpadu V následujících příkladech jsou popsány možnosti, jak lze biologicky rozložitelný odpad zpracovat nebo využít. Jsou zde popsány možnosti jak aerobní, tak anaerobní metodou. Nejpodrobněji je zde popsána metoda anaerobní metanové fermentace, protože tato metoda byla použita v praktickém výzkumu ve školní laboratoři. 14

14 Kompostování Je to přirozená biochemická přeměna, při které vzniká z organických látek za aerobních podmínek (za přístupu vzduchu) a vlivu živých organismů stabilní organický produkt hnojivový substrát. Výsledkem tohoto procesu je přeměna nestabilních přírodních surovin na stabilní hnojivo. Proces kompostování je řízený. Musí se zabezpečit optimální podmínky potřebné pro rozvoj mikroorganismů a je proces doprovázen snížením objemu, hmotnosti, obsahu vody a děje se tak za zvýšené teploty procesu [7]. Tento aerobní proces jde vyjádřit rovnicí: Organické látky + O 2 + mikroorganismy kompost + CO 2 + H 2 O + teplo Základní podmínky kompostování vstupní materiál pro kompostování musí obsahovat organické látky pro výživu mikroorganismů (půdních bakterií, hub, červů, žížal atd.) a to v poměru C:N (uhlíku a dusíku) = 30:1, vlhkost materiálu by se měla udržovat kolem %, materiál je nutno promíchávat, aby se umožnil dostatečný přístup kyslíku, před kompostováním je vhodné hrubší suroviny podrtit na malé části, může se v malém množství přidat půda či hotový kompost, aby se proces kompostování urychlil [8]. Fáze kompostování Kompostování se skládá ze tří základních fází, při kterých dojde k přeměně BRO na kompost. V první fázi komponovacího procesu se zakládka samovolně zahřívá (teplota může dosáhnout až 65 C) v důsledku probíhajících rozkladných reakcí za intenzivního rozvoje bakterií a plísní. Dochází tak k rozkladu lehce rozložitelných látek. V druhé fázi kompostování dochází již k odbourávání obtížněji rozložitelných látek na stabilní látky obsahující humus. Teplota zakládky začíná klesat a kompost získává hnědou barvu a zemitou strukturu. Ve třetí fázi kompostování vzniká konečný produkt komponovacího procesu kompost. Je to univerzální statkové hnojivo, které obsahuje všechny druhy rostlinných živin, humusové složky a půdotvorné látky oživené edafonem. Zralost kompostu lze 15

15 rozeznat dle tmavé drobovité hmoty bez zápachu (může vonět po lesní půdě), ve které nelze identifikovat strukturu původních částic. Doba potřebná k přeměně odpadu v plnohodnotný kompost záleží na mnoha faktorech, jako je teplota, složení kompostu, postup při kompostování. Obecně je to 6 12 měsíců od založení kompostovací zakládky [8]. Kvalitní kompost by měl vykazovat tyto parametry: Vlhkost 40 60%, ph 6,0 6,5 Minimální obsah organické hmoty 20 % Obsah organických látek v sušině % Dusík nad 2 % Fosfor nad 0,65 % Draslík nad 1,25 % Vápník + hořčík nad 4,5 % Organizace a technologie kompostování BRO Z organizačního hlediska se může kompostování odpadů ze zeleně a dalších BRO provádět na následujících úrovních [9]: Domácí kompostování (v rodinných zahradách), Komunitní kompostování (na sídlištích, u škol, v zahrádkářských koloniích), Centrální kompostování (průmyslové kompostování). Kompostárenská technologie je postup výroby kompostů. Tato technologie zahrnuje úpravu odpad, homogenizaci, aeraci, fermentaci a úpravu hotového výrobku. V České republice se nejvíce využívá krechtové kompostování na nezastřešených kompostárách, Zároveň se uplatňuje tzv. řádkové kompostování, což je rychlokompostování na hromadách nižších než 1,5 m. V důsledku zajištění požadavků POH ČR, aby se zvýšilo materiálové využití odpadů, tak stále dochází ke vzniku nových kompostáren. Tyto zařízení se však potýkají se značným problémem odbytu vyrobeného kompostu. Kompostárna musí kompost registrovat v Ústředním kontrolním a zkušebním ústavu zemědělském podle zákona č. 156/1998 Sb., o hnojivech. Registrovány však mohou být pouze komposty odpovídající I. Třídě ČSN Průmyslové komposty, v níž jsou stanoveny velmi přísné limity na obsah cizorodých látek [32]. Rizikové prvky a jejich limitní hodnoty 16

16 v hnojivech a substrátech a stanovení typů hnojiv je obsaženo ve Vyhlášce ministerstva zemědělství č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva. Limitní hodnoty rizikových prvků (hlavně zinku) jsou velmi přísné. Tím je omezeno kompostování, jako účinný způsob využití odpadů [10]. Další rozšiřující formou kompostování je kompostování komunitní. Podle zákona o odpadech je definováno jako systém sběru a shromažďování rostlinných zbytků z údržby zeleně a zahrad na území obce, jejich úprava a následné zpracování na zelený kompost. Výhody kompostování Živiny, zejména dusičnany se nevyplavují do podzemních vod, proto kompost působí příznivě na životní prostředí Tvoří se cenné humusové látky, které půdu oživují (podporují množství a druhovou pestrost bakterií a hub) Zničí se všechny hnilobné a jedovaté látky během krátké doby Zničí se většina původců chorob [11]. Nevýhody kompostování Vysoká pracnost kompostování pro zemědělce Vyšší ekonomická náročnost [11] Anaerobní fermentace Anaerobní fermentace je velmi složitý biochemický proces, který se skládá z mnoha dílčích, na sebe navazujících fyzikálních, fyzikálně - chemických a biologických procesů. Je to bioenergetická transformace organických látek, při které nedochází ke snížení jejich hnojivé hodnoty [12]. Výslednými produkty anaerobní digesce jsou vzniklá biomasa, plyny a nerozložitelný zbytek organické hmoty. Zbytek po fermentaci se musí z hlediska hygienického a senzorického stabilizovat. Vznik bioplynu Anaerobní fermentaci musíme vždy chápat, jako soubor na sebe navazujících procesů, v nichž vlastní metanogeny představují pouze poslední článek v řetězci 17

17 biochemické konverze. Bioplyn je tedy produktem látkové výměny metanových bakterií, ke které dochází, když bakterie rozkládají organickou hmotu, tento proces trvá kolem jednoho měsíce. Anaerobní fermentace je soubor řady na sebe navazujících procesů, na kterých se podílí několik základních skupin anaerobních mikroorganismů. Produkt jedné skupiny mikroorganismů se stává substrátem skupiny druhé. Tento proces rozkladu má v podstatě čtyři fáze: V první fázi přeměňují přítomné anaerobní bakterie, tedy ještě nikoli metanové bakterie, makromolekulární organické látky (bílkoviny, uhlovodíky, tuk, celulózu) pomocí enzymů na nízkomolekulární sloučeniny, jako jsou jednoduché cukry, aminokyseliny, mastné kyseliny a voda. Tento proces se nazývá hydrolýza. Poté, v další fázi acidogenezi, kdy probíhá okyselení, mohou acidofilní bakterie provést další rozklad na organické kyseliny, oxid uhličitý, sirovodík, čpavek. Z toho nyní octotvorné bakterie, ve fázi acetogeneze, vytvoří acetáty, oxid uhličitý a vodík. Nakonec poslední fází je metanogeneze, kde metanové bakterie v alkalickém prostředí vytvoří metan, oxid uhličitý a vodu [33]. Podle specifiky substrátu lze metanogenní organismy rozdělit pouze na hydrogenotrofní nebo pouze acetotrofní. Působením acetotrofních metanogenních bakterií vzniká více než 2/3 metanu v bioplynu. Rozkládají kyselinu octovou na směs metanu a CO 2. Jsou schopny udržovat ph fermentačního média, protože odstraňují kyselinu octovou a produkují CO 2. Ve srovnání s druhou skupinou rostou pomaleji (generační doba je několik dní) [13]. Hydrogenotrofní metanogenní bakterie produkují metan z CO 2 a H 2. Jejich generační doba je kolem 6 hodin, takže oproti ostatním rostou poměrně rychle. V anaerobním procesu působí jako samoregulátor. Jsou schopny odstranit z procesu vodík, jehož koncentrace by měla být při dobré činnosti organismů minimální. Vodíkem jsou nejvíce ovlivňovány acetogenní bakterie rozkládající kyselinu propionovou a máselnou. Pro tyto organismy je přítomnost hydrogeotrofních organismů životně důležitá [13]. 18

18 Obr. 2 Schéma anaerobního rozkladu [13] Anaerobních mikroorganismů je mnoho druhů, samovolně se množí, produkují metan a patří mezi nejstarší živé organismy na Zemi. Jejich nároky na bezkyslíkaté prostředí jsou vždy vysoké a jejich citlivost na přítomnost kyslíku je někdy až extrémní. Kyslík je pro všechny druhy metanogenních organismům jedem a to i ve velmi nízkých koncentracích. Dokážou však přirozeně přežít, díky velmi těsné symbióze s mnoha jinými, které jsou ve svých životních funkcích metanogeny neoddělitelně spjaty. V přírodě nikde nenalezneme metanogenní kultury v samostatném společenství, neboť tyto mikroorganismy se úspěšně množí jen ve směsných kulturách, v nichž jim jejich symbionti zajišťují nejen energetické zdroje, ale i trvale bezkyslíkaté prostředí [34]. Dnes je známo asi 10 druhů methanococcus a methanobacterium o velikosti pouze 1/1000 mm, které vyžadují různé typy péče. Všechny však potřebují následující životní podmínky: Vlhké prostředí metanové bakterie mohou pracovat a množit se jen tehdy, jsou li substráty dostatečně zality vodou (a to alespoň z 50%). Na rozdíl od aerobních bakterií, kvasinek a hub nemohou žít v pevném substrátu [33]. Zabránění přístupu vzduchu všechny bakterie produkující metan jsou striktně anaerobní a většinou netolerují ani velmi malé koncentrace kyslíku, který je pro ně toxickým plynem. Je li v substrátu přítomen kyslík, jak tomu bývá např. u čerstvé kejdy, musí ho nejprve aerobní bakterie spotřebovat v první fázi bioplynového procesu. 19

19 Zabránění přístupu světla je užitečné zamezit přístupu světla, přestože světlo metanogenní bakterie neničí, můžeme tak zajistit zrychlení procesu vzniku bioplynu. Stálá teplota mikroorganismy se nejčastěji dělí na skupiny psychfilní, mesofilní a termofilní. Některá literatura udává vložení meziskupin jako,,termotolerantní druhy. Obr. 3 Teplotní rozdělení typů mikroorganismů [34] Metanové bakterie pracují při teplotě mezi 0 C a 70 C. Některé kmeny mohou žít až při teplotě 90 C, ale i ty při vyšších teplotách hynou. Naopak při teplotách pod bodem mrazu jsou bakterie schopné přežít, ovšem v tomto stavu nepracují [33]. Termofilní procesy jsou pro bioplynové procesy nejvýhodnější, protože dosahují vysoké účinnosti rozkladu zpracovávaného materiálu, a tím i vyšší produkce bioplynu. V zásadě platí: rozklad nastává tím rychleji, čím je vyšší teplota a tím vyšší je i produkce bioplynu a tím kratší je doba vyhnívání a tím nižší je obsah metanu v bioplynu [33]. Mezi pozitiva patří dosažení vysokého stupně hygienizace u zpracované suspenze i u tuhého zbytku. Mezi negativa pak naopak, že jsou vyšší náklady na ohřev reaktorů, vyšší koncentrace těkavých alifatických karbonových kyselin ve fugátu, vyšší transfer volného amoniaku a sulfanu do fugátů [34]. Čím je teplota procesu vyšší, tím jsou bakterie citlivější na teplotní výkyvy, zejména jsou li výkyvy krátkodobé a teplota klesne. V mezofilní oblasti bakterie denní výkyvy v rozmezí 2 až 3 C ještě zvládnou, v termofilní oblasti by však výkyvy neměly být větší než 1 C. Nové teplotní úrovni se bakterie přizpůsobí až po delší době (asi 1 měsíc) [33]. Hodnota ph hodnota ph by ve slabě alkalickém prostředí měla ležet okolo 7,5. U kejdy a hnoje tento stav nastává většinou samovolně ve 2. fázi vyhnívacího procesu vlivem tvorby amoniaku. U kyselých substrátů, jako jsou výpalky, syrovátka a siláž, bývá zapotřebí přidat vápno, aby se hodnota ph zvýšila [33]. Přísun živin metanové bakterie nemohou rozkládat tuky, bílkoviny, uhlovodíky (škrob, cukr) a celulózu v čisté formě. Pro svou buněčnou stavbu potřebují rozpustné 20

20 dusíkaté sloučeniny, minerální látky a stopové prvky. V hnoji a kejdě je těchto látek dostatečné množství. Ale také tráva, obsah bachoru přežvýkavců, kuchyňské odpady, zbytky jídla, mláto, výpalky a syrovátka obsahují dostatek veškerých živin a v principu mohou být samy rozloženy. Pro praxi je však třeba doporučit užití hnoje a kejdy jakožto stálého základního substrátu a ostatních jmenovaných látek jakožto přísad, aby nedošlo k vydělování složek ze směsi a aby se dosáhlo vyrovnaného poměru kyselosti a zásaditosti [33]. Na optimální průběh anaerobního rozkladu má také vliv složení substrátu. Je nutný správný poměr N a P k organickým látkám C:N:P = 100:1:0,2, který je vzhledem k pomalému růstu anaerobních mikroorganismů mnohem nižší než u aerobních procesů [35]. Základní vlastnosti vstupních substrátů vhodných pro anaerobní fermentaci jsou uvedeny v tabulce č. 1. Tab. 1 Základní vlastnosti vstupních substrátů pro anaerobní fermentaci [12] Organické látky [% Sušina [%] Poměr C:N ph suš.] Nad (35) : 1 6,5 7,5 Environmentální aspekty anaerobní fermentace jsou průkazné a mohou výrazně omezovat narůstající skleníkový efekt a klimatickou změnu. Zároveň produkce bioplynu zabezpečuje substituci fosilních paliv, včetně motorových paliv, a posiluje energetickou bezpečnost státu. [4] Chemické složení bioplynu Bioplyn lze svým chemickým složením rozdělit na dvě základní složky bioplynu a to podle množství zastoupených složek na majoritní a minoritní. Majoritní složky reaktorového bioplynu jsou u kvalitních plynů prakticky tvořeny pouze z metanu a oxidu uhličitého. Jsou obsaženy v různých poměrech podle podmínek biometanizace a podle druhu a kvality rozkládaného substrátu. Obsah veškerých dalších plynů jsou více než o jeden řád nižší, tedy jsou v úrovních nejvýše desetin procenta. Zde jsou vyjmenovány plyny, s nimiž je ve složení bioplynu nejčastěji nutné počítat: metan, oxid uhličitý, vzduch bez (CO 2 ), vzdušný dusík (vč. Ar), dusík čistý, argon, kyslík, vodík, oxid dusný, sulfan, amoniak, chlorovodík [34]. Obsah metanu, podle různé literatury, se v reaktorovém bioplynu pohybuje ve většině případů mezi 21

21 60 75 % obj. Zbývající objem, s výhradou velmi malého zlomku minoritní příměsi, je tvořen pouze oxidem uhličitým. Ve stabilizovaném provozu signalizuje měnící se fermentační podmínky kolísání obsahu metanu o více než 2 % obj. Vzhledem k vysokému obsahu metanu je bioplyn cennou energetickou surovinou. Tab. 2 Chemické složení a vlastnosti bioplynu [12] Oxid Bioplyn CH 4 Metan uhličitý Charakteristika CH 4 CO 2 Vodík Sirovodík 60%, CO 2 H 2 H 2 S 40% objemový podíl [%] výhřevnost [MJ/m 3 ] 35,8-10,8 22,8 21,5 zápalná teplota [C] hustota [kg/m 3 ] 0,72 1,98 0,09 1,54 1,2 Tab. 3 Složení bioplynu [14] Složka Obsah v % Metan - CH % Oxid uhličitý CO % Vodík H % Sulfan H 2 S 0,1-1 % Dusík 1-3 % Amoniak stopy Obr. 4 Produkce bioplynu rozdílných odpadních látek v m 3 /t substrátu [14] 22

22 Metan Metan, který je hlavní součástí bioplynu, je bezbarvý plyn, bez zápachu a se vzduchem tvoří třaskavou směs. Metan samotný je lehčí než vzduch. Oxid uhličitý je těžší než vzduch. Proto relativní hmotnost bioplynu závisí na jeho složení a teplotě. Při obsahu metanu nad 53% začíná být bioplyn lehčí než vzduch. Oba plyny se těžko od sebe oddělují. Metan je netoxický, avšak v koncentraci okolo 0,1 obj. % ve vzduchu působí anesteticky [35]. Na obsahu metanu závisí výhřevnost bioplynu (17-25 MJ/m 3 ). Přesto, že metan i oxid uhličitý jsou plyny bez zápachu, bioplyn silně zapáchá. Zápach je způsoben hlavně obsahem sirných sloučenin. 3.3 Bioplynové stanice Bioplynová stanice je zařízení na výrobu bioplynu anaerobní fermentací organických látek. Můžeme jej rozdělit do několika skupin: Podle zpracovávaného substrátu se nejčastěji dělí na: Zemědělské zpracovávají statková hnojiva a zemědělskou biomasu Čistírenské zpracovávají kaly z čistíren odpadních vod Ostatní zpracovávající BRO a VŽP podle nařízení EP a Rady (ES) č. 1069/2009, případně zpracovávající bioložku mechanicky vytříděnou ze směsného komunálního odpadu. Podle technologických postupů se nejčastěji dělí podle: způsobu plnění, konzistence substrátu, zda je proces jedno či vícestupňový. Nejpoužívanější technologií výroby bioplynové stanice s bohatými referenčními odkazy je tzv. "mokrá fermentace", která zpracovává substráty s výsledným obsahem sušiny <12 %. Mokrá anaerobní fermentace probíhá v uzavřených velkoobjemových nádobách (fermentorech/reaktorech). Tyto nádoby jsou vyhřívány na navrženou provozní teplotu (běžně 35 C až 55 C) a míchány. Technologická linka je tvořena čtyřmi základními stavebně-technologickými celky znázorněnými na obrázku 5: [15] 23

23 Obr. 5 Blokové schéma technologie mokré fermentace [15] Obr. 6 Technologické celky bioplynové stanice [14] Fermentační zbytek Fermentační zbytek z provozu bioplynové stanice, tzv. digestát můžeme oddělit na pevnou složku separát, který lze aplikovat jako organické hnojivo na zemědělskou půdu. Po separaci pevného zbytku zůstává tekutý fugát, který je možný využít v rámci provozu bioplynové stanice, rovněž jako hnojivo či ho lze vypustit na čistírnu odpadních vod, nikoliv do vodotečí. Jestliže má být digestát použit jako hnojivo, musí splnit podmínky dané zákonem č. 156/1998 Sb., o hnojivech včetně případné registrace či ohlášení u Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského. Pokud výstup z bioplynové stanice není aplikován na zemědělskou půdu za účelem hnojení, jedná se o odpad, případně rekultivační digestát a je třeba dále postupovat podle zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech [36]. 24

24 Tab. 4 Výhody a nevýhody anaerobní fermentace [14] Výhody anaerobní fermentace Nevýhody anaerobní fermentace Omezení emisí skleníkových plynů Vysoké finanční náklady na technologická zařízení a jeho provoz Snížení znečištění životního prostředí Náročnost sběru a svozu BRKO Recyklace základních živin pro výživu Možnost výskytu nebezpečných plynů rostlin (sulfan, amoniak) Zvýšená efektivita nakládání s odpady Hluk strojního zařízení Ekonomické výhody plynoucí z možností Zápach při nedodržování správných výroby energie a minerálních hnojiv technologických postupů 3.4 Výroba lihovin Lihoviny jsou alkoholické nápoje určené k lidské spotřebě. Podle definice mají určité organoleptické vlastnosti a minimální obsah etanolu 15 % objemových. Lihoviny se vyrábějí buď přímo destilací, macerací nebo přidáním látek určených k aromatizaci, nebo mísením lihoviny s jinými nápoji, s lihem zemědělského původu nebo s některými destiláty [16] Lihoviny můžeme rozdělit podle dvou kritérií Podle způsobu zpracování: Pravé destiláty ovocné, vinné Řezané destiláty ovocné, vinné, ostatní Značkové destiláty slazené, neslazené Konzumní slazené, neslazené Podle obsahu cukru: Neslazené Slazené likéry Krémy tzv. emulzní likéry [17] 25

25 Pálenka je ušlechtilá lihovina, která vzniká destilací zkvašeného rmutu, jenž je připraven z rozdrcených plodů nebo jiných částí rostlin. Klasické aroma typické pro pálenku získává pálenka z ovoce či suroviny, ze kterého byla připravena Postup při výrobě pálenky Výrobu pálenky je možné rozdělit na několik pracovních úkonů, které jsou velmi důležité pro kvalitu destilátu a také množství alkoholového výtěžku [29]: 1) Příprava surovin jemná pálenka jde získat pouze z ovoce vyzrálého, čistého a nezkaženého. Takové ovoce má přiměřený obsah cukru a je příjemně aromatické. Nemá příchuť po plesnivitě a hnilobě a není nositelem škodlivé mikroflóry. Ovoce se musí vytřídit, zbavit hrubých nečistot, jemně rozmělnit, a pokud je to třeba, tak se vysoká kyselost otupí neutralizačním uhličitanem vápenatým. Dále se propírá a tím se zbavuje hrubých nečistot a části škodlivých mikroorganismů. 2) Příprava kvasu přípravě kvasu je nutné věnovat zvýšenou péči, protože na ní závisí nejen alkoholové výtěžky, ale i jakost pálenky. Není vhodné plnit kvasné nádoby postupně, protože pokud je v kádi i nepatrné množství nerozmělněného ovoce, tak začne kvasit a hnít místo kvašení. Od takového ovoce se většinou kontaminuje ovoce přidávané a zdravé. Alkoholové výtěžky bývají pak malé a kvalita destilátu podřadná. 3) Rozmělňování surovin k rozmělňování plodů se občas používají strouhadla, častěji mlýnky na ovoce. U ovocných mlýnků jsou mačkací a mělnicí zařízení různé. Rozmělnění surovin je velmi důležité. 4) Kvasné nádoby - často se zhotovují ze dřeva měkkého, nejčastěji smrkového. Méně vhodné jsou pak nádoby z modřínového dřeva, dále betonové a zcela nevhodné jsou železné. Nejvhodnější materiál je kvalitní antikorozní ocel. Nádoby se zhotovují nejčastěji tak, aby se daly vzduchotěsně uzavřít příklopem. Větší kvasné nádoby kameninové se opatřují žlábkem, do kterého zapadá vhodně zhotovené víko. Žlábek se naplní vodou, čímž se nádoba vzduchotěsně uzavře. Vznikající oxid uhličitý uniká skulinami zhotovenými na spodu víka. Ve spodní části jsou kvasné nádoby opatřeny výpustným kohoutem. Jako kvasných nádob se také používají velké ležácké sudy, které jsou opatřeny průlezy a dají se tak snadno čistit. Dají se snadno uzavřít a opatřit kvasnou uzávěrkou. 26

26 5) Kvašení surovin břečka v kvasných kádích se má uvést co nejdříve do kvasu. Docílí se toho, je li dostatečně řídká a cukernatá, počáteční teplota přiměřeně vysoká a není li příliš kyselá vlivem špatné suroviny. Většina surovin s sebou přináší do břečky dostatečné množství kvasinek, které brzy zahajují tzv. spontánní kvašení. Ideální teplota pro kvašení je 15 C. Kvašení probíhá u raného ovoce asi 6 týdnů (meruňky, třešně, višně). U pozdního ovoce, jako jsou např. švestky a jablka, asi 3 měsíce. Při vyšší teplotě se doba kvašení zkracuje. 6) Pálení pálením kvasu lze získat tekutinu s větším obsahem alkoholu, než měl kvas. Destilace a rektifikace jsou dělící (separační) metody. Při destilaci je kapalní směs dvou nebo více složek zahřáta k bodu varu, částečně odpařena, pára oddělena od kapaliny a zkondenzována. Při rektifikaci se vhodný, uspořádáním aparatury popsaný krok mnohokrát opakuje. Pára je zkondenzována, znova odpařena a zkondenzována, a tím množství těkavé složky v kondenzátu každým krokem narůstá. Etanol se získává zahříváním zkvašeného kvasu do varu. Etanol těká spolu s patami vodními a tato směs se zachycuje v uzavřeném systému trubek, kde se ochlazením kondenzuje na tekutinu obsahující vodu i alkohol. Bezvodý, čistý alkohol vře za atmosférického tlaku při 78,3 C, voda při 100 C. 7) Destilační přístroje zhotoveno z mědi nebo z takového kovu, na který by páry neměly škodlivý vliv. Neprodyšně uzavíratelná nádoba se naplní kvasem, určeným pro následující destilace a zahřívá se buď odpadovou vodou, odtékající z chladiče, nebo horkými výpalky, nebo také pomocí přestupní roury z destilačního přístroje do chladiče. Z ohřívače vede pak jiná roura přímo do destilačního kotle Základní technologické zařízení Můžeme rozlišit 2 základní technologická zařízení, které můžeme v pěstitelském pálení použít [27]: 1) Systém surovinového a rektifikačního kotle, tzv. systém dvoukotlový tradiční technologie, nejlepší pro vypálení vlastních kvasů pro pěstitele. Surovinový kotel slouží k první destilaci ovocného kvasu na lutrový destilát, kde se dociluje průměrná lihovitost mezi % obj. Rektifikační kotel se používá k druhé 27

27 destilaci, tzv. rektifikaci na ovocný destilát a zde se docílí průměrné lihovitosti mezi % obj. 2) Systém vícestupňové destilační kolony, tzv. systém jednokotlový nová technologie, která se v pěstitelském pálení používá v posledních deseti letech. Surovinový kotel je vybaven čtyřstupňovou zesilovací kolonou s deflegmátorem a katalyzátorem a je spojen pomocí přestupníkové roury s chladičem, epruvetou a měřidlem Postup při destilování Kotel se naplní nejčastěji přes dvě třetiny svého obsahu. Vhodně řízenou destilací se získává pálenka s dobrou jakostí. Normální pracovní postup je následující: po naplnění kotle se kvas silně zahřívá, aby se dostal do vatu. Zesilovací zařízení se při destilaci dobrých kvasů vyřadí buď zcela, nebo se zapojí částečně, a to hlavně ke konci dobíhání. Jakmile se objeví destilát, řídí se topení podle povahy kvasu. Koncentrace prvního destilátu není stejná, pohybuje se v mezích od % obj. Lihovitost se měří pomocí lihoměru. Ukazuje li lihovar méně než 2 % obj., s destilací se ustává. Po skončené destilaci se omezí přívod tepla pod kotel, pak se otevře otvor pro plnění kvasu a na to výpustní kohout. Ke konci vytékání výpalků se připouští do kotle voda a rychle se pohybuje míchacím zařízením, aby se kotel současně vyčistil od všech zbytků kvasu. Do čistého kotle se pokud možno rychle napustí nový kvas, aby se zamezilo ztrátám vypařením, a plnící otvor se pečlivě uzavře. První destilát se nazývá lutr. Lutr nemá ještě vlastnosti ušlechtilých pálenek a nejméně ještě jednou se destiluje (čili rektifikuje). Účelem rektifikace je zvýšit obsah alkoholu v destilátu a odstranit z něho látky nepříjemné chuti a vůně. Předestilováním se pálenka zesiluje [29] Suroviny pro výrobu lihu Suroviny pro výrobu lihu, organických kyselin, aminokyselin, biomasy Technologie výroby lihu jsou většinou založeny na kvašení, a proto potřebují jako substrát cukr (jednoduchý nebo složitý). Nejčastějšími substráty bývá glukosa, sacharosa, laktosa a škrob. Tyto substráty mohou tvořit součást syntetických nebo 28

28 polysyntetických médií, nebo jsou obsaženy v některých surovinách, které se potom upravují na fermentační médium. Významnou surovinou je melasa, která obsahuje sacharosu. Je odpadním produktem cukrovarnické výroby. Podle suroviny použité k výrobě rozlišujeme melasu řepnou a melasu třtinovou. Její kvalita a hodnoty závisí na podmínkách pěstování a vlivu počasí. Řepná melasa obsahuje kolem 20 % vody, 50 % sacharosy, řadu živin, vitamínů a stopových prvků. Obvykle se při přípravě fermentačních médií musí ještě doplnit o chybějící živiny. Další kategorií surovin, které se používají při výrobě lihu a organických surovin jsou suroviny obsahující škrob. To jsou nejčastěji kukuřice, žito, pšenice, ječmen. Obsah škrobu v sušině bývá % [18] Suroviny pro výrobu ovocného vína a lihovin vyráběných z ovoce U ovocných kvašených destilátů není obsah cukru rozhodující, výběr surovin se řídí podle toho, aby získaný nápoj měl výrazné a příjemné aroma. Pro výrobu ovocného vína a ovocných destilátů a dalších lihovin lze použít téměř všech druhů ovoce. Přednost má ale ovoce takové, které má vyšší obsah zkvasitelného sacharidu a zároveň se vyznačuje výrazným aroma. Pro výrobu rmutu (k výrobě destilátů) se nejčastěji používají: švestky, hrušky, jablka, višně, meruňky, kdoule, banány, vinné hrozny, černý bez, jalovčinky, jahody, jeřabiny, mišpule, mango, nektarinky, rybíz, trnky, různé druhy ořechů a další. Obsah celkového cukru v ovoci je značně variabilní. Právě koncentrace etanolu v kvasu je určena koncentrací cukru v ovoci. Při výrobě ovocných vín je možné přislazovat, ovšem u výroby destilátů je přislazování zakázáno zákonem. Mění se i obsah živin potřebných pro činnost kvasinek, proto musíme u některého ovoce živiny přidávat. Přidávají se hlavně anorganické zdroje dusíku a fosforu [18] Lihoviny vyráběné z jiných surovin Mezi další suroviny, které se používají pro výrobu destilátů a lihovin obecně patří třtinová melasa (výroba pravých rmutů), kořen hořce (výroba destilátu nebo lihovin z hořce), ovocné nebo vinné matoliny (zbytky po vylisování vína), brambory, kukuřice, obilí /po převedení škrobu na zkvasitelné cukry a výroba ovocné whisky), slad (výroba sladové whisky, med (výroba medoviny s navazující destilací) aj. [18]. 29

29 3.5 Lihovarnické výpalky a možnosti jejich využití Lihovarnických výpalků máme mnoho druhů, záleží hlavně na tom, z čeho a jakou technologií se líh vyrábí. Výpalky jsou charakterizovány jako odpad, pokud nejsou registrovány jako hnojivo a nepodléhají tak zákonu o hnojivech. Průmyslová výroba kvasného etanolu je rozšířená po celém světě. Tento líh se používá v různých odvětvích průmyslu a to hlavně v potravinářském, farmaceutickém, chemickém a petrochemickém. Lihovarnické výpalky vznikají také z produkce bioetanolu. Ten je Česká republika povinna přimíchávat od roku 2008 do benzínu. Bioetanol je kvasný líh s vysokou výhřevností. Používá se jako motorové palivo, formou příměsi do benzínových směsí. Výpalky jsou tvořeny z velké části vodou a organickou hmotou. Jejich produkce se přibližně rovná produkci destilované zápary. Podle toho se musí i volit velikost výpalkové kádě, která by měla být tepelně izolovaná a krytá. Výpalky můžeme rozdělit podle surovin, ze kterých vznikají na: Výpalky z cukernatých surovin (ovoce, cukrovka) zejména z pěstitelských pálenic Výpalky ze škrobnatých surovin (brambory, obilí) zejména z průmyslových lihovarů [39] Vybrané druhy lihovarnických výpalků Melasové výpalky Melasové výpalky zbývají ve vařácích periodického destilačního přístroje po oddestilování lihu, nebo vytékají ze záparové kolony kontinuálního destilačního přístroje do zvedače výpalků a jím se tlačí do výpalkové kádě. Z vařáků se vypouštějí do kovového monžíku, z něhož se parou tlačí do nádrže ve dvoře lihovaru, kam si pro horké výpalky přijíždějí zemědělci s voznicemi. Melasové výpalky jsou tekuté [19]. Kvalita melasových výpalků se mění podle toho, jestli byla použita třtinová nebo cukrová melasa ve fermentačním procesu. Během fermentačního procesu je melase odebírán skoro celý zbývající cukr. Podle toho se pak mění původní složení melasy. V tabulce číslo jsou uvedené látky, které jsou považovány za látky určující kvalitu melasových výpalků. Podle této kvality jsou pak výpalky používány v různých oblastech, např. jako krmivo, prachový tmel, jako hnojivo, atd. [20]. 30

30 Tab. 5 Látky určující kvalitu melasových výpalků [20] Látky [%] Hrubá bílkovina 12 až 33 % Popel 14 až 21 % Sušina 50 až 72 % Draslík 2 až 11 % Zahuštěné melasové výpalky lze použít jako: - hnojivo k přímé aplikaci do půdy - zdroj živin na výrobu krmného droždí - zdroj pro výrobu bioplynu - zdroj doplňkových živin pro mikroorganismy v čistírnách odpadních vod - přídavek do krmných směsí - krmení dobytka [19] Obr. 7 Melasové výpalky Ovocné výpalky Ovocné výpalky jsou poměrně kyselé, a proto se nehodí na zkrmování. Mohly by u dobytka vyvolat poruchy ve výměně látkové. Také jejich krmná hodnota je jen nepatrná v porovnání s bramborovými výpalky, jak udává tabulka č. 6, kde je zobrazen 31

31 chemický rozbor ovocných a bramborových výpalků. Poměrně vysoký obsah živých látek (tuků a bílkovin) je způsoben tím, že výpalky byly analyzovány i s peckami. Výpalky peckového kvasu se dají zhodnotit jako topivo. Při vypouštění z destilačního kotle se nechají protékat přes síto, které veškeré pecky zadrží. Proudem vody se částečně propírají a pak nastírají na lísky a suší. Jejich výhřevná hodnota je značná a hodí se výborně k topení pod destilačním přístrojem. Jádra pecek obsahují vysoké procento tuku, a proto se jich používá rovněž jako suroviny k jeho výrobě [29]. Tab. 6 Složení (% hm.) ovocných a bramborových výpalků [29] Výpalky třešňové švestkové borůvkové bramborové Voda 81,1 93,4 92,1 94,3 Sušina 18,9 6,6 7,9 5,7 Sušina dále obsahuje: (% hmotnosti) Bílkoviny 1,6 0,4 0,7 1,2 Lipidy 0,9 0,2 0,3 0,1 Buničina 7,0 0,6 1,5 0,7 Extraktivní látky 8,4 4,8 4,8 3,1 Popel 1,0 0,6 0,6 0,7 Obr. 8 Ovocné výpalky 32

32 Obr. 9 Odseparované pecky Obr. 10 Rotační odpeckovač Obilné výpalky Obilné výpalky obsahují proteiny, glutén (neboli lepek), tuky, anorganické látky a vitaminy, celkem asi 20 složek o celkové sušině 7 10 %. Používají se především jako kvalitní krmivo pro dobytek. Na trh se dodávají pod různými názvy podle obsahu vody a nutričních hodnot: např. DDGS [21]. Tab. 7 Složení pšeničných výpalků [22] Složení pšeničných výpalků (%) Bílkovina 19,6-38,4 Vláknina 7,6-18,9 Tuk 3,7-6,7 Popel 2,2-8,4 33

33 Tab. 8 Obsah dusíku ve výpalcích [22] Obsah dusíku ve výpalcích (% sušiny) Rozpustný N Nerozpustný N Tab. 9 Složení pšeničných výpalků (% sušiny RL a NL) [22] Složení pšeničných výpalků (% sušiny RL a NL) Rozpuštěné látky (RL) 5-7 Nerozpuštěné látky (NL) 6-8 Voda zbytek Kukuřičné výpalky V tabulce je uvedeno typické složení jednotlivých frakcí získaných při výrobě alkoholu a současně je zde uvedeno složení původního zdroje, čím je zrno kukuřice, a pro porovnání složení bílkovinného zdroje a tím je sójový extrahovaný šrot. Tab. 10 Složení výpalků z kukuřice [23] Látky Jednotky Kukuřice zrno Výpalky tuhá frakce Výpalky tekutá frakce Výpalky tuhá a tekutá frakce Sojový extrahovaný šrot N - látky g/kg Vláknina g/kg Tuk g/kg Vápník g/kg 0, ,5 3 Fosfor g/kg 2, ,8 7 NEL MJ/kg 0,20 1,00 3,00 1,50 3,00 Lysin g/kg 2,5 8,6 12,5 9,8 31,2 34

34 3.5.2 Využití výpalků Využití výpalků jako hnojiva na zemědělské půdě Lihovarské výpalky nejsou považovány za odpad, pokud jsou registrovány jako hnojivo, podle zákona o hnojivech. Melasové výpalky jsou podle rozhodnutí o registraci hnojiva Lihovaru Kojetín, doporučené používat k základnímu podzimnímu hnojení. Dále pak jsou možné použít k regeneračnímu jarnímu hnojení. Draslík a dusík se vyskytují v takové formě, která zabraňuje jejich vyplavení. Doporučená aplikace melasových výpalků na půdu: rozstřikováním výpalků po sklizni na obilí na strniště a na pořezanou slámu a následné zapracování do půdy (frézou nebo kultivátorem) rozstřikování výpalků po sklizni okopanin, zeleniny, cibule, kukuřice a následné zapracování do půdy [24] Organické hnojivo z melasových výpalků musí splňovat chemické a fyzikální vlastnosti stanovené zákonem o hnojivech. Musí také splňovat stanovené limity v mg/kg sušiny: kadmium 2, olovo 100, rtuť 1,0, arsen 10, chrom 100, molybden 5, nikl 50, měď 100, zinek 300. Chemické a fyzikální vlastnosti melasových výpalků se pohybují v rozmezí: maximální hodnota vlhkosti je 65 %, spalitelných látek ve vysušeném vzorku minimálně 65 %, draslíku jako K 2 O ve vysušeném vzorku minimálně 8 %, celkového dusíku jako N ve vysušeném vzorku minimálně 3 % a ph se pohybuje v rozmezí od 4,5 do 6,5. V tabulce číslo 11 jsou znázorněny vybrané parametry, které byly testovány ve vzorku hnojiva z melasových zahuštěných výpalků. Odběr vzorků byl proveden v Lihovaru Kojetín dne a v následujících dnech vyhodnocen. 35

35 Tab. 11 Stanovení vybraných parametrů ve vzorku hnojiva z melasových zahuštěných výpalků [37] Stanovení vybraných parametrů ve vzorku hnojiva Parametr Symbol Výsledek Jednotka Sušina SUŠ 49,800 % Dusík celkový N total 5,360 mg/kg suš. Fosfor P 0,155 % P suš. Draslík K 10,100 % K 2 O suš. Sodík Na 0,898 % Na 2 O suš. Síra S 0,426 % suš. Organické (spalitelné) látky OL 73,100 % suš. Chloridy vodorozpustné Cl 1,170 % suš. Arsen As <4,02 mg/kg suš. Chrom Cr 3,860 mg/kg suš. Kadmium Cd <0,201 mg/kg suš. Měď Cu 21,900 mg/kg suš. Molybden Mo <1,00 mg/kg suš. Nikl Ni 9,340 mg/kg suš. Olovo Pb <4,02 mg/kg suš. Rtuť Hg 0,004 mg/kg suš. Zinek Zn 85,500 mg/kg suš. C:N C:N 6,820 ph ph 6, Využití výpalků ve výživě hospodářských zvířat Výchozí surovina při výrobě bioetanolu je fermentována kvasinkami. Při tomto procesu se škrob a cukry přeměňují na alkohol a oxid uhličitý, ostatní látky jsou koncentrovány v lihovarských výpalcích. Po zahuštění, případně vysušení se mohou používat jako krmivo pro hospodářská zvířata. Množství živin, hlavně škrobu a cukrů je ve výpalcích asi 3x vyšší než v původní surovině. Zvýšení koncentrace se bohužel týká i nežádoucích látek. Dají se zkrmovat buďto jako mokré nebo suché. Ekonomicky a energeticky výhodnější je zkrmování mokrými lihovarnickými výpalky, ty jsou však 36

36 omezené dobou skladovatelnosti. Je také důležité zhodnotit, jestli se v okolí vyskytují hospodářská zvířata, která jdou mokrými lihovarnickými výpalky živit. Při sušení výpalků se zase navýší cena a je zde riziko poškození výpalků vysokou teplotou. Kvalita a krmné hodnoty jsou z hlediska živinového složení velmi variabilní. Je to dáno odlišným složením vstupní suroviny, způsobem a kvalitou výroby lihu (důkladností zcukernatění, fermentací surovin), kmenem použitých kvasinek a také obsahem fermentační tekutiny obsažené ve výpalcích před usušením [25]. Ve výpalcích zůstává zachována značná část organických, které se nacházejí v původních surovinách, až na bezdusíkaté látky, které byly zkvašeny. Výpalky jsou chudé na vápník. Stravitelnost organických živin je průměrná. Největší hodnotu mají obilné výpalky, nižší bramborové, podřadné jsou řepné [23]. Použití výpalků u hospodářských zvířat se doporučuje zejména u skotu, kde působí příznivě na produkci mléka a hmotnostní přírůstek. Zkrmuje se tak hlavně skot ve výkrmu a dojnice. Méně vhodné jsou pak pro plemenice, mladý chovný skot a jehňata [23]. U prasat, při dobře zvládnuté hygieně a logistice, je použití lihovarnických výpalků ekonomicky zajímavé. Při správném stanovení krmné dávky se zařazení lihovarnických výpalků do stravy ekonomicky vyplatí. V pokusech došlo v některých skupinách prasat, krmených výpalky ke snížení užitkovosti a naopak ke zlepšení jatečných parametrů, avšak tyto hodnoty nebyli statisticky významné [25] Využití výpalků metodou anaerobní fermentace Společnost Rudolf Jelínek, a.s. si nechal vyhotovit v roce 2005 studii o využití výpalků v bioplynové stanici pro výrobu elektrické a tepelné energie v areálu společnosti. Tato studie se zabývá využitím ovocných výpalků k zajištění elektrické a tepelné energie ve výhledu 12 let (výpočty se prováděly při cenách v roce 2005). Účelem bylo určení ekonomických ukazatelů při nasazení bioplynové stanice. Základní předpokládanou surovinou pro využití v bioplynové stanici jsou vlastní ovocné výpalky (ve skladbě 90 % švestkové, 10 % meruňkové, třešňové a jiné) v množství m 3 /rok a vlastní travní hmota ze 40 ha v množství t/rok. Tento substrát je však nutné doplnit pro zajištění stabilizace kejdou a pro zajištění ročního provozu jinými BRO. 37

37 Tab. 12 Výskyt ovocných výpalků v lihovaru Množství Jednotky ročně do 4500 m 3 /rok denně m 3 /den měsíce září - říjen meruňky, třešně podíl 10 % měsíce listopad - duben švestky podíl 90 % Tab. 13 Chemické a fyzikální vlastnosti ovocných výpalků z lihovaru Množství Jednotky Obsah pevných látek 6-12 % Měrná hmotnost cca 1000 kg/m 3 Ztráta žíháním % ph 3,6-4,6 % CHSK cr mg O 2 /l BSK mg O 2 /l Základem pro produkci bioplynu v navrhované bioplynové stanici jsou ovocné výpalky, u kterých jde produkce rozdělit do jednotlivých měsíců v roce. Produkce m 3 /rok je v měsících od září do dubna, tj. v období 7 mi měsíců (210 dnů), což po přepočtu znamená výskyt 21 m 3 /den (tj. 7 den/týden) resp. 32 m 3 /pracovní den (tj. 5 den/týden). Pro ostatní dobu se uvažuje s travní hmotou, která nahradí ovocné výpalky, aby se zajistil celoroční provoz BPS. Výstup ze studie Silné stránky a příležitosti: vlastní BRO, který je dodnes odvážen k odstranění možnost prodeje elektrické energie za vyšší cenu než je cena nákupní zajištění organické hmoty pro hnojení vlastní pozemky nebo prodej snížení nákupu zemního plynu využitím odpadního tepla z kogenerační jednotky možnost intenzifikace procesu BPS odpadem od cizích za úplatu 38

38 Slabé stránky a hrozby: výrobní činnost nesouvisí s vlastním zaměřením podniku výše podílu nutné pro odstranění na ČOV problém se sezónností výpalků a nutností zajišťování jiného BRO zajištění hovězí kejdy k provozu BPS nalezení odbytu na výpalky na cizí BPS za cenu nižší než odstranění na ČOV vysoké investiční náklady BPS [38] Využití výpalků metodou kompostování Odpady organického původu se mohou stát za určitých podmínek jejich využívání nebo po dalším zpracování významným zdrojem humusu v půdě, ale také mohou plnit významné protierozní funkce a upravovat vodní režim půdy. Proto další možností využití lihovarských výpalků je jejich kompostování. Materiál je při kompostování zpracován aerobními mikroorganismy v procesech na sebe navazujících. Na kompostárnách jsou lihovarnické výpalky uvedeny ve skupině 0207 Odpady z výroby alkoholických a nealko nápojů, pod katalogovým číslem , jako Odpady jinak neurčené. Např. na kompostárně, kterou provozuje SONO PLUS, s.r.o. vykupují lihovarské výpalky za 333 Kč/tunu [26]. Kompostováním je umožněno zpracovat celou řadu BRO s rozdílným obsahem organických látek, chemickými i fyzikálními vlastnostmi, zatížením rizikovými prvky i s hygienicky nevyhovujícími parametry. Jakost hodnocených organických odpadů využitelných pro kompostování je uvedeno v tabulkách 14 a 15. Kvalitní komposty pak budou využitelné hlavně jako: zdroj úpravy obsahu humusu na zemědělské půdě náhrada za rašelinu nebo průmyslová hnojiva hnojivo a meliorační sorbent jako výrobek určený i pro malospotřebitele [27] 39

39 Tab. 14 Jakostní znaky hodnocených organických odpadů [27] Tab. 15 Jakostní znaky hodnocených organických odpadů [27] Z ekologického hlediska je kompostování BRO nejlepším způsobem, jak lze BRO využít. Zvyšuje se tak půdní úrodnost a při dodržení všech technologických požadavků na provoz a kvalitativních požadavků na produkty se dále nezatěžuje ŽP. Vždy se ale musí dodržet limitní hodnoty rizikových prvků [27]. 40

40 Odstranění výpalků Častou, i když nejhorší variantou je vypouštění lihovarnických výpalků z pěstitelských pálenic do kanalizace. Výpalky pak způsobují potíže na ČOV, protože mají vysoké hodnoty CHSK a BSK 5 a nízké ph. Další variantou odstranění výpalků je jejich odvoz na ČOV, kde se přidávají do vyhnívacích nádrží a přispívají k tvorbě bioplynu. Výpalky mohou být vyvezeny také na skládku, ale musí být dodrženy bezpečnostní předpisy a musí být uloženy na vymezených místech, aby se např. zamezilo kontaminaci podzemních vod. Také jsou zde legislativní omezení, kdy se má snižovat podíl ukládání BRO na skládky. 41

41 4 MATERIÁL A METODIKA Ovocné pěstitelské výpalky byly odebírány z destilačního kotle z lokální pěstitelské pálenice s destilačním zařízením s přímým vytápěním kotlů. Byly odebírány švestkové a hruškové výpalky. Výpalky byly odebírány ihned po ukončení procesu destilace alkoholu při teplotě 100 C. Následně byly výpalky zchlazeny a analyzovány v laboratoři. U výpalků byly stanoveny hodnoty následujících veličin: ph, CHSK, BSK 5, celková sušina a organická sušina. Stanovení celkové sušiny bylo provedeno dle normy ČSN EN :2007 ( ) Charakterizace odpadů Výpočet sušiny stanovením suchého zbytku, nebo obsahu vody. Sušení vzorků homogenních výpalků probíhá na odpařovacích miskách, které se pak umístí do sušárny při teplotě (105 ± 3) C dokud není zbytek suchý, obvykle přes noc. Po ochlazení v exsikátoru se zváží odpařovací miska a jejich obsah. Organická sušina se stanovila dle normy ČSN EN :2007 ( ) Charakterizace odpadů - Stanovení ztráty žíháním v odpadech, kalech a sedimentech. Vzorky na odpařovacích miskách se vloží do pece a zahřívají se nejméně 1 hodinu při teplotě (550 ± 25) C. Vzorky vyjmuté z pece se ochladí na čisté kovové desce po dobu několika minut. Stále teplý kelímek se dále ochladí na teplotu okolí pomocí exsikátoru. Jakmile se dosáhne okolní teploty, tak se odpařovací misky zváží na nejbližší 1 mg. Pokud se dosáhne konstantní hmotnosti, považuje se žíhání za úplné. Obr. 11 Laboratorní sušárna pro stanovení sušiny Obr. 12 Muflovací pec pro stanovení sušiny 42

42 Dále byly stanoveny hodnoty organického zatížení použitého materiálu, resp. BSK 5 dle normy ČSN ISO :1997 ( ) Jakost vod - Hodnocení úplné aerobní biologické rozložitelnosti organických látek ve vodním prostředí - Metoda dvoufázového stanovení biochemické spotřeby kyslíku a CHSK dle normy ČSN ISO :2008 ( ) Jakost vod Stanovení chemické spotřeby kyslíku (CHSK Cr ) Metoda ve zkumavkách. Rovněž byly měřeny hodnoty ph dle normy ČSN ISO :2010 ( ) Jakost vod - Stanovení ph. Hodnoty veličin jednotlivých druhů výpalků jsou uvedeny v tab. 16. Jako kontrolní substrát a zároveň inokulum byl použit substrát z reaktoru z lokální bioplynové stanice. U substrátu byly stanoveny hodnoty veličin sušiny a organické sušiny postupy dle výše uvedených norem. Charakteristiky substrátu jsou uvedeny v tab. 17. Vlastní experiment probíhal na aparatuře, která se skládala z 8 ks skleněných nádob (reaktorů) o objemu 3 dm 3 s kovovým uzávěrem s vývodem pro jímání vzniklého bioplynu do plastových odměrných válců o objemu 2 dm 3. V odměrných válcích byl bioplyn akumulován a v pravidelných intervalech bylo měřeno jeho množství a složení. Teplota experimentálních reaktorů byla udržována na 39 C. Obr ks skleněných nádob (reaktorů) 43

43 Obr. 14 Plastové odměrné válce měřící systém pro objem jímaného bioplynu Experimenty byly provedeny ve čtyřech sadách. U každého experimentu byl použit vždy jiný substrát s různými vlastnostmi. Do každého z 8 ks reaktorů bylo dávkováno 2000 g substrátu. Dále se do reaktorů jednorázově přidaly ovocné výpalky, a to v dávce 5 g, 7,5 g a 10 g celkové sušiny. Každá dávka se přidala do dvou reaktorů se substrátem. V rámci každého experimentu byly vždy čtyři dvojice reaktorů. Tři dvojice s přídavkem sušiny výpalků a jedna dvojice reaktorů byla vždy ponechána jako kontrolní. V kontrolních reaktorech byl pouze substrát, bez dávky sušiny výpalků. Ovocné výpalky, které byly v experimentech použity, byly ze třech rozdílných dávek kvasů. U prvního experimentu byly použity švestkové výpalky, u 2. experimentu hruškové výpalky a u 3. a 4. experimentu byly použity opět švestkové výpalky, ale jiné než byly použity v 1. experimentu. Jednotlivé experimenty byly realizovány v rozdílně dlouhých časových intervalech. Experiment č. 1 probíhal 16 dní, experiment č dní, experiment č dní a experiment č dní. Od naměřeného množství vyprodukovaného bioplynu z každého dne se muselo odečíst 0, 2 dm 3, protože stupnice odměrného válce začínala od 200 ml. Naměřené množství vyprodukovaného bioplynu bylo následně přepočítáno na normální fyzikální podmínky tlak 1013,25 hpa a teplotu 0 C. Toto množství bylo přepočítáno podle vztahů: V výsl = p atm ( H ρ g) V p atm nam 3 [ dm ], kde 1 V výsl objem výsledného bioplynu [cm 3 = ml] V nam objem naměřeného bioplynu 44

44 p atm... atmosferický tlak [Pa] H rozdíl hladin [cm 3 = ml] ρ hustota [kg.m -3 ] g gravitační konstanta [m 3 kg -1 s -2 ] V 3 [ ] V =, kde T2 dm T1 V 1.. Objem výsledného bioplynu [cm 3 = ml] V 2.. Objem bioplynu při tlaku 1013,25 hpa a teplotě 0 C [cm 3 = ml] T 1 Teplota 293,15 [K] T 2.Teplota 273,15 [K] Při měření produkovaného bioplynu byl sledován i podíl metanu v bioplynu. K měření podílu metanu v bioplynu byl použit analyzátor plynu Dräger X-am 7000 (Dräger Safety AG & Co. KGaA, Germany). Obr. 15 Analyzátor plynu Dräger X-am 7000 Pro vyhodnocování výsledků experimentů byly hodnoty produkce bioplynu a metanu naměřených u jednotlivých dvojic rektorů zprůměrovány. U každého experimentu bylo stanoveno množství organické sušiny v 2000 g substrátu dávkovaného do reaktoru a množství organické sušiny v dávce výpalků 5 g, 7,5 g a 10 g celkové sušiny. Množství organické sušiny u jednotlivých experimentů jsou uvedeny v tab

45 Stanovení organické sušiny ve 2000 g substrátu: ω cel msub ωdm = [ g] ω org ω ω [ g] loi cel =, kde ω cel..množství celkové sušiny ve 2000 g substrátu [g] m sub.množství substrátu [g] ω dm množství celkové sušiny substrátu [%] ω org množství celkové sušiny ve 2000 g substrátu [g] ω loi. ztráta žíháním u substrátu (organická sušina) [hm. % suš.] Stanovení organické sušiny v dávce výpalků: loi m výp ω org = ω [ g], kde ω org..množství organické sušiny v dávce x g výpalků [g] m výp.množství výpalků [g] ω loi..ztráta žíháním u výpalků (organická sušina) [hm. % suš.] Produkce bioplynu i metanu byla u kontrolních reaktorů přepočítána na 1 kg organické sušiny kontrolního substrátu. Pro přepočet bylo použito vztahu: Produkce bioplynu: V V [ dm / kg ] ωorg = V..objem bioplynu [dm 3 /kg org. suš.] V 2 objem bioplynu při tlaku 1013,25 hpa a teplotě 0 C [cm 3 = ml] ω org..množství celkové sušiny ve 2000 g substrátu [g] 46

46 Produkce metanu: 3 [ dm kg] V V3 V CH = /, kde V CH4..objem metanu v bioplynu v substrátu [dm 3 /kg] V...objem bioplynu [dm 3 /kg] V 3. objem metanu v bioplynu [%] U reaktorů s přídavkem sušiny výpalků bylo vyprodukované množství bioplynu nejprve sníženo o množství bioplynu vzniklého v kontrolních reaktorech a následně přepočítáno na 1 kg organické sušiny výpalků. V 3 [ ] 2 V2 výp V2 sub cm = 8 V V [ dm kg ] ω =, kde org výp / V 2 objem bioplynu při tlaku 1013,25 hpa a teplotě 0 C [cm 3 ] V 2výp objem bioplynu při tlaku 1013,25 hpa a teplotě 0 C v dávce x g výpalků [cm 3 ] V 2sub.. objem bioplynu při tlaku 1013,25 hpa a teplotě 0 C v substrátu [cm 3 ] V vý.. objem bioplynu v dávce x g výpalků [dm 3 /kg] ω org množství organické sušiny v dávce x g výpalků [g] Produkce metanu: V 3 [ dm kg] Vvýp V3 = CH / 4 V CH4.objem metanu v bioplynu v dávce x g výpalků [dm 3 /kg] V výp. objem bioplynu [dm 3 /kg] V 3.objem metanu v bioplynu [%] 47

47 5 VÝSLEDKY A DISKUZE Tab. 16 Hodnoty veličin jednotlivých druhů výpalků Švestkové výpalky 1. experiment Hruškové výpalky 2. experiment Švestkové výpalky 3. a 4. experiment ph 4,23 3,89 4,05 BSK 5 [mg dm -3 ] CHSK [mg dm -3 ] Celková sušina [%] 21,20 10,69 10,87 Organická sušina [%] 93,26 95,94 91,69 Tab. 17 Hodnoty veličin jednotlivých druhů substrátů Substrát 1. experiment Substrát 2. experiment Substrát 3. experiment Substrát 4. experiment Celková sušina [%] 4,14 4,08 6,32 4,63 Organická sušina [%] 75,08 73,12 81,61 75,08 Tab. 18 Množství organické sušiny u jednotlivých experimentů Substrát [g] 10 g [g] 7,5 g [g] 5 g [g] Substrát 1. experiment 62,16 9,33 6,99 4,66 Substrát 2. experiment 59,67 9,59 7,20 4,80 Substrát 3. experiment 103,16 9,17 6,88 4,59 Substrát 4. experiment 69,52 9,17 6,88 4,59 48

48 5.1 Experiment 1 Při experimentu 1 bylo s 2000 g substrátu o celkové sušině 4,14 % jednorázově smícháno 5 g, 7,5 g a 10 g celkové sušiny švestkových lihovarnických výpalků. Experiment 1 probíhal za anaerobních podmínek po dobu 16 dní, kdy teplota experimentálních reaktorů byla udržována na 39 C. Obr. 16 Produkce bioplynu za den [cm 3 ] Obr. 17 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 49

49 Z výše prezentovaných grafů je patrné, že průběh experimentu byl charakteristický vysokým nárůstem produkce bioplynu v prvních třech dnech a následným poklesem na produkci bioplynu, která trvala více či méně do konce experimentu. K vyšší produkci bioplynu došlo u reaktorů s přídavkem sušiny výpalků oproti reaktorům kontrolním. Nejvyšší produkce bioplynu a také průměrná produkce bioplynu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 5 g. Tabulka 19 udává nejvyšší produkci bioplynu za den a také průměrnou denní produkci bioplynu, jaké bylo v průběhu experimentu dosaženo. Přepočet na produkci bioplynu, která je znázorněna v obrázku 15 bylo provedeno podle vzorců 8 a 9. Tab. 19 Produkce bioplynu experiment 1 Průměrná Nejvyšší produkce produkce bioplynu bioplynu [cm 3 ] [cm 3 ] Kontrola 393,4 536,2 Výpalky 10 g 644,4 2090,9 Výpalky 7,5 g 777,4 3037,6 Výpalky 5 g 856,9 3898,6 Obr. 18 Produkce metanu za den [cm 3 ] 50

50 Křivka produkce metanu má podobný průběh, jako křivka produkce bioplynu. Udává, kolik bylo vyprodukováno cm 3 metanu za den v produkci bioplynu za den. V tabulce 20 jsou průměrné hodnoty produkce metanu za den za průběh experimentu 1. Nejvyšší průměrná produkce metanu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 5 g. Tab. 20 Produkce metanu [cm 3 ] Průměrná produkce metanu [cm 3 ] Kontrola 211,2 Výpalky 10 g 364,4 Výpalky 7,5 g 436,6 Výpalky 5 g 485,3 Obr. 19 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Z grafického znázornění kumulativní produkce bioplynu a metanu experimentu 1 je patrné, že nejvyšší množství bioplynu i metanu bylo vyprodukováno u reaktorů s přídavkem sušiny 5 g. Tato produkce je mnohem vyšší než u reaktorů, kde přídavek sušiny nebyl proveden. Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu znázorňuje tabulka

51 Tab. 21 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Bioplyn kontrola 101,25 Metan kontrola 54,36 Bioplyn 10 g 430,71 Metan 10 g 243,74 Bioplyn 7,5 g 878,46 Metan 7,5 g 483,85 Bioplyn 5 g 1590,54 Metan 5 g 898,55 Obr. 20 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%] Nejvyšší procentuální nárůst podílu metanu v bioplynu byl v jednotlivých reaktrorech zaznamenán 3 5 den po založení pokusu, pak začala produkce zvolna klesat. Průměrná produkce metanu je u reaktorů s přídavkem sušiny srovnatelná a pohybuje se okolo 56 %. 52

52 5.2 Experiment 2 Při experimentu 2 bylo s 2000 g substrátu o celkové sušině 4,08 % jednorázově smícháno 5 g, 7,5 g a 10 g celkové sušiny hruškových lihovarnických výpalků. Experiment 2 probíhal za anaerobních podmínek po dobu 23 dní, kdy teplota experimentálních reaktorů byla udržována na 39 C. Obr. 21 Produkce bioplynu za den [cm 3 ] Obr. 22 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 53

53 Z výše prezentovaných grafů je patrné, že průběh experimentu byl charakteristický vysokým nárůstem produkce bioplynu v prvních třech dnech a opět následným poklesem na produkci bioplynu, která trvala více či méně do konce experimentu. K vyšší produkci bioplynu došlo u reaktorů s přídavkem sušiny výpalků oproti reaktorům kontrolním. Nejvyšší produkce bioplynu a také průměrná produkce bioplynu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g. Tabulka 22 udává nejvyšší produkci bioplynu za den a také průměrnou denní produkci bioplynu, jaké bylo v průběhu experimentu dosaženo. Přepočet na produkci bioplynu, která je znázorněna nav obrázku 19 bylo provedeno podle vzorců 8 a 9. Tab. 22 Produkce bioplynu experiment 2 Průměrná produkce bioplynu [cm 3 ] Nejvyšší produkce bioplynu [cm 3 ] Kontrola 211,2 522 Výpalky 10 g 678, Výpalky 7,5 g 557, Výpalky 5 g 538, Obr. 23 Produkce metanu za den [cm 3 ] 54

54 Křivka produkce metanu má podobný průběh, jako křivka produkce bioplynu. Udává, kolik bylo vyprodukováno cm 3 metanu za den v produkci bioplynu za den. V tabulce 23 jsou průměrné hodnoty produkce metanu za den za průběh experimentu 2. Nejvyšší průměrná produkce metanu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g. Tab. 23 Produkce metanu [cm 3 ] Průměrná produkce metanu [cm 3 ] Kontrola 114,1 Výpalky 10 g 376,4 Výpalky 7,5 g 310,4 Výpalky 5 g 300,9 Obr. 24 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Z grafického znázornění kumulativní produkce bioplynu a metanu experimentu 2 je patrné, že nejvyšší množství bioplynu i metanu bylo vyprodukováno u reaktorů s přídavkem sušiny 5 g i přes to, že nejvyšší produkce i nejvyšší průměrné produkce bioplynu dosahují reaktory s přídavkem sušiny 10 g. Kumulativní produkce s přídavkem 55

55 sušiny je mnohem vyšší než u reaktorů, kde přídavek sušiny nebyl proveden. Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu znázorňuje tabulka 24. Tab. 24 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Bioplyn kontrola 81,40 Metan kontrola 43,99 Bioplyn 10 g 1121,75 Metan 10 g 618,68 Bioplyn 7,5 g 1106,91 Metan 7,5 g 610,04 Bioplyn 5 g 1568,27 Metan 5 g 869,64 Obr. 25 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%] Nejvyšší procentuální nárůst podílu metanu v bioplynu byl v jednotlivých reaktrorech zaznamenán 3 7 den po založení pokusu, pak začala produkce zvolna klesat. Průměrná produkce metanu je u reaktorů s přídavkem sušiny srovnatelná a pohybuje se okolo 55 %. 56

56 5.3 Experiment 3 Při experimentu 3 bylo s 2000 g substrátu o celkové sušině 6,32 % jednorázově smícháno 5 g, 7,5 g a 10 g celkové sušiny švestkových lihovarnických výpalků. Experiment 3 probíhal za anaerobních podmínek po dobu 31 dní, kdy teplota experimentálních reaktorů byla udržována na 39 C. Obr. 26 Produkce bioplynu za den [cm 3 ] Obr. 27 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 57

57 Z výše prezentovaných grafů je patrné, že průběh experimentu byl charakteristický vysokým nárůstem produkce bioplynu v prvních dvou dnech a následným poklesem na produkci bioplynu, která trvala více či méně do konce experimentu. K vyšší produkci bioplynu došlo u reaktorů s přídavkem sušiny výpalků oproti reaktorům kontrolním. Nejvyšší produkce bioplynu a také průměrná produkce bioplynu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g a 7,5 g. Tabulka 25 udává nejvyšší produkci bioplynu za den a také průměrnou denní produkci bioplynu, jaké bylo v průběhu experimentu dosaženo. Přepočet na produkci bioplynu, která je znázorněna v obrázku 24 bylo provedeno podle vzorců 8 a 9. Tab. 25 Produkce bioplynu experiment 3 Nejvyšší produkce Průměrná produkce bioplynu [cm 3 ] bioplynu [cm 3 ] Kontrola 380, Výpalky 10 g 691, Výpalky 7,5 g 664, Výpalky 5 g 593, Obr. 28 Produkce metanu za den [cm 3 ] 58

58 Křivka produkce metanu má podobný průběh, jako křivka produkce bioplynu. Udává, kolik bylo vyprodukováno cm 3 metanu za den v produkci bioplynu za den. V tabulce 26 jsou průměrné hodnoty produkce metanu za den za průběh experimentu 3. Nejvyšší průměrná produkce metanu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g. Tab. 26 Produkce metanu [cm 3 ] Průměrná produkce metanu [cm 3 ] Kontrola 210,0 Výpalky 10 g 390,1 Výpalky 7,5 g 379,3 Výpalky 5 g 340,2 Obr. 29 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Z grafického znázornění kumulativní produkce bioplynu a metanu experimentu 3 je patrné, že nejvyšší množství bioplynu i metanu bylo vyprodukováno u reaktorů s přídavkem sušiny 5 g, i když nejvyšší produkce a průměrná produkce bioplynu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g a 7,5 g. Tato produkce je mnohem vyšší než u reaktorů, kde přídavek sušiny nebyl proveden. Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu znázorňuje tabulka

59 Tab. 27 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Bioplyn kontrola 120,00 Metan kontrola 65,15 Bioplyn 10 g 1091,46 Metan 10 g 595,32 Bioplyn 7,5 g 1339,35 Metan 7,5 g 735,70 Bioplyn 5 g 1490,74 Metan 5 g 836,81 Obr. 30 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%] Nejvyšší procentuální nárůst podílu metanu v bioplynu byl v jednotlivých reaktrorech zaznamenán 3 5 den po založení pokusu, pak začala produkce zvolna klesat. Průměrná produkce metanu je nejvyšší u reaktorů s průměrem 7,5 g a pohybuje se okolo 57 %. S přídavkem sušiny 10 g a 5 g je to okolo 56 %. 60

60 5.4 Experiment 4 Při experimentu 4 bylo s 2000 g substrátu o celkové sušině 4,63 % jednorázově smícháno 5 g, 7,5 g a 10 g celkové sušiny švestkových lihovarnických výpalků. Experiment 4 probíhal za anaerobních podmínek po dobu 25 dní, kdy teplota experimentálních reaktorů byla udržována na 39 C. Obr. 31 Produkce bioplynu za den [cm 3 ] Obr. 32 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 61

61 Z výše prezentovaných grafů je patrné, že průběh experimentu byl charakteristický vysokým nárůstem produkce bioplynu v prvních třech dnech a následným poklesem na produkci bioplynu, která trvala více či méně do konce experimentu. K vyšší produkci bioplynu došlo u reaktorů s přídavkem sušiny výpalků oproti reaktorům kontrolním. Nejvyšší produkce bioplynu a také průměrná produkce bioplynu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g a 7,5 g. Tabulka 28 udává nejvyšší produkci bioplynu za den a také průměrnou denní produkci bioplynu, jaké bylo v průběhu experimentu 4 dosaženo. Přepočet na produkci bioplynu, která je znázorněna v obrázku 29 bylo provedeno podle vzorců 8 a 9. Tab. 28 Produkce bioplynu experiment 4 Průměrná produkce bioplynu [cm 3 ] Nejvyšší produkce bioplynu [cm 3 ] Kontrola 552, Výpalky 10 g 776, Výpalky 7,5 g 699, Výpalky 5 g 681, Obr. 33 Produkce metanu za den [cm 3 ] 62

62 Křivka produkce metanu má podobný průběh, jako křivka produkce bioplynu. Udává, kolik bylo vyprodukováno cm 3 metanu za den v produkci bioplynu za den. V tabulce 26 jsou průměrné hodnoty produkce metanu za den za průběh experimentu 4. Nejvyšší průměrná produkce metanu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g. Tab. 29 Produkce metanu [cm 3 ] Průměrná produkce metanu [cm 3 ] Kontrola 262,28 Výpalky 10 g 435,46 Výpalky 7,5 g 396,16 Výpalky 5 g 381,06 Obr. 34 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Z grafického znázornění kumulativní produkce bioplynu a metanu experimentu 4 je patrné, že nejvyšší množství bioplynu i metanu bylo vyprodukováno u reaktorů s přídavkem sušiny 5 g, i když nejvyšší produkce a průměrná produkce bioplynu byla zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g. Tato produkce je mnohem vyšší než 63

63 u reaktorů, kde přídavek sušiny nebyl proveden. Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu znázorňuje tabulka 30. Tab. 30 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg] Bioplyn kontrola 198,76 Metan kontrola 94,15 Bioplyn 10 g 619,53 Metan 10 g 338,17 Bioplyn 7,5 g 633,26 Metan 7,5 g 332,45 Bioplyn 5 g 760,23 Metan 5 g 412,72 Obr. 35 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%] Nejvyšší procentuální nárůst podílu metanu v bioplynu byl v jednotlivých reaktrorech zaznamenán 3 7 den po založení pokusu, pak začala produkce zvolna klesat. Z grafického znázornění lze konstatovat, že u kontrolních reatorů je procentuální zastoupení metanu nižší. Průměrná produkce metanu je nejvyšší u reaktorů s průměrem 10 g a pohybuje se okolo 57 %. 64

64 5.5 Porovnání experimentů Reaktory s kontrolním vzorkem Obr. 36 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg] Z grafického porovnání kumulativní produkce bioplynu všech čtyř experimentů kontrolních vzorků se substrátem je patrné, že nejvyšší množství bioplynu bylo vyprodukováno při experimentu 4. Množství kumulativní produkce jednotlivých experimentů je znázorněno v tabulce 31. Tab. 31 Množství kumulativní produkce bioplynu Celková produkce bioplynu [dm 3 /kg] Experiment 1 101,25 Experiment 2 81,40 Experiment 3 120,00 Experiment 4 198,76 65

65 Obr. 37 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] Obr. 38 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 66

66 5.5.2 Reaktor s přídavkem sušiny 10 g Obr. 39 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg] Z grafického porovnání kumulativní produkce bioplynu všech čtyř experimentů reaktorů s přídavkem sušiny 10 g je patrné, že nejvyšší množství bioplynu bylo vyprodukováno při experimentu 2. Množství kumulativní produkce jednotlivých experimentů je znázorněno v tabulce 32. Tab. 32 Množství kumulativní produkce bioplynu Celková produkce bioplynu [dm 3 /kg] Experiment 1 430,71 Experiment ,75 Experiment ,46 Experiment 4 619,53 67

67 Obr. 40 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] Obr. 41 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 68

68 5.5.3 Reaktor s přídavkem sušiny 7,5 g Obr. 42 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg] Z grafického porovnání kumulativní produkce bioplynu všech čtyř experimentů reaktorů s přídavkem sušiny 7,5 g je patrné, že nejvyšší množství bioplynu bylo vyprodukováno při experimentu 3. Množství kumulativní produkce jednotlivých experimentů je znázorněno v tabulce 33. Tab. 33 Množství kumulativní produkce bioplynu Celková produkce bioplynu [dm 3 /kg] Experiment 1 878,46 Experiment ,91 Experiment ,35 Experiment 4 633,26 69

69 Obr. 43 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] Obr. 44 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] 70

70 5.5.4 Reaktor s přídavkem sušiny 5 g Obr. 45 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg] Z grafického porovnání kumulativní produkce bioplynu všech čtyř experimentů reaktorů s přídavkem sušiny 5 g je patrné, že nejvyšší množství bioplynu bylo vyprodukováno při experimentu 3. Množství kumulativní produkce jednotlivých experimentů je znázorněno v tabulce 34. Tab. 34 Množství kumulativní produkce bioplynu Celková produkce bioplynu [dm 3 /kg] Experiment ,54 Experiment ,27 Experiment ,74 Experiment 4 760,23 71

71 Obr. 46 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] Obr. 47 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg] Dle výše uvedených výsledků znázorněných v grafech produkce bioplynu lze konstatovat, že průběh produkce bioplynu v rámci jednotlivých experimentů byl podobný. Druhý až třetí den experimentu došlo u reaktorů s přídavkem sušiny výpalků k významnému nárůstu produkce bioplynu oproti reaktorům s kontrolním substrátem. Nejvyšší rozdíl v produkci bioplynu byl zaznamenán u 1. experimentu u reaktoru s 5 g přídavkem sušiny výpalků a to 443 dm 3. kg -1 organické sušiny za den. Po nárůstu produkce bioplynu v prvních dnech došlo naopak k výraznému snížení produkce 72

72 bioplynu u všech reaktorů bez rozdílu, jestli byla přidána sušina výpalků či nikoli. U prvního experimentu produkce klesla pod 100 dm 3. kg -1 organické sušiny za den, u ostatních až pod 50 dm 3. kg -1 organické sušiny za den. Z grafického znázornění kumulativní produkce bioplynu vyplívá, že produkované množství bioplynu bylo v rámci jednotlivých experimentů variabilní a to jak u reaktorů s kontrolním substrátem, tak s přídavkem sušiny substrátu. Nejvyšší produkce bioplynu z reaktorů s kontrolním substrátem je znázorněna na obrázku 33 a znázorňuje nejvyšší produkci bioplynu u experimentu 4. Celkem bylo vyprodukováno 199 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny za 25 dní. U 4. experimentu naopak vykazovaly nejnižší produkci bioplynu reaktory s přídavkem sušiny výpalků 10 g a 7,5 g. Nejnižší produkce bioplynu z reaktorů s kontrolním substrátem byla zaznamenána u experimentu 2. Tento experiment trval 23 dní a reaktor s kontrolním substrátem obsahoval nejnižší obsah organické sušiny (73,12 %). Bylo z něj vyprodukováno pouze 81 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny. Naopak v rámci experimentu 2 byla nejvyšší produkce bioplynu zaznamenána u reaktorů s přídavkem sušiny 10 g sušiny výpalků a to 1122 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny za 23 dní. Rozdíl mezi reaktory s kontrolním substrátem a reaktory s přídavkem 10 g sušiny výpalků v experimentu 2 za 23 dní byl 1041 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny. Nejvyšší dosažené množství vyprodukovaného bioplynu v rámci všech čtyř experimentů bylo zjištěno u experimentu 1 u reaktoru s přídavkem sušiny 5 g sušiny výpalků a to 1591 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny za 16 dní. Při porovnání produkce bioplynu z reaktorů s přídavkem sušiny 5 g, 7,5 g a 10 g sušiny výpalků je z kumulativního vyjádření produkce bioplynu možno konstatovat, že na výslednou produkci bioplynu měla produkce ve druhém nebo třetím dnu experimentu zásadní význam. V průběhu jednotlivých experimentů nevykazoval žádný z přídavků sušiny výpalků jednoznačně nejvyšší produkci bioplynu, i když u všech čtyř experimentů vykazovaly v celkovém výsledku nejvyšší produkci bioplynu reaktory s přídavkem sušiny 5 g. U prvního experimentu to byla produkce bioplynu 1591 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny, u druhého experimentu 1568 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny, u třetího experimentu 1491 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny a u čtvrtého experimentu 760 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny. Nepotvrdila se tak domněnka, že reaktory s přídavkem 73

73 10 g sušiny výpalků budou vykazovat nejvyšší produkci bioplynu. Naopak produkce bioplynu u reaktorů s přídavkem 10 g sušiny výpalků patřila mezi produkce nižší. Při posouzení rozdílu v produkci bioplynu mezi jednotlivými reaktory byl prokázán významný rozdíl mezi produkcí bioplynu z reaktorů s kontrolním substrátem a reaktory s každou dávkou sušiny hruškových výpalků u 2. experimentu. V součtu všech množství vyprodukovaného bioplynu u všech reaktorů v rámci jednoho experimentu však vykazoval největší produkci bioplynu experiment 3. Kvalita bioplynu a množství bioplynu je u jednotlivých experimentů rozdílná, liší se podle druhu použitého substrátu a druhu použitých ovocných výpalků, kdy vykazují jiné hodnoty obsahu sušiny a BSK 5. K těmto závěrům dochází i ve studii Bustamante et al. [40]. Na grafu produkce metanu lze pozorovat, že křivka produkce metanu kopírovala průběh křivky produkovaného bioplynu. Podíl metanu v produkovaném bioplynu u všech čtyř experimentů přesahoval poloviční podíl produkce bioplynu. Nejvyšší podíl metanu byl zaznamenán u 1. experimentu, kdy bylo v bioplynu z reaktorů s přídavkem 10 g sušiny výpalků naměřeno ve sledovaném období průměrně 57 % metanu. Zjištěných hodnot by mělo dosahovat i podle Výzkumného ústavu zemědělské techniky, jejichž výsledky jsou znázorněny v tabulce 2 a obsah metanu v bioplynu se pohyboval v rozmezí % [12]. Naopak, nejnižší podíl metanu v produkovaném bioplynu byl zaznamenán u 4. experimentu, u reaktoru s kontrolním substrátem bez přídavku sušiny výpalků a obsahoval podíl 47 % metanu v bioplynu. U reaktorů s přídavkem sušiny výpalků se však podíl metanu v produkovaném bioplynu vyrovnal a vykazoval podobné hodnoty jako u ostatních experimentů. Nejvyšší rozdíl v koncentraci metanu v produkovaném bioplynu mezi reaktory s kontrolním substrátem a reaktory s přídavkem sušiny výpalků byl zaznamenán u tohoto experimentu (experiment č. 4), kdy reaktory s přídavkem sušiny vykazovaly průměrně o 8 % vyšší produkci metanu oproti reaktorům s kontrolním substrátem. Vyhodnocení produkce metanu prokázalo významný rozdíl mezi produkcí metanu u reaktorů s kontrolním substrátem a reaktorů s přídavkem 10 g, 7,5 g a 5 g sušiny výpalků u všech čtyř experimentů. Největší rozdíl byl prokázán u 1. experimentu u reaktorů s přídavkem 10 g sušiny výpalků, kdy bylo vyprodukováno 899 dm 3 metanu z jednoho kilogramu organické sušiny a byla zde prokázána i nejvyšší průměrná produkce metanu v porovnání s ostatními experimenty. Zároveň se jedná i o nejvyšší dosažené množství metanu v rámci všech čtyř realizovaných experimentů. Nejvyšší 74

74 množství v součtu reaktorů s kontrolním substrátem a reaktorů s přídavkem 10 g, 7,5 g a 5 g sušiny výpalků bylo dosaženo u 3. experimentu. Nejnižší produkce metanu byla zjištěna u reaktoru s kontrolním substrátem u 2. experimentu. Je možné konstatovat, že jednorázový přídavek sušiny výpalků zvyšuje produkci, ale pouze způsobem prudkého jednodenního nárůstu. Na konečné množství v produkci metanu má zásadní význam většinou jednodenní nárůst kolem dne v rámci jednotlivých experimentů a nezáleží na tom, jestli byl reaktor pouze s kontrolním substrátem nebo s přídavkem sušiny výpalků. Potom produkce vždy velmi rychle klesla. Ovšem procentuální nárůst metanu v produkci bioplynu byl zaznamenán až o několik dní později a to den trvání experimentu a později produkce klesla. Zjištění, že jednorázový přídavek sušiny výpalků zvyšuje produkci, dosáhl i Eskicioglu u testování kukuřičných výpalků pro výrobu bioetanolu [44]. Podle výzkumného ústavu techniky jsou základní vlastnosti vstupních substrátů pro anaerobní fermentaci v tabulce 1 [12]. Testované ovocné výpalky vykazují správné hodnoty celkové sušiny i organické sušiny, ovšem hodnota ph by se měla pohybovat ve slabě alkalickém prostředí (viz. tabulka 16). ph výpalků se pohybuje v kyselém prostředí, proto se musí doplňovat vhodným substrátem. Podobná hodnota sušiny švestkových výpalků byla zjištěna i v tabulce 6 [29]. I studie od Blonskaja udává, že ph substrátu acidogenní fázi by mělo být 6 a u metanogenní faze by mělo být ph 7,6 [43]. Dle Technicko ekonomické studie, kterou si nechala vypracovat v roce 2005 společnost Rudolf Jelínek, a.s., jsou hodnoty ph, CHSK Cr a BSK 5 znázorněny v tabulce 13 [38]. Vykazují take kyselé ph a vysoké hodnoty CHSK Cr a BSK 5, podobné hodnotám, které jsou znázorněny v tabulce 16. Ke zjištění, že organické znečištění se nejrychleji odstraní v mezofilních až mírně termofilních podmínkách, došel Krzywonos ve své studii o testování bramborových výpalků [45]. 5.6 SWOT analýza SWOT analýza je metodou, pomocí níž lze identifikovat silné a slabé stránky, příležitost a hrozby, které jsou spojené s určitým projektem, typem podnikání aj. Tato metoda byla použita, protože údaje z ní pomohou k získání možných doporučení. Metoda spočívá v klasifikaci a ohodnocení jednotlivých faktorů, které jsou rozděleny do 4 základních skupin a jsou zobrazeny na obrázku 48: 75

75 Faktory, které sdělují informace o vnitřních stránkách subjektu: silné slabé stránky Faktory, které sdělují informace o vlastnostech vnějšího prostředí: příležitosti a hrozby Obr. 48 SWOT analýza [42] Na základě informací, které jsou popsány v kapitolách 4 a 5, byla vytvořena pro nakládání lihovarnických výpalků metodou anaerobní fermentace následující SWOT analýza. Silné stránky: snížení znečištění životního prostředí prokázaná produkce bioplynu s vysokým podílem metanu možnost prodeje elektrické energie za vyšší cenu než je cena nákupní zajištění organické hmoty pro hnojení vlastní pozemky nebo prodej zpracování separovaných pecek snížení nákladů na odstranění výpalků snížení organického zatížení na ČOV při vypouštění výpalků Slabé stránky: vysoké finanční náklady na technologická zařízení a jeho provoz vysoké finanční náklady na dopravu zápach při nedodržování správných technologických postupů 76

76 problém se sezónností výpalků a nutností zajišťování jiného BRO zajištění vhodného substrátu k provozu BPS separace pecek z ovocných výpalků Příležitosti: vyšší produkce bioplynu než za normálních podmínek využití separovaných pecek možnost využití výpalků ve vlastní BPS ekonomická výhodnost při prodeji elektrické energie při provozu vlastní BPS možnost samostatnosti ve využití vlastní elektrické energie Hrozby: chybějící přísun výpalků v letních měsících míchání výpalků s vhodným substrátem pro snížení ph nákup separátoru na pecky pro různé druhy ovoce vysoké náklady na výstavbu vlastní BPS zajištění náhradních BRO místo výpalků v letních měsících 77

77 6 ZÁVĚR Lihovarnické výpalky se řadí mezi biologicky rozložitelné odpady, které vznikají v potravinářském průmyslu. Lihovarnické výpalky se vyznačují nízkou sušinou a velkým množstvím organické hmoty. Jejich nízké ph, nízký obsah sušiny a vysoký podíl BSK 5 a CHSK jsou pak velmi nevhodné pro vypouštění do kanalizace nebo přímo na čistírnu odpadních vod. Je nutné se řídit zákonem o odpadech a udává to i hierarchie způsobů nakládání s odpady. Proto se hledá jejich jiné využití, např. metodou anaerobní fermentace. Při experimentech bylo ověřeno, že je metoda anaerobní fermentace vhodná pro získání bioplynu. Pro jejich nízké ph je však nutné výpalky doplnit vhodným substrátem. Pro naše potřeby byl použit jako kontrolní substrát a zároveň inokulum substrát z reaktoru z lokální bioplynové stanice. U každého experimentu však měl jiné hodnoty celkové a organické sušiny. Při experimentech bylo zjištěno, že k nárůstu bioplynu došlo druhý až třetí den trvání pokusu. U reaktorů s přídavkem sušiny výpalků byla produkce mnohem vyšší než u reaktorů bez přídavku sušiny výpalků. Tato produkce byla významná v celkovém součtu množství bioplynu vyprodukovaném za všechny dny trvání pokusu. Bylo tak potvrzeno, že jednorázový přídavek sušiny výpalků zvyšuje produkci bioplynu, ale pouze prudkým jednodenním nárůstem. Z tohoto důvodu je vhodné výpalky dávkovat do reaktorů kontinuálně, aby nedocházelo k poklesu produkce a množství produkovaného bioplynu bylo po celou dobu trvání pokusu v co nejvyšší míře zachováno. Nejvyšší nárůst za den byl zaznamenán u 1. experimentu u reaktoru s přídavkem 5 g sušiny výpalků a to 443 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny za den. Celková produkce za 16 dní byla 1590 dm 3 bioplynu z jednoho kilogramu organické sušiny. Tato produkce může souviset s tím, že švestkové výpaly v rámci 1. experimentu měly nejvyšší obsah CHSK a to mg. dm -3 a až dvojnásobný obsah celkové sušiny, než tomu bylo u zbylých pokusů a to 21,2 %. Kumulativní produkce bioplynu byla u všech čtyř experimentů nejvyšší u reaktorů s přídavkem 5 g sušiny výpalků. Nepotvrdila se tak domněnka, že reaktory s přídavkem 10 g sušiny výpalků budou produkovat vyšší produkci bioplynu, než tomu bylo u ostatních reaktorů. 78

78 Těmito experimenty bylo prokázáno, že lihovarnické výpalky jsou potencionálním materiálem, který lze anaerobní fermentací využít. Touto metodou lze zamezit nevhodnému odstraňování výpalků a hlavně z nich lze produkovat bioplyn, který lze energeticky využít. Proto je vhodné výpalky s vhodným substrátem dávkovat do bioplynových stanic, popř., jak již tomu některé lihovary činí, vozit výpalky na ČOV a přidávat v kalovém hospodářství, které je přizpůsobeno k produkci a jímání bioplynu. Je však vhodné, aby byly výpalky zbaveny pecek. 79

79 7 SEZNAM LITERATURY [1] POTRAVINÁŘSKÁ KOMORA ČR. Oborová příručka: Živnost: Výroba a úprava kvasného l ihu. FOODNET: Informační systém PK ČR [online] [cit ]. Dostupné z: [2] ÚSTAV ZEMĚDĚLSKÉ EKONOMIKY A INFORMACÍ. Aktuální stav cukrovarnického a lihovarnického průmyslu v EU a v ČR. Biom.cz: biomasa, biopaliva, bioplyn, pelety, kompostování a jejich využití [online]. 2011, [cit ]. Dostupné z: aktualni-stav-cukrovarnickeho-a-lihovarnickeho-prumyslu-v-eu-a-v-cr [3] Satelitní mapa pálenic Dostupné z: [4] ING. VÁŇA, CSC., Jaroslav. Bioplynové stanice na využití bioodpadů: Úvod do problematiky. Odpadové fŕum: Odborný měsíčník o odpadech a druhotných surovinách [online]. 2009, č. 9 [cit ]. Dostupné z: [5] Zákon č.185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů. In: Ministerstvo životního prostředí [online]. 2001, 165/2012 Sb. [cit ]. Dostupné z: c3e5c15334ab9dc125727b ?opendocument [6] ZEMÁNEK, Pavel. Biologicky rozložitelné odpady a kompostování [online]. 1. vyd. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, 2010 [cit ]. ISBN Dostupné z: pady_a_kompostovani.pdf [7] Kompostování. In: Vysoká škola báňská [online]. [cit ]. Dostupné z: 80

80 [8] Kompostování. [online] [cit ]. Dostupné z: [9] VÁŇA, Jaroslav: Kompostování odpadů. Biom.cz [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < ISSN: [10] VÁŇA, Jaroslav: Kompostování bioodpadu. Biom.cz [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < ISSN: [11] KOPAČKA, Michal. Možnosti, metody a technologické postupy při kompostování biomasy. České Budějovice, Dostupné z: Bakalářská práce. Jihočeská univerzita. Vedoucí práce Doc. Ing. Alois Peterka, CSc. [12] Rozvoj bioplynových technologií v podmínkách ČR. Výzkumný ústav zemědělské techniky [online] [cit ]. Dostupné z: [13] ŽÍDEK, Michal. Anaerobní digesce zvolených substrátů na laboratorním fermentoru: Energie z biomasy III - seminář. In: Vysoké učení technické v Brně [online]. Brno, 2004 [cit ]. Dostupné z: [14] Bioplyn. In: Vysoká škola báňská: Technická univerzita Ostrava [online]. [cit ]. Dostupné z: [15] Anaerobní technologie. In: Bioprofit [online] [cit ]. Dostupné z: 81

81 [16] Lihoviny. In: Evropská unie [online]. 2011, [cit ]. Dostupné z: _cs.htm [17] Lihoviny. In: Střední odborná škola a Střední odborné učiliště: Horky nad Jizerou 35 [online]. [cit ]. Dostupné z: [18] Vysoká škola chemicko-technologická v Praze [online]. [cit ]. Dostupné z: [19] Vedlejší sortiment. In: Lihovar: moravský lihovar Kojetín a.s. [online]. [cit ]. Dostupné z: [20] Melasové výpalky. In: ED&F MAN [online]. [cit ]. Dostupné z: [21] KŘEPELKOVÁ, Šárka. Použití ekotoxikologickýxh testů ss půdními mikroorganismy a bezobratlími pro hodnocení vlivu bioodpadů na zemědělskou půdu. Brno, Dostupné z: Bakalářská práce. Masarykova univerzita. Vedoucí práce Mgr. Stanislav Malý, Ph.D. [22] Využití výpalků z výroby bioetanolu. In: PROKOP INVEST, a.s. [online]. Pardubice [cit ]. Dostupné z: [23] PROF. ING. ZEMAN, CSC., Ladislav a Pavel DR. ING. TVRZNÍK. Využití vedlejších produktů vznikajících při výrově bioetanolu: Vědecký výbor výživy zvířat. 82

82 In: Výzkumný ústav živočišné výroby, v.v.i. [online]. Praha, prosinec 2007 [cit ]. Dostupné z: [24] ING. BLÁHOVÁ, Olga. ÚSTŘEDNÍ KONTROLNÍ A ZKUŠEBNÍ ÚSTAV ZEMĚDĚLSKÝ. Rozhodnutí o prodloužení platnosti: Rozhodnutí o registraci hnojiva [Melasové výpalky zahuštěné, organické hnojivo] [cit ]. Dostupné z: [25] ONDRAČKA, Tomáš: Výpalky jako krmná surovina. Biom.cz [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < ISSN: [26] Ceník zneškodnení odpadu na kompostárne SONO platný: uvedené ceny odpadu jsou za 1 tu. In: SONO PLUS, S.R.O. SONO PLUS s.r.o.,: Řízená skládka komunálních a ostatních odpadů [online] [cit ]. Dostupné z: ploaded_cenik%20kompost%c3%a1rna%20od%201.%201.% pdf [27] POTRAVINÁŘSKÁ KOMORA ČR. Oborová příručka: Živnost: Pěstitelské pálení. In: FOODNET: Informační systém PK ČR [online]. VI/2009 [cit ]. Dostupné z: [28] DYR, Josef. Lihovarnictví. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1963, 396 s. [29] MELZOCH, Karel, Mojmír RYCHTERA, Jan E DYR a Josef DYR. Výroba slivovice a jiných pálenek. 4. dopl. vyd. Praha: Maxdorf, 1999, 219 s. ISBN [30] USŤAK, Sergej a Jaroslav VÁŇA. Bioplynová fermentace biomasy a biologicky rozložitelných odpadů. Vyd. 2. Praha: CZ Biom, 2006, 180 s. ISBN x. 83

83 [31] BRANDEJSOVÁ, Eliška a Zdeněk PŘIBYLA. Bioplynové stanice: (zásady zřizování a provozu plynového hospodářství). Praha: GAS, 2009, 118, [16] s. ISBN [32] PECINOVÁ, Alena a Olga HALOUSKOVÁ. Současný stav zpracování bioodpadů v legislativě a praxi: sborník semináře : Seš-Ústupky, hotel Jezerka. 1. vyd. Chrudim: Vodní zdroje Ekomonitor, 2005, 113 s. ISBN [33] SCHULZ, Heinz a Barbara EDER. Bioplyn v praxi: teorie - projektování - stavba zařízení - příklady. 1. české vyd. Ostrava: HEL, 2004, 167 s. ISBN [34] STRAKA, František a Karel CIAHOTNÝ. Bioplyn: [příručka pro výuku, projekci a provoz bioplynových systémů]. 3., zkrác. vyd. Praha: GAS, 2010, 305 s. ISBN [35] DOHÁNYOS, Michal, Pavel JENÍČEK a Jana ZÁBRANSKÁ. Anaerobní technologie v ochraně životního prostředí. Ostrava: VŠB-Technická univerzita, 1996, 172 s. ISBN [36] SEQUENS, Edvard. Bioplynové stanice a životní prostředí. České Budějovice: Calla - Sdružení pro záchranu prostředí, 2009, 4 s. ISBN [37] ZKUŠEBNÍ LABORATOŘ. Protokol o analýze vzorku č. 684/ODP. Chudobín, [38] ING. ŠIMON, Robert a ING. KRAMOLIŠ, Petr. Technicko - ekonomická studie: Vyhotovení studie o využití ovocných výpalků v bioplynové stanici pro výrobu elektrické a tepelné energie v areálu společnosti Rudolf Jelínek, a.s. Ostrava, [39] KUČEROVÁ, Jindřiška, Miloš PELIKÁN a Luděk HŘIVNA. Zpracování a zbožíznalství rostlinných produktů. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2007, 122 s., [3] l. ISBN

84 [40] BUSTAMANTE M., MORAL R, PAREDES. et al., 2008, Agrochemical characterization of the solid by products and residues from winery a distillery industry. Waste management: [41] ZEMÁNEK, Pavel. Biologicky rozložitelné odpady a kompostování. 1. vyd. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, 2010, 113 s. ISBN [42] SWOT analýza. In: FOTIS FOTOPULOS. Swot analýza [online] [cit ]. Dostupné z: [43] BLONSKAJA, V., MENERT A., a VILU R. Use of two-stage anaerobic treatment for distillery waste. Web of Knowledge [online]. 2003, č. 7 [cit ]. Dostupné z: [44] ESKICIOGLU, Cigdem. Effect of inoculum/substrate ratio on mesophilic anaerobic digestion of. Web of Knowledge [online] [cit ]. Dostupné z: [45] KRZYWONOS, M. et al. Effect of temperature on the efficiency of the thermoand mesophilic aerobic batch biodegradation of high-strength distillery wastewater (potato stillage). Web of Knowledge [online] [cit ]. Dostupné z: 85

85 8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Satelitní mapa pálenic ČR [3]..11 Obr. 2 Schéma anaerobního rozkladu [13].21 Obr. 3 Teplotní rozdělení typů mikroorganismů [34].22 Obr. 4 Produkce bioplynu rozdílných odpadních látek v m 3 /t substrátu [14]. 24 Obr. 5 Blokové schéma technologie mokré fermentace [15]...26 Obr. 6 Technologické celky bioplynové stanice [14]...26 Obr. 7 Melasové výpalky..33 Obr. 8 Ovocné výpalky.34 Obr. 9 Odseparované pecky.35 Obr. 10 Rotační odpeckovač 35 Obr. 11 Laboratorní sušárna pro stanovení sušiny.44 Obr. 12 Muflovací pec pro stanovení sušiny...44 Obr ks skleněných nádob (reaktorů)...45 Obr. 14 Plastové odměrné válce měřící systém pro objem jímaného bioplynu 46 Obr. 15 Analyzátor plynu Dräger X-am Obr. 16 Produkce bioplynu za den [cm 3 ] 51 Obr. 17 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]...51 Obr. 18 Produkce metanu za den [cm 3 ]..52 Obr. 19 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg]..53 Obr. 20 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%].54 Obr. 21 Produkce bioplynu za den [cm 3 ] 55 Obr. 22 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]...55 Obr. 23 Produkce metanu za den [cm 3 ]..56 Obr. 24 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg]..57 Obr. 25 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%].58 Obr. 26 Produkce bioplynu za den [cm 3 ]...59 Obr. 27 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]...59 Obr. 28 Produkce metanu za den [cm 3 ]..60 Obr. 29 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg]..61 Obr. 30 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%]. 62 Obr. 31 Produkce bioplynu za den [cm 3 ]

86 Obr. 32 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]...63 Obr. 33 Produkce metanu za den [cm 3 ]..64 Obr. 34 Kumulativní produkce bioplynu a metanu [dm 3 /kg]..65 Obr. 35 Produkce bioplynu [cm 3 ] a podíl metanu v bioplynu [%].66 Obr. 36 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg].67 Obr. 37 Produkce metanu za den [dm 3 /kg].68 Obr. 38 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]..68 Obr. 39 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg]..69 Obr. 40 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] 70 Obr. 41 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]..70 Obr. 42 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg].71 Obr. 43 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] 72 Obr. 44 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]...72 Obr. 45 Kumulativní produkce bioplynu [dm 3 /kg].73 Obr. 46 Produkce metanu za den [dm 3 /kg] 74 Obr. 47 Produkce bioplynu za den [dm 3 /kg]..74 Obr. 48 SWOT analýza [42] 77 87

87 9 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Základní vlastnosti vstupních substrátů pro anaerobní fermentaci [12] 23 Tab. 2 Chemické složení a vlastnosti bioplynu [12] 24 Tab. 3 Složení bioplynu [14]...24 Tab. 4 Výhody a nevýhody anaerobní fermentace [14]..27 Tab. 5 Látky určující kvalitu melasových výpalků [20]...33 Tab. 6 Složení (% hm.) ovocných a bramborových výpalků [29] 34 Tab. 7 Složení pšeničných výpalků [22] 35 Tab. 8 Obsah dusíku ve výpalcích [22].36 Tab. 9 Složení pšeničných výpalků (% sušiny RL a NL) [22]..36 Tab. 10 Složení výpalků z kukuřice [23]..36 Tab. 11 Stanovení vybraných parametrů ve vzorku hnojiva z melasových zahuštěných výpalků [37] 38 Tab. 12 Výskyt ovocných výpalků v lihovaru...40 Tab. 13 Chemické a fyzikální vlastnosti ovocných výpalků z lihovaru 40 Tab. 14 Jakostní znaky hodnocených organických odpadů [27].42 Tab. 15 Jakostní znaky hodnocených organických odpadů [27].42 Tab. 16 Hodnoty veličin jednotlivých druhů výpalků..50 Tab. 17 Hodnoty veličin jednotlivých druhů substrátů 50 Tab. 18 Množství organické sušiny u jednotlivých experimentů.50 Tab. 19 Produkce bioplynu experiment 1 52 Tab. 20 Produkce metanu [cm 3 ]..53 Tab. 21 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu...54 Tab. 22 Produkce bioplynu experiment 2 56 Tab. 23 Produkce metanu [cm 3 ]..57 Tab. 24 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu...58 Tab. 25 Produkce bioplynu experiment 3 60 Tab. 26 Produkce metanu [cm 3 ]..61 Tab. 27 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu...62 Tab. 28 Produkce bioplynu experiment 4 64 Tab. 29 Produkce metanu [cm 3 ]..65 Tab. 30 Množství kumulativní produkce bioplynu a metanu...66 Tab. 31 Množství kumulativní produkce bioplynu

88 Tab. 32 Množství kumulativní produkce bioplynu...69 Tab. 33 Množství kumulativní produkce bioplynu...71 Tab. 34 Množství kumulativní produkce bioplynu SEZNAM ZKRATEK BPS bioplynová stanice BRKO Biologicky rozložitelný komunální odpad BRO biologicky rozložitelné odpady ČOV čistírna odpadních vod DDGS - (Dried Distillers Grains with Solubles) sušené lihovarnické výpalky s rozpustnými složkami EU Evropská unie POH ČR Plán odpadového hospodářství České republiky VŽP Vedlejší živočišné produkty ŽP životní prostředí 89

89 11 PŘÍLOHY Příloha č. 1 Počet kompostáren v ČR [41] Příloha č. 2 Počet BPS v ČR komunální [41] 90