EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW
Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine. The effective production of biogas from...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103175521468416 |
|---|---|
| author | Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. |
| author_facet | Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "P. Kucheruk",
"institution": "Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine"
},
{
"author": "Yu. Matveev",
"institution": "Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine"
},
{
"author": "V. Rudska",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»"
}
] |
| author_sort | Kucheruk, P. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:11Z |
| description | Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine.
The effective production of biogas from straw in CSTR reactors requires its pretreatment. The main purposes of this pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of the specific surface and porosity of the material, decrease of crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw, the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of hydrophobic properties. The promissing method in regard to biogas production is the straw extrusion (straw pellets production), which combines fine mechanical grinding and thermal effect.
In this study the biogas yield potential from wheat straw samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically milled wheat straw with a linear particle size L<2 mm and wheat straw processed by extrusion (in the form of pellets with a diameter D=6,4 mm) was experimentally investigated in batch reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw pellets were studied. All samples were inoculated at the straw VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1.
It was found that reducing the linear sizes of wheat straw fractions leads to an increase in the first order rate constant of the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but practically does not affect the amount of bioavailable potential of the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS.
Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4 yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the most effective was the sample of extruded mixture of wheat straw and soybean  k=0,131 day-1, and for samples of wheat straw and rape straw, constant k was estimated at the same level 0,121–0,122 day-1.
Thus, reducing the linear size of straw fractions can improve the kinetics, but does not affect the amount of bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison with fine mechanical shredding, and at the same time allows to significantly increase the bioavailable potential of biogas yield. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 88
УДК 662.767.2; 631.572
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВИХОДУ БІОГАЗУ
В ПРОЦЕСІ ПЕРІОДИЧНОГО МЕТАНОВОГО БРОДІННЯ СОЛОМИ
П.П. Кучерук1, кандидат технічних наук,
Ю.Б. Матвєєв1, кандидат фізико-математичних наук, В.О. Рудська2, студент.
1Інститут технічної теплофізики НАН України
03057 м. Київ, вул. Желябова 2А.
2Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського»
03056 м. Київ, пр-т Перемоги 37.
Визначено потенціал виходу біогазу зі зразків гранул соломи пшениці, сої та ріпаку. Проаналізовано вплив механічного по-
дрібнення, а також екструзії соломи пшениці на потенціал та швидкість утворення біогазу. Для аналізу констант швид-
кості виходу біогазу було використано рівняння розпаду першого порядку. Бібл. 15, табл. 2, рис. 3.
Ключові слова: метанове бродіння, біогаз, константа швидкості виходу біогазу, потенціал виходу біогазу, солома, гранули.
EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS
IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW
P. Kucheruk1, candidate of technical sciences, Yu. Matveev1, candidate of physics and mathematics, V. Rudska2, student.
1Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine
03057, 2A Zhelyabova Street, Кyiv, Ukraine.
2National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
03056, 37 Peremohy Avenue, Kyiv, Ukraine.
The paper determines the potential of biogas yield from pellets of wheat straw, soybean straw and rape straw. The influence of
mechanical grinding and extrusion of wheat straw on the potential and kinetics of biogas yield is analyzed. To analyze the rate
constants of biogas generation, the first-order decay equation was used. References 15,tables 2, fig. 3.
Keywords: anaerobic digestion, biogas, biogas generation rate constant, biogas yield potential, straw, pellets.
П.П. Кучерук
P. Kucheruk
Відомості про автора: старший науковий
співробітник відділу теплофізичних про-
блем біоенергетики Інституту технічної
теплофізики НАН України
Освіта: Національний університет водного
господарства та природокористування, м.
Рівне, Україна. Магістр за спеціальністю
«Водопостачання, водовідведення, раціо-
нальне використання та охорона водних
ресурсів». Інститут технічної теплофізики
НАН України.
Кандидат технічних наук (PhD) за спеціа-
льністю «Перетворювання відновлюваних
джерел енергії» (2016).
Наукова діяльність: технології та економі-
ка виробництва та енергетичної утилізації
біогазу, технології очистки стічних вод, оці-
нка викидів парникових газів в сфері пово-
дження з відходами та побічною продукцією
АПК та комунального господарства.
Position and place of work: Senior Scientist,
Institute of Engineering Thermophysics of
National Academy of Sciences of Ukraine
Education: National University of Water
Management and Nature Resources Use,
Rivne, Ukraine. Has a master's degree on
water supply, sewerage, rational use and
protection of water resources (2000). Institute
of Engineering Thermophysics of National
Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv,
Ukraine. PhD in renewable energy conversion.
Research area: technological and economical
aspects of production and utilization of biogas
as energy source, wastewater treatment
technologies, estimation of greenhouse gas
emissions when handling waste /by-products
of agro-industrial complex and municipal
economy.
Publications: 29.
Patents: 2.
© П.П.Кучерук, Ю.Б.Матвєєв, В.О.Рудська, 2018
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 89
Публікації: 29.
Патенти: 2.
ORCID: 0000-0003-1888-0774
Контакти: тел.+38 (044) 456-62-82
факс +38 (044) 456-60-91
e-mail: admin@ittf.kiev.ua
ORCID: 0000-0003-1888-0774
Contacts: phone +38 (044) 456-62-82
fax +38 (044) 456-60-91
e-mail: admin@ittf.kiev.ua
Ю.Б. Матвєєв
Yu. Matveev
Відомості про автора: провідний науковий
співробітник Інституту технічної теплофі-
зики Національної Академії наук України.
Освіта: фізичний факультет Державного
університету ім. Т.Г. Шевченка.
Наукова діяльність: поновлювані джерела
енергії, отримання енергії з біомаси, анае-
робне зброджування, збір та утилізація
біогазу на полігонах і звалищах твердих
побутових відходів (ТПВ), система управ-
ління ТПВ, енергозберігаючі технології та
проблема зміни клімату.
Публікації: 85.
Патенти: 2.
ORCID: 0000-0003-2725-5612
Information about the author: research
fellow in Institute of Engineering
Thermophysics of National Academy of
Sciences of Ukraine.
Education: Kiev State University, Physic
Department.
Research area: renewable energy sources,
energy from biomass, anaerobic digestion,
landfill gas collecting and utilization,
municipal solid waste management, energy
conservation technologies, environmental
protection and climate change.
Publications: 85.
Patents: 2.
ORCID: 0000-0003-2725-5612
В.О. Рудська
V. Rudska
Відомості про автора: студент магістрату-
ри в Університеті ім. Адама Міцкевича,
м. Познань, Польща.
Освіта: Національний технічний універси-
тет України «Київський політехнічний
інститут ім. І. Сікорського». Бакалавр зі
спеціальності «Біотехнологія».
Наукова діяльність: біотехнології очистки
стічних вод та анаеробного зброджування.
Публікації: 4.
ORCID: 0000-0001-8639-0342
Information about the author: student of
Master courses in University named after
Adam Mickevich, Poznan, Poland.
Education: National Technical University of
Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic
Institute», Kyiv, Ukraine. Bachelor in
«Biotechnology».
Research area: biotechnologies of wastewater
treatment and anaerobic digestion.
Publications: 4.
ORCID: 0000-0001-8639-0342
Вступ. Ефективна технологія виробництва
біогазу з гноївки та посліду передбачає викорис-
тання додаткових видів сировини, що дозволяє
оптимізувати склад суміші, збільшувати потуж-
ність окремих біогазових заводів та загальне ви-
робництво енергії з біогазу. Одним з найбільш
поширених видів такої сировини на сьогоднішній
день є силос кукурудзи. Перспективними видами
сировини для виробництва біогазу, з огляду на
масштаби утворення та поширеність, а також з
урахуванням дотримання комплексу критеріїв
сталого розвитку у виробництві енергії з віднов-
люваних джерел, в умовах України можуть бути
також пожнивні рештки зернових та технічних
культур (солома, стебла, тощо). Солому викорис-
товують як органічне добриво, підстилковий ма-
теріал у тваринництві та в ряді інших сфер гос-
подарської діяльності. Використовують солому і
як тверде паливо, переважно для безпосередньо-
го спалювання з виробництвом теплової та /або
електричної енергії. Втім, солома може бути та-
кож цінним енергетичним ресурсом для вироб-
ництва з неї біогазу шляхом метанового бродін-
ня. Так, наприклад, професор Гізбуллін Н.Г. вва-
жає найкращим варіантом використання соломи
як палива – виробництво з неї біогазу [1].
Втім, на відміну від найбільш поширених
видів сировини для виробництва біогазу (гноївка,
силос кукурудзи, жом цукрових буряків тощо),
попередньо не оброблена солома як сировина для
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 90
виробництва біогазу має ряд особливостей, що
обумовлюють її обмежене використання. Солома
пшениці, наприклад, містить в середньому 30–
45% целюлози, 20–25% геміцелюлози, 15–20%
лігніну, 1,5% жирів та 4,7% білків [2]. Очевидно,
що основний потенціал перетворення органічної
речовини соломи в біогаз пов'язаний зі спожи-
ванням (гемі-)целюлози, біодоступність якої об-
межена нативною структурою лігно-целюлозних
комплексів. В процесі метанового бродіння гід-
роліз лігно-целюлозних комплексів є лімітуючою
стадією [3,4], що визначає загальну швидкість
розпаду органічної речовини в біореакторі. Тому
використання не обробленої соломи може суттє-
во позначитись на загальній кінетиці процесу та
призводити до збільшення необхідної тривалості
бродіння. Окрім того, потрапляння такої соломи
в технологічні ємності біогазової станції, що
працює в найбільш поширеному квазі-
проточному режимі, призводить до утворення
щільного плаваючого прошарку, що важко підда-
ється перемішуванню [5], а відтак створює техні-
чні проблеми з завантаженням /вивантаженням
сировини.
Попри це, використання соломи для вироб-
ництва біогазу може бути доцільним після її по-
передньої обробки. Існує цілий ряд досліджень
впливу різних методів попередньої обробки ліг-
но-целюлозної агро-біомаси на показники виходу
біогазу (табл. 1).
Таблиця 1. Вихід СH4 з соломи без обробки та при обробці різними методами
Table 1. Methane yields from untreated straw and straw treated by different methods
Тип соломи Спосіб попередньої обробки
Вихід СН4,
мл /гСОР
Посилання
Солома пшениці Без обробки 189 [6]
– // – Подрібнення (до розміру 0,5–1,0 мм) 275 [6]
– // –
Паро-вибуховий (15 хв при 180 ⁰С, 1 кг соломи + 3 кг
води)
331 [6]
– // – Екструзія 245* [7]
– // –
Екструзія з одночасним внесенням Сa(OH)2 з розрахунку
150 кг СаО /т соломи
399* [7]
– // – Екструзія 224* [8]
– // – Екструзія, з додаванням 5% жому за масою 242* [8]
Солома вівсяна Вапнування 287 [9]
– // – Паро-вибуховий 197 [9]
– // – Обробка кислотою + паро-вибуховий 201 [9]
Солома рисова Без обробки (частки 3–5 мм) 240 [10]
– // – З додаванням фосфату, 155 мг Р /л 250 [10]
Стебла кукурудзи Без обробки 78 [11]
– // –
Витримування 20 діб в розчині з 8% NaOH + 5% аміаку +
4% карбоміду (сечовини)
240 [11]
– // – Без обробки 100 [12]
– // –
Обробка кислотами: 2% H2SO4 →
2% HCl →
4% CH3COOH →
3% H2O2→
176
163
145
217
[12]
– // –
Обробка лугом: 8% NaOH →
8% CaOH2 →
NH3·H2O →
164
207
168
[12]
Солома ріпакова Без обробки 267 [13]
– // – Обробка лугом NaOH (при 38 ⁰С, 18 год) 316 [13]
– // –
Пророщування грибів (7 діб при 18 ⁰С, з внесенням роз-
чину: 1% KH2PO4, 1% NH4Cl, 0,2% карбоміду,
1% NaHCO3)
222 [13]
* – мл біогазу на 1 г СР
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 91
Усі методи (хімічні, фізичні, біологічні) на-
правлені на підвищення біодоступності целюлози
внаслідок руйнування лігно-целюлозних компле-
ксів, збільшення питомої поверхні контакту та
пористості матеріалу, зниження кристалічності
целюлози. З наведених даних видно, що перева-
жна більшість методів попередньої обробки ліг-
но-целюлозної агро-біомаси в різній мірі дозво-
ляє збільшити потенціал виходу біогазу.
Ідея використання значних обсягів соломи
зернових культур для виробництва біогазу остан-
нім часом все частіше застосовується на практи-
ці. Так, в с. Черноземен (Болгарія) на БГУ поту-
жністю 1,5 МВтел, біогаз виробляється з суміші
гною ВРХ, силосу кукурудзи та соломи (сумарно
50 тис. т /рік суміші) [14]. Особливістю даної
БГУ є система підготовки та завантаження соло-
ми. Солома в тюкованій формі подається на кон-
веєрну лінію, що далі транспортує її до поперед-
нього подрібнювача тюків, а вже звідти до моло-
ткової дробарки. Молоткова дробарка дозволяє
досить ефективно руйнувати трубчасту структу-
ру соломи, що, в свою чергу, дозволяє запобігати
утворенню щільного флотаційного шару в реак-
торі. З цією з метою, в реакторах змонтовано
спеціальні міксери лопатевого типу, що працю-
ють в комбінації з міксерами пропелерного типу.
Прикладом успішного використання соломи
пшениці у виробництві біогазу є також пілотний
демонстраційний проект у м. Фоулум (Данія) [5].
Особливістю цього проекту є сумісне зброджу-
вання рідкої гноївки свиней та брикетованої со-
ломи пшениці. Показано, що брикетування соло-
ми дозволяє знижувати в’язкість зброджуваної
маси в реакторі, а відтак більш повно та рівномі-
рно змішувати вміст біореактора. Автори проекту
відмічають, що проблем з перемішуванням уміс-
ту реактора та утворенням щільного флотаційно-
го шару не виникало навіть при доведенні конце-
нтрації сухих речовин в ньому до 14%. Окрім
цього, брикетування соломи призводить до збі-
льшення на 35% показника питомого виходу СН4
(0,277 нм3СН4 /кг сухої органічної речовини
(СОР) або 235 нм3СН4 /т соломи), у порівнянні з
не обробленою соломою. Додавання соломи до
гноївки дозволило суттєво знизити концентра-
цію H2S в біогазі – з 1900 до 365 ppm, що є важ-
ливою перевагою у виробництві електроенергії з
біогазу з використанням двигунів внутрішнього
згоряння.
Найбільш інноваційною є технологія, запро-
понована в проекті VERBIO в м. Шведт (Німеч-
чина) [15]. Цим проектом передбачається вироб-
ництво біогазу на основі моно-зброджування со-
ломи без додавання інших ко-субстратів з пода-
льшим виробництвом біометану та подачею його
в мережу ПГ. В проекті передбачено спеціалізо-
вану лінію підготовки та подачі соломи в формі
прямокутних тюків. Проектна потужність біога-
зової станції складатиме 16,5 МВт
(136 ГВт·год /рік). Для цього буде використову-
ватися 40 тис. т соломи на рік.
Метою цієї роботи є визначення експериме-
нтальним шляхом показників виходу біогазу зі
зразків не обробленої, механічно подрібненої та
соломи, обробленої методом екструзії.
Матеріали та методи. В роботі досліджено
такі зразки соломи: 1) СП_н/п – солома пшениці
неподрібнена (L=10–150 мм; сухі речовини
(СР)=89,0%; СОР=91,54%); 2) СП_п – солома
пшениці подрібнена в млині Reutch SM100
(L<2 мм); 3) ПСП – солома пшениці екструдова-
на (гранули D=6,4 мм; СР=91,9%; СОР=94,25%);
4) СПС_п – суміш подрібненої соломи пшениці
(75% за масою) та соломи сої (25% за масою)
(частка фракцій з L<2 мм – 52,7%, L=2–5 мм –
43,4%, L>5 мм – 3,8%; СР=85,6%; СОР=93,89%);
5) ПСПС – суміш подрібненої соломи пшениці
(75% за масою) та соломи сої (25% за масою)
екструдована (гранули D=6,4 мм; СР=91,9;
СОР=91,46%); 6) ПСР – солома ріпаку екструдо-
вана (гранули D=6,4 мм; СР=90,0; СОР=90,63%).
Усі зразки соломи та гранул з неї (крім СП_п)
було надано ТОВ «Він-Пелета» (м. Турбів, Він-
ницька обл.). Як інокулят використано масу,
отриману шляхом метанового бродіння органіч-
них матеріалів у лабораторних умовах (СР=2,3%;
СОР=72,27%).
Підготовлені суміші з відношенням маси
СОР зразків соломи до маси СОР інокуляту 0,50–
0,55 (початкова концентрація СОР соломи в су-
мішах СVS,0=25,1±0,4 г∙кг-1) витримувалися в гер-
метичних системах реактор-евдіометр (рис. 1)
при температурі 36±1 °С. Об`єм біогазу вимірю-
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 92
вався періодично по мірі накопичення в евдіоме-
трі, загальне число фіксацій показників евдіомет-
ра склало 30 разів. Склад біогазу в евдіометрі
вимірювався за допомогою портативного цифро-
вого газоаналізатора типу Landtec GEM-500. За-
гальна тривалість періоду спостережень за ходом
процесу метанового бродіння склала 58 діб
(52 доби для ПСР).
Рис. 1. Принципова схема дослідної установки для періодичного метанового бродіння: 1 – ємність біореактора
(Vроб = 2 дм3); 2 – нерухома частина евдіометра; 3 – рухома частина евдіометра; 4 – ємність з теплоносієм; 5 – трубка з
ПВХ; 6 – газовий запірний кран; 7 – газоаналізатор; 8 – робоче середовище біореактора; 9 – внутрішній простір
евдіометра з біогазом; 10 – теплоносій (вода); 11 – 5% водний розчин NaCl; 12 – ртутний термометр;
13 – терморегулятор (ΔT = ±1 °C).
Fig. 1. The principal scheme of experimental installation for batch anaerobic digestion:
1 - capacity of bioreactor (Vrob = 2 dm3); 2 - fixed part of eudiometer; 3 - moving part of eudiometer; 4 - capacity with coolant; 5 -
PVC pipe; 6 - gas shut-off valve; 7 - gas analyzer; 8 - working environment of bioreactor; 9 - internal space of a biogas eudiometer;
10 - coolant (water); 11 - 5% aqueous solution NaCl; 12 - mercury thermometer;
13 - thermostat (ΔT = ± 1 ° C).
Константи швидкості виходу біогазу k ви-
значено методом узагальненого приведеного гра-
дієнту з використанням кінетичної моделі виходу
біогазу 1-го порядку такого виду:
( )
, , , , (1 0.01 ) (1 exp ),j LAGk T
bg VS j bg VS TQ Q
де , ,bg VS jQ
– кумулятивний вихід біогазу на оди-
ницю внесеної маси СОР власне субстратів на
момент часу i , л·кг-1СОР; , ,bg VS TQ
– кумулятив-
ний вихід біогазу на одиницю внесеної маси СОР
власне субстратів на момент завершення періоду
спостережень, лн.СН4·кг-1СОР; – частка залиш-
кового виходу біогазу, % до , ,bg VS TQ ;
LAGT
– три-
валість лаг-фази, діб; k – константа швидкості
виходу біогазу, доба-1.
Результати досліджень та їх обговорення.
За результатами проведених досліджень встанов-
лено, що зменшення лінійних розмірів фракцій
соломи пшениці шляхом механічного подрібнен-
ня призводить до покращення кінетики виходу
біогазу в періодичному процесі метанового бро-
діння, проте практично не позначається на вели-
чині біодоступного потенціалу виходу СН4 на
одиницю маси СОР (рис. 2). Разом з тим, екстру-
зія соломи призводить як до покращення кінети-
ки виходу біогазу, навіть у порівнянні з механіч-
но подрібненою соломою, так і до збільшення
величини біодоступного потенціалу виходу СН4.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 93
Рис. 2. Зміна питомого кумулятивного виходу СН4 зі зразків соломи пшениці в часі.
Fig. 2. Specific cumulative methane yields from straw samples versus time.
З рис. 2 видно, що після завершення періо-
ду лаг-фази процесу величина абсолютного
приросту кумулятивного виходу СН4 за рівні
проміжки часу збільшується більш інтенсивно
під час зброджування екструдованої соломи
ПСП (в більшій мірі) та подрібнених зразків
соломи СП_п (в меншій мірі), у порівнянні з не
подрібненими зразками СП_н /п. Відповідно,
досягається більш високе значення найвищої
кумулятивної швидкості виходу СН4 при збро-
джуванні зразків ПСП (0,130 лн. СН4·кг-1·доба-1)
та СП_п (0,102 лн. СН4·кг-1·доба-1), у порівнянні
зі зразками СП_н/п (0,066 лн. СН4·кг-1·доба-1), і
такі значення досягаються за порівняно мен-
ший проміжок часу, як видно з рис. 3. Подібні
висновки можна зробити при порівнянні зраз-
ків екструдованої та механічно подрібненої су-
міші соломи пшениці та сої.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 94
Рис. 3. Зміна кумулятивної швидкості виходу СН4 в часі для зразків соломи пшениці.
Fig. 3. Cumulative rate of methane yields from straw samples versus time.
Серед досліджених, за показниками виходу біогазу /метану, найбільш результативним виявився
зразок екструдованої соломи пшениці ПСП (табл. 2).
Таблиця 2. Показники виходу біогазу при періодичному метановому бродінні зразків соломи.
Table 2. Biogas output parameters under batch anaerobic digestion of straw samples.
Зразки соломи →
ПСП
n=5
СП_п
n=2
СП_н/п
n=3
ПСПС
n=3
СПС_п
n=3
ПСР
n=2
Показники ↓
Кумулятивний вихід біогазу
(н.у.) на одиницю внесеної маси,
л·кг-1
417
s=15
341
s=17
336
s=11
332
s=28
271
s=3
319
s=8
– // – на одиницю внесеної СОР,
л·кгСОР
-1
482
s=19
419
s=21
412
s=13
395
s=33
338
s=3
391
s=10
Кумулятивний вихід CH4 на оди-
ницю внесеної маси, лСН4·кг-1
228
s=8
191
s=7
191
s=2
184
s=22
146
s=5
177
s=0
– // – на одиницю внесеної маси
СОР, лСН4·кгСОР
-1
264
s=10
234
s=9
234
s=3
234
s=26
182
s=6
216
s=0
Ступінь конверсії СОР в біогаз,
%
62,6
s=1,9
54,0
s=3,1
51,2
s=2,5
50,7
s=3,1
42,9
s=0,7
50,0
s=0,3
Середня концентрація CH4, % об.
54,8
s=1,0
55,9
s=0,6
56,7
s=1,3
55,1
s=2,2
53,8
s=1,5
55,3
s=1,4
Константа швидкості виходу
біогазу k, доба-1
0,122
s=0,005
0,101
s=0,006
0,060
s=0,007
0,131
s=0,025
0,102
s=0,005
0,121
s=0,007
Примітки: s – стандартне відхилення; n – число врахованих повторів; н.у. – об’єм за нормальних умов (273 К, 1013 hPa)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 95
Екструзія соломи пшениці дозволяє збільши-
ти величину питомого виходу СН4 на 10–16%,
екструзія суміші соломи пшениці (75%) та сої
(25%) – на 25–33%. Помітно більший вплив екст-
рузії суміші соломи та сої на величину потенціалу
виходу СН4 можна пояснити, імовірно, більш
складною нативною структурою лігно-
целюлозного комплексу соломи сої. При цьому,
додавання 25% соломи сої призводить до змен-
шення, у порівнянні з соломою пшениці, величини
біодоступного потенціалу виходу біогазу на 22–
23%.
За величиною константи швидкості виходу
біогазу k найбільш результативним виявився зра-
зок екструдованої суміші соломи пшениці та сої
ПСПС – 0,131 доба-1, а для зразків гранул з соло-
ми пшениці та з соломи ріпаку такий коефіцієнт
встановлено фактично на тому ж рівні – 0,121–
122 доба-1.
Висновки. Одним з раціональних методів
попередньої обробки соломи для виробництва з
неї біогазу може бути екструзія. Зменшення лі-
нійних розмірів фракцій соломи дозволяє покра-
щити кінетику, проте не впливає на величину бі-
одоступного потенціалу виходу біогазу. Попере-
дня обробка соломи екструзією дозволяє покра-
щити кінетику, навіть у порівнянні з тонким ме-
ханічним подрібненням, і при цьому дозволяє
помітно збільшити біодоступний потенціал вихо-
ду біогазу.
1. Гізбуллін Н.Г. Солома: паливо і добриво
/ Біоенергетика. – №2, 2013. – с. 22–24.
2. Bakker, R.R.C., Elbersen, H.W., Poppens, R.P., &
Lesschen, J.P. (2013). Rice Straw and Wheat Straw-Potential
Feedstocks For the Biobased Economy. NL Agency.
3. Lynd, L.R., Weimer, P.J., van Zyl, W.H. &
Pretorius, I.S. (2002). Microbial Cellulose Utilization:
Fundamentals and Biotechnology. Microbiology and Molecular
Biology Reviews, 66(3), pp. 506–577.
4. Noike, T., Endo, G., Chang, J.-E., Yaguchi, J.-I. &
Matsumoto, J.-I. (1985). Characteristics of carbohydrate
degradation and the rate-limiting step in anaerobic digestion.
Biotechnology and Bioengineering, 27(10), pp. 1482–1489.
5. Henrik B. Møller, Mogens Møller Hansen. Briquettes
of straw and dry grass double biogas production / FiB no. 47,
March 2014. – p. 3–5.
6. Bauer A. et al. Analysis of methane potentials of
steam-exploded wheat straw and estimation of energy yields of
combined ethanol and methane production. Journ. Biotech.;
2009; 142. p. 50–55.
7. Фльонц, І.В., Підховна, С.М., Голяш, Н.М. (2014).
Попередня обробка екструдованої соломи пшениці розчином
Са(ОН)2 з метою підвищення виходу біогазу. Науковий вісник
НУБіП України. Серія: Техніка та енергетика АПК, (194).
8. Голуб, Г.А., & Гох, В.В. (2012). Використання жо-
му і меляси в суміші з соломою для виробництва біога-
зу. Науковий вісник Національного університету біоресурсів
і природокористування України. Серія: Техніка та енергети-
ка АПК, (170 (2)), 74–80.
9. Dererie, D.Y., et. Al. (2011) Improved bio-energy
yields via sequential ethanol fermentation and biogas digestion
of steam exploded oat straw, Bioresource Technology 102,
4449–4455.
10. Lei, Z., et al. (2010) Methane production from rice
straw with acclimated anaerobic sludge: Effect of phosphate
supplementation. Bioresource Technology 101, 4343–4348.
11. Zhong, W., et al. (2011) Comparison of chemical and
biological pretreatment of corn straw for biogas production by
anaerobic digestion, Renewable Energy 36, 1875–1879.
12. Song, Z., Liu, X., Yan, Z., Yuan, Y., & Liao, Y.
(2014). Comparison of seven chemical pretreatments of corn
straw for improving methane yield by anaerobic digestion. PloS
one, 9(4), e93801.
13. Laurinovica, L., Jasko, J., Skripsts, E., &
Dubrovskis, V. (2013). Biochemical methane potential of
biologically and chemically pretreated sawdust and straw.
In Proceedings of the 12th International Scientific Conference:
Engineering for Rural Development (pp. 468–471).
14. Alan Sherrard. Breaking the straw to biogas
conundrum. 2016. (Режим електронного доступу:
https://bioenergyinternational.com/feedstock/breaking-the-straw-
to-biogas-conundrum )
15. Biomethane from straw. (Режим електронного дос-
тупу: http://www.verbio.de/en/products/verbiogas/biomethane-
from-straw/)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКА-
ЗАТЕЛЕЙ ВЫХОДА БИОГАЗА В ПРОЦЕССЕ ПЕРИО-
ДИЧЕСКОГО МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ СОЛОМЫ
П.П. Кучерук1, кандидат технических наук,
Ю.Б. Матвеев1, кандидат физико-математических наук,
В.О. Рудская2, студент.
1Институт технической теплофизики НАН Украины
03057 г. Киев, ул. Желябова 2А.
2Национальный технический университет Украины «Киевс-
кий политехнический институт им. И. Сикорского»
03056 г. Киев, пр-т Победы 37.
Определено потенциал выхода биогаза из образцов гранул
соломы пшеницы, сои и рапса. Проанализировано влияние
механического измельчения, а также экструзии соломы
пшеницы на потенциал и скорость образования биогаза.
Для анализа констант скорости выхода биогаза было ис-
пользовано уравнение распада первого порядка. Библ. 15,
табл. 2, рис. 3.
https://bioenergyinternational.com/feedstock/breaking-the-straw-to-biogas-conundrum
https://bioenergyinternational.com/feedstock/breaking-the-straw-to-biogas-conundrum
http://www.verbio.de/en/products/verbiogas/biomethane-from-straw/
http://www.verbio.de/en/products/verbiogas/biomethane-from-straw/
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 96
Ключевые слова: метановое брожение, биогаз, константа
скорости выхода биогаза, потенциал выхода биогаза, соло-
ма, гранулы.
REFERENCES
1. Gizbullin N.G. Straw: fuel and fertilizer / Bioenergy. –
№2, 2013. – p. 22–24.
2. Bakker, R.R.C., Elbersen, H.W., Poppens, R.P., &
Lesschen, J.P. (2013). Rice Straw and Wheat Straw-Potential
feedstocks for the Biobased Economy. NL Agency.
3. Lynd, L.R., Weimer, P.J., van Zyl, W.H. &
Pretorius, I.S. (2002). Microbial Cellulose Utilization:
Fundamentals and Biotechnology. Microbiology and Molecular
Biology Reviews, 66(3), pp. 506–577.
4. Noike, T., Endo, G., Chang, J.-E., Yaguchi, J.-I. &
Matsumoto, J.-I. (1985). Characteristics of carbohydrate
degradation and the rate-limiting step in anaerobic digestion.
Biotechnology and Bioengineering, 27(10), pp. 1482–1489.
5. Henrik B. Møller, Mogens Møller Hansen. Briquettes
of straw and dry grass double biogas production / FiB no. 47,
March 2014. – p. 3–5.
6. Bauer A. et al. Analysis of methane potentials of
steam-exploded wheat straw and estimation of energy yields of
combined ethanol and methane production. Journ. Biotech.;
2009;142. p. 50–55.
7. Fliontz, І.V., Pidkhovna, S.M., Goliash, N. М. (2014).
Preliminary treatment of extruded wheat straw with Ca (OH)2
solution to increase biogas output. Scientific Herald of the
National University of bioresources and nature use of Ukraine.
Series: Machinery and Power Engineering in agro-industrial
complex, (194).
8. Golub, G.А., Ghoh, V.V. (2012). Use of SBP and
molasses in a mixture with straw for biogas
production. Scientific Herald of the National University of
bioresources and nature use of Ukraine. Series: Machinery and
Power Engineering in agro-industrial complex, (170 (2)), 74–80.
9. Dererie, D.Y., et. Al. (2011) Improved bio-energy
yields via sequential ethanol fermentation and biogas digestion
of steam exploded oat straw, Bioresource Technology 102,
4449–4455.
10. Lei, Z., et al. (2010) Methane production from rice
straw with acclimated anaerobic sludge: Effect of phosphate
supplementation. Bioresource Technology 101, 4343–4348.
11. Zhong, W., et al. (2011) Comparison of chemical and
biological pretreatment of corn straw for biogas production by
anaerobic digestion, Renewable Energy 36, 1875–1879.
12. Song, Z., Liu, X., Yan, Z., Yuan, Y., & Liao, Y.
(2014). Comparison of seven chemical pretreatments of corn
straw for improving methane yield by anaerobic digestion. PloS
one, 9(4), e93801.
13. Laurinovica, L., Jasko, J., Skripsts, E., &
Dubrovskis, V. (2013). Biochemical methane potential of
biologically and chemically pretreated sawdust and straw.
In Proceedings of the 12th International Scientific Conference:
Engineering for Rural Development (pp. 468–471).
14. Alan Sherrard. Breaking the straw to biogas
conundrum. 2016. (Режим електронного доступу:
https://bioenergyinternational.com/feedstock/breaking-the-straw-
to-biogas-conundrum )
15. Biomethane from straw. (Режим електронного дос-
тупу: http://www.verbio.de/en/products/verbiogas/biomethane-
from-straw/)
SYNOPSES
Given the scale of the formation and prevalence, as well as
taking into account compliance with the set of criteria for
sustainable development in the production of energy from
renewable sources, the production of biogas from straw looks
promising in Ukraine.
The effective production of biogas from straw in CSTR
reactors requires its pretreatment. The main purposes of this
pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a
result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of
the specific surface and porosity of the material, decrease of
crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an
increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw,
the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of
hydrophobic properties. The promissing method in regard to
biogas production is the straw extrusion (straw pellets
production), which combines fine mechanical grinding and
thermal effect.
In this study the biogas yield potential from wheat straw
samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically
milled wheat straw with a linear particle size L<2 mm and wheat
straw processed by extrusion (in the form of pellets with a
diameter D=6,4 mm) was experimentally investigated in batch
reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of
wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw
pellets were studied. All samples were inoculated at the straw
VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of
the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1.
It was found that reducing the linear sizes of wheat straw
fractions leads to an increase in the first order rate constant of
the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but
practically does not affect the amount of bioavailable potential of
the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS.
Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4
yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and
soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the
most effective was the sample of extruded mixture of wheat
straw and soybean k=0,131 day-1, and for samples of wheat
straw and rape straw, constant k was estimated at the same level
0,121–0,122 day-1.
Thus, reducing the linear size of straw fractions can
improve the kinetics, but does not affect the amount of
bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by
extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison
with fine mechanical shredding, and at the same time allows to
significantly increase the bioavailable potential of biogas yield.
https://bioenergyinternational.com/feedstock/breaking-the-straw-to-biogas-conundrum
https://bioenergyinternational.com/feedstock/breaking-the-straw-to-biogas-conundrum
http://www.verbio.de/en/products/verbiogas/biomethane-from-straw/
http://www.verbio.de/en/products/verbiogas/biomethane-from-straw/
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 97
РЕФЕРАТ
З огляду на масштаби утворення та поширеність, а та-
кож з врахуванням відповідності критеріям сталого розвит-
ку виробництва енергії з відновлюваних джерел, в Україні
може бути перспективним виробництво біогазу з соломи.
Ефективне виробництво біогазу з соломи в реакторах
типу CSTR вимагає її попередньої обробки. Основними за-
дачами такої обробки є збільшення біодоступності целюлози
внаслідок руйнування лігноцелюлозних комплексів, збіль-
шення питомої поверхні та пористості матеріалу, зниження
кристалічності целюлози. Така обробка повинна призвести
до збільшення швидкості гідролізу органічних сполук соло-
ми, біодоступного потенціалу виходу біогазу та зниження
гідрофобних властивостей соломи. Перспективним методом
обробки соломи для виробництва з неї біогазу, є її екструзія
(виробництво гранул соломи), що поєднує в собі високий
ступінь механічного подрібнення та термічний вплив.
У цій роботі було досліджено потенціал виходу біогазу
зі зразків соломи пшениці з лінійним розміром часток L=10–
150 мм, механічно подрібненої соломи пшениці з лінійним
розміром часток L<2 мм та екструдованої соломи пшениці
(у вигляді гранул з діаметром D=6,4 мм) в біореакторах пе-
ріодичної дії при температурі 36±1°С. Також було дослі-
джено на потенціал виходу біогазу зразки гранул із суміші
соломи пшениці (75%) та соломи сої (25%), а також гранули
з соломи ріпаку. Всі зразки соломи було початково змішано
з інокулятом зі співвідношенням маси органічної речовини
зразків до маси органічної речовини інокуляту 0,50–0,55,
при цьому початкова концентрація органічної речовини
зразків соломи у сумішах складала 25,1±0,4 гСОР∙кг-1.
Виявлено, що зменшення лінійних розмірів фракцій
соломи пшениці призводить до збільшення константи швид-
кості виходу біогазу 1-го порядку з 0,060±0,007 доба-1 до
0,101±0,006 доба-1, але практично не впливає на величину
біодоступного потенціалу виходу CH4, яку встановлено на
рівні 191 лн.СН4•кгСОР-1.
Екструзія соломи пшениці дозволяє збільшити пито-
мий вихід CH4 на 10–16%, екструзія суміші соломи пшениці
(75%) та соломи сої (25%) – на 25–33%. Найбільше значення
константи швидкості виходу біогазу 1-го порядку k=0,131
доба-1 встановлено для зразків екструдованої суміші пше-
ничної соломи та соломи сої, а для зразків соломи пшениці
та соломи ріпаку, значення константи k оцінено на рівні
0,121–0,122 доба-1.
Таким чином, зменшення лінійного розміру фракцій со-
ломи призводить до збільшення швидкості, але не впливає на
величину біодоступного потенціалу виходу біогазу. Поперед-
ня обробка соломи екструзією дозволяє збільшити швидкість
виходу біогазу, навіть у порівнянні з тонким механічним по-
дрібненням, і в той же час дозволяє суттєво збільшити вели-
чину біодоступного потенціалу виходу біогазу.
Стаття надійшла до редакції 19.04.18
Остаточна версія 12.06.18
|
| id | veorgua-article-152 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:04:01Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/72/4b273d2249c3bdd89e9497c087063672.pdf |
| spelling | veorgua-article-1522026-07-18T06:32:11Z EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКА-ЗАТЕЛЕЙ ВЫХОДА БИОГАЗА В ПРОЦЕССЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ СОЛОМЫ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВИХОДУ БІОГАЗУ В ПРОЦЕСІ ПЕРІОДИЧНОГО МЕТАНОВОГО БРОДІННЯ СОЛОМИ Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets метанове бродіння біогаз константа швидкості виходу біогазу потенціал виходу біогазу солома гранули метановое брожение биогаз константа скорости выхода биогаза потенциал выхода биогаза солома гранулы Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine. The effective production of biogas from straw in CSTR reactors requires its pretreatment. The main purposes of this pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of the specific surface and porosity of the material, decrease of crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw, the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of hydrophobic properties. The promissing method in regard to biogas production is the straw extrusion (straw pellets production), which combines fine mechanical grinding and thermal effect. In this study the biogas yield potential from wheat straw samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically milled wheat straw with a linear particle size L&lt;2 mm and wheat straw processed by extrusion (in the form of pellets with a diameter D=6,4&nbsp;mm) was experimentally investigated in batch reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw pellets were studied. All samples were inoculated at the straw VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1. It was found that reducing the linear sizes of wheat straw fractions leads to an increase in the first order rate constant of the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but practically does not affect the amount of bioavailable potential of the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS. Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4 yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the most effective was the sample of extruded mixture of wheat straw and soybean&nbsp; k=0,131 day-1, and for samples of wheat straw and rape straw, constant k was estimated at the same level 0,121–0,122 day-1. Thus, reducing the linear size of straw fractions can improve the kinetics, but does not affect the amount of bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison with fine mechanical shredding, and at the same time allows to significantly increase the bioavailable potential of biogas yield. Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine. The effective production of biogas from straw in CSTR reactors requires its pretreatment. The main purposes of this pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of the specific surface and porosity of the material, decrease of crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw, the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of hydrophobic properties. The promissing method in regard to biogas production is the straw extrusion (straw pellets production), which combines fine mechanical grinding and thermal effect. In this study the biogas yield potential from wheat straw samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically milled wheat straw with a linear particle size L&lt;2 mm and wheat straw processed by extrusion (in the form of pellets with a diameter D=6,4&nbsp;mm) was experimentally investigated in batch reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw pellets were studied. All samples were inoculated at the straw VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1. It was found that reducing the linear sizes of wheat straw fractions leads to an increase in the first order rate constant of the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but practically does not affect the amount of bioavailable potential of the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS. Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4 yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the most effective was the sample of extruded mixture of wheat straw and soybean&nbsp; k=0,131 day-1, and for samples of wheat straw and rape straw, constant k was estimated at the same level 0,121–0,122 day-1. Thus, reducing the linear size of straw fractions can improve the kinetics, but does not affect the amount of bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison with fine mechanical shredding, and at the same time allows to significantly increase the bioavailable potential of biogas yield. З огляду на масштаби утворення та поширеність, а також з врахуванням відповідності критеріям сталого розвитку виробництва енергії з відновлюваних джерел, в Україні може бути перспективним виробництво біогазу з соломи. Ефективне виробництво біогазу з соломи в реакторах типу CSTR вимагає її попередньої обробки. Основними задачами такої обробки є збільшення біодоступності целюлози внаслідок руйнування лігноцелюлозних комплексів, збільшення питомої поверхні та пористості матеріалу, зниження кристалічності целюлози. Така обробка повинна призвести до збільшення швидкості гідролізу органічних сполук соломи, біодоступного потенціалу виходу біогазу та зниження гідрофобних властивостей соломи. Перспективним методом обробки соломи для виробництва з неї біогазу, є її екструзія (виробництво гранул соломи), що поєднує в собі високий ступінь механічного подрібнення та термічний вплив. У цій роботі було досліджено потенціал виходу біогазу зі зразків соломи пшениці з лінійним розміром часток L=10–150 мм, механічно подрібненої соломи пшениці з лінійним розміром часток L&lt;2 мм та екструдованої соломи пшениці (у вигляді гранул з діаметром D=6,4 мм) в біореакторах періодичної дії при температурі 36±1°С. Також було досліджено на потенціал виходу біогазу зразки гранул із суміші соломи пшениці (75%) та соломи сої (25%), а також гранули з соломи ріпаку. Всі зразки соломи було початково змішано з інокулятом зі співвідношенням маси органічної речовини зразків до маси органічної речовини інокуляту 0,50–0,55, при цьому початкова концентрація органічної речовини зразків соломи у сумішах складала 25,1±0,4 гСОР∙кг-1. Виявлено, що зменшення лінійних розмірів фракцій соломи пшениці призводить до збільшення константи швидкості виходу біогазу 1-го порядку з 0,060±0,007 доба-1 до 0,101±0,006 доба-1, але практично не впливає на величину біодоступного потенціалу виходу CH4, яку встановлено на рівні 191 лн.СН4•кгСОР-1. Екструзія соломи пшениці дозволяє збільшити питомий вихід CH4 на 10–16%, екструзія суміші соломи пшениці (75%) та соломи сої (25%) – на 25–33%. Найбільше значення константи швидкості виходу біогазу 1-го порядку k=0,131 доба-1 встановлено для зразків екструдованої суміші пшеничної соломи та соломи сої, а для зразків соломи пшениці та соломи ріпаку, значення константи k оцінено на рівні 0,121–0,122 доба-1. Таким чином, зменшення лінійного розміру фракцій соломи призводить до збільшення швидкості, але не впливає на величину біодоступного потенціалу виходу біогазу. Попередня обробка соломи екструзією дозволяє збільшити швидкість виходу біогазу, навіть у порівнянні з тонким механічним подрібненням, і в той же час дозволяє суттєво збільшити величину біодоступного потенціалу виходу біогазу. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-06-18 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (53) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 88-98 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (53) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 88-98 Відновлювана енергетика; № 2 (53) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 88-98 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152/104 Copyright (c) 2018 P. Kucheruk, Yu. Matveev, V. Rudska https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title | EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_alt | ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКА-ЗАТЕЛЕЙ ВЫХОДА БИОГАЗА В ПРОЦЕССЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ СОЛОМЫ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВИХОДУ БІОГАЗУ В ПРОЦЕСІ ПЕРІОДИЧНОГО МЕТАНОВОГО БРОДІННЯ СОЛОМИ |
| title_full | EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_fullStr | EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_full_unstemmed | EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_short | EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_sort | experimental study of biogas output parameters in the batch anaerobic digestion of straw |
| topic | anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets |
| topic_facet | anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets метанове бродіння біогаз константа швидкості виходу біогазу потенціал виходу біогазу солома гранули метановое брожение биогаз константа скорости выхода биогаза потенциал выхода биогаза солома гранулы |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152 |
| work_keys_str_mv | AT kucherukp experimentalstudyofbiogasoutputparametersinthebatchanaerobicdigestionofstraw AT matveevyu experimentalstudyofbiogasoutputparametersinthebatchanaerobicdigestionofstraw AT rudskav experimentalstudyofbiogasoutputparametersinthebatchanaerobicdigestionofstraw AT kucherukp éksperimentalʹnoeissledovaniepokazatelejvyhodabiogazavprocesseperiodičeskogometanovogobroženiâsolomy AT matveevyu éksperimentalʹnoeissledovaniepokazatelejvyhodabiogazavprocesseperiodičeskogometanovogobroženiâsolomy AT rudskav éksperimentalʹnoeissledovaniepokazatelejvyhodabiogazavprocesseperiodičeskogometanovogobroženiâsolomy AT kucherukp eksperimentalʹnedoslídžennâpokaznikívvihodubíogazuvprocesíperíodičnogometanovogobrodínnâsolomi AT matveevyu eksperimentalʹnedoslídžennâpokaznikívvihodubíogazuvprocesíperíodičnogometanovogobrodínnâsolomi AT rudskav eksperimentalʹnedoslídžennâpokaznikívvihodubíogazuvprocesíperíodičnogometanovogobrodínnâsolomi |