PREŠOVSKÁ UNIVERZITA V PREŠOVE

FAKULTA HUMANITNÝCH A PRÍRODNÝCH VIED

ENERGETICKÁ BILANCIA BIOPLYNOVEJ STANICE

V KAPUŠANOCH PRI PREŠOVE

Diplomová práca

Študijný program: Ekológia

Študijný odbor: Všeobecná ekológia a ekológia jedinca a populácií

Školiace pracovisko: Katedra ekológie

Školiteľ: Ing. Lenka Bobuľská, PhD.

Konzultant: Mgr. Ján Sarvaš

Prešov 2017

Bc. Jozef Kožej

2

Čestné vyhlásenie

Čestne vyhlasujem, že som záverečnú prácu vypracoval samostatne na základe svojich

vedomostí a s použitím uvedenej literatúry.

Prešov 21.04.2017 _______________________________

3

Poďakovanie

Týmto sa chcem poďakovať konzultantovi Mgr. Jánovi Sarvašovi riaditeľovi

výskumno-vzdelávacieho a informačného centra bioenergie v Kapušanoch za odborné

rady, praktické poznámky a možnosti realizovania výskumu v tomto centre, ktorému je

táto diplomová práca venovaná. Mojej školiteľke Ing. Lenke Bobuľskej, PhD.za jej

odborné vedenie, ktoré mi poskytla pri vypracovaní tejto diplomovej práce.

4

ABSTRAKT

KOŽEJ, Jozef. Energetická bilancia bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove

[diplomová práca]. Prešovská univerzita v Prešove (Prešov, Slovensko). Fakulta

humanitných a prírodných vied. Katedra ekológie. Školiteľ: Ing. Lenka Bobuľská, PhD.

Konzultant Mgr. Ján Sarvaš. Stupeň odbornej kvalifikácie: magister Prešov: FHPV PU,

2017. s.63

Predkladaná práca podáva literárny prehľad o energetickom využití biologicky

rozložiteľného energetického materiálu. Poukazuje na možnosť využitia aj iných variantov

energetického využitia rastlín pri tvorbe bioplynu a poukazuje na ich základné

charakteristiky. Zaznamenáva priebeh tvorby bioplynu v jednotlivých častiach procesu

tvorby a taktiež využitia daného materiálu. V práci sú obsiahnuté najčastejšie riziká pri

tvorbe bioplynu ale hlavne dôsledky, ktoré vznikajú pri činnosti bioplynových staníc.

Zaznamenáva základné skúmané laboratórne techniky, vďaka ktorým dokážeme zistiť

charakter vstupných a výstupných zložiek. Význam práce spočíva v definovaní základných

energetických vlastností bioplynovej stanice a jej rizík na životné prostredie. Hlavne v

dnešných energetických cieľoch spočívaných na obnoviteľných zdrojoch energie. Cieľom

práce je vyhodnotiť základné problémy vo fermentačnom cykle a to podať teoretické

poznatky o procesoch tvorby bioplynu, aspekty ovplyvňujúce samotnú tvorbu a ich

percentuálne zastúpenie vo vstupnom a východiskovom materiáli. Podať bilanciu tvorby

bioplynu v priebehu skúmania a to vo forme laboratórneho výskumu.

Kľúčové slová:

Biomasa. Bioplyn. Zdroje. Riziká

5

ABSTRACT

Kožej, Jozef. The energy balance in the biogas plant Kapušany near Prešov [Magister

thesis]. Prešov University in Presov (Presov, Slovakia). Faculty of Humanities and Natural

Sciences. Department of Ecology. Supervisor: Ing. Lenka Bobuľská, PhD. Consultant Mgr.

Ján Sarvaš. Qualification level: Master of Presov: FHPV PU, 2017. p.63

This work serves literary overview of the energy use of biodegradable material energy. It

points to the possibility of using other variants of the energy use of biogas plants in the

formation and points to their essential characteristics. It records the progress of the

formation of biogas in different parts of the process of creation as well as the use of the

material. The paper contained the most common risks in developing biogas but especially

the consequences arising from the operation of biogas plants. Records examined basic

laboratory techniques which can detect the nature of the input and output components.

Importance of the work consists in defining the basic energy properties of biogas and its

environmental risk. Especially in today's energy objectives resting on renewable energy

sources. The aim of this work is to evaluate underlying problems in the fermentation cycle

and to submit theoretical knowledge about the processes of formation of biogas aspects

affecting the very creation and their percentage of the input and the starting material.

Submit balance the formation of biogas in the course of the investigation in the form of

laboratory research.

Keywords:

Biomass. Biogas. Resources. Risks

6

Obsah

ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK .............................................................................. 8

ZOZNAM SKRATIEK .......................................................................................................... 9

ÚVOD .................................................................................................................................. 10

1. CHARAKTERISTIKA BIOPLYNOVEJ STANICE ...................................................... 11

1.1.Biomasa ...................................................................................................................... 14

1.2. Bioplyn ...................................................................................................................... 17

1.2.1. Hydrolýza ........................................................................................................... 18

1.2.2. Acidogenéza........................................................................................................20

1.2.3. Acetogenéza........................................................................................................20

1.2.4. Metanogenéza......................................................................................................20

2. VSTUPY DO BIOPLYNOVEJ STANICE ..................................................................... 21

2.1. Kostrava trsťovníkovitá (Festuca arundinacea L. Schreb) ...................................... 22

2.2.Kukurica siata (Zea mays L.) ..................................................................................... 22

2.3. Cirok obyčajný (Sorgum vulgare L.) ........................................................................ 23

2.4.Ozdobnica čínska(Miscanthus sinensis L.) ................................................................ 23

2.5. Alternatívne vstupy do bioplynovej stanice. ............................................................. 24

3. OPTIMALIZÁCIA BIOPLYNOVEJ STANICE ............................................................ 25

3.1. Riziká sledované pri činnosti BPS. ........................................................................... 26

4. CIEĽ PRÁCE ................................................................................................................... 30

5. METODIKA PRÁCE A JEDNOTLIVÉ POSTUPY ...................................................... 31

5.1.Prevedenie vzoriek do kvapalného skupenstva .......................................................... 31

5.2. Kapilárna izotachoforéza 33

5.3. Analýza uhlíka, vodíka, dusíka a síry cez analyzátor CHNS-O ............................... 34

5.5. Stanovenie ťažkých kovov pomocou atómovej absorpčnej spektrometrie ............... 37

5.6. FOS/TAC metóda...................................................................................................... 38

VÝSLEDKY A DISKUSIA ................................................................................................ 40

7

ZÁVER ................................................................................................................................ 48

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY ............................................................................... 49

PRÍLOHY ............................................................................................................................ 57

8

ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK

Obr. 1 Schéma bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove...........................................13

Obr.2 Mikrovlnný systém ETHOS ONE (MILESTONE)...................................................32

Obr.3 Analyzátor CHNS-O FLASH 2000 (Scientifics).......................................................35

Obr.4 Kalorimeter IKA C 200..............................................................................................37

Obr.5 AAS analyzátor ZEEnit 700 P (Analytik Jena)..........................................................38

Obr.6 Titračná metóda podľa Nordmanna II........................................................................39

Tabuľka 1. Vyhodnotenie vlhkosť a sušinu z konkrétnych miest BPS................................40

Tabuľka 2. Vyhodnotenie prítomnosti vybraných prvkov z konkrétnych miest BPS.........40

Tabuľka 3. Sledovaných parametrov sušiny a digestátu v 10. Vzorkách............................41

Tabuľka 4. Vyhodnotenie ťažkých kovov desiatich odobratých vzoriek kukuričnej siláže42

Tabuľka 5. Výsledky CHNS-O analýzy desiatich vzoriek kukuričnej siláže......................42

Tabuľka 6. Výsledky CHNS-O analýzy desiatich vzoriek digestátu...................................43

Tabuľka 7. Vyhodnotenie FOS/TAC počas skúmaného obdobia........................................44

Tabuľka 8. Znázornenie korelácie medzi dosiahnutými výslednými hodnotami FOS/TAC

analýzy.................................................................................................................................45

Tabuľka 9. Popis procesu a opatrení vyhodnocujúci pomery FOS/TAC analýzy...............45

Tabuľka 10. Posledného sledovania kukuričnej siláže a digestátu......................................46

9

ZOZNAM SKRATIEK

ATP- adenozíntrifosfát

BPS- bioplynová stanica

EÚ- Európska únia

HCl- kyselina chlorovodíková

H2SO4- kyselina sírová

CH4- metán

MO- mikroorganizmy

MŽP- Ministerstvo životného prostredia

OSN- Organizácia spojených národov

CO2- oxid uhličitý

PD- poľnohospodárske družstvo

TUR- trvalo udržateľný rozvoj

TTP- trvalé trávnatý porast

H2- vodík

ŠOPK SR- Štátna ochrana prírody a krajiny Slovenskej republiky

10

ÚVOD

Všetky štáty a zastúpenia štátnej moci majú za úlohu riadiť zverené územie alebo

majetok tak, aby vytváral hodnotu. Vytváraná hodnota pre spoločnosť má byť aj

udržateľná. Touto problematikou sa práve zaoberá trvalo udržateľný rozvoj (TUR). Je to

spoločný bod pre spoločenské, ekonomické a prírodné hodnoty. Tento rozvoj dbá na to,

aby daná spoločnosť ľudí neustále rástla či po ekonomickej alebo sociálnej stránke, ale

nezabúda na životné prostredie a jeho zložky. Prvým prúdom, ktorý definoval TUR bolo

valné zhromaždenie OSN v roku 1987. Poukázalo na potrebu pozorovania zdrojov či už

prírodných, ekonomických alebo sociálnych a nachádzať medzi nimi konsenzus, ktorý by

vyhovoval všetkým a neobmedzil nikoho. Tento princíp do svojich legislatív sa zaviazali

prijať všetky prítomné štáty (Moldan 1996). Ďalším dokumentom, ktorý rozvíja myšlienku

TUR je Agenda 21. Schválená na zhromaždení národov OSN v roku 1992. Vymedzuje

dvadsaťjeden priorít, v ktorých sa štáty zaväzujú k environmentálnym aktivitám

zameraným v rámci ochrany planéty. Práve tieto dokumenty nás majú priviesť na

udržateľný rast po ekonomickej, sociálnej a ekologickej ceste. Je na nás, aby sme využívali

dostupné zdroje nie len ekonomicky ako to je vo väčšine prípadov, ale dbať aj na

ekologickú stránku. Vytvárať energiu z ekologicky prijateľných zdrojov. Využívať zdroje,

ktoré pri svojej premene nepoškodzujú životné prostredie a vytvárajú dostatočne potrebné

množstvo energie pre spoločnosť. Práve bioplynové stanice sú jednou alternatívnou

možnosťou energetického využitia prírodných zdrojov bez poškodzovania životného

prostredia. Všetky procesy tvorby energie aj tej alternatívnej sú sprevádzané rizikami.

Bioplynové stanice majú taktiež riziká, ale pri ich porovnaní s inými alternatívnymi

formami tvorby energie ich množstvo je markantné. Dôležitou úlohou všetkých foriem

tvorby energie je nezabúdať, na aký účel boli vyvinuté a aký prínos majú prinášať pre

spoločnosť a hlavne pre životné prostredie.

11

1. CHARAKTERISTIKA BIOPLYNOVEJ STANICE

Bioplynová stanica je systém zariadení, v ktorých prebiehajú procesy za vzniku

bioplynu. Je to systém založený na ekologickom využití odpadu, kde anaeróbnou

fermentáciou a nasledovným spálením bioplynu v kogeneračnej jednotke vzniká energia

(Bačík 2008). Medzi základné zariadenia BPS je fermentátor ,kde sú vytvorené vhodné

podmienky pre mikroorganizmy, vďaka ktorým sa z biologicky rozložiteľného materiálu

vytvorí bioplyn, ktorý je následne spálený v kogeneračnej jednotke. V kogeneračnej

jednotke sa pri spálení vytvorí odpadové teplo a samotná elektrická energia, ktorá je

zavedená do siete. Vďaka BPS sú schopné jednotlivé spoločnosti a poľnohospodárske

družstvá zužitkovať biologicky rozložiteľný odpad. Medzi takýto odpad môžeme zaradiť

rôzne druhy rastlinného a živočíšneho odpadu, z ktorého vytvoria dva základné typy

energie. Tepelnú, ktorú môžu využiť na vykurovanie alebo ohrev vody a elektrickú, ktorú

využijú pri používaní elektrických zariadení v spoločnosti alebo družstve. Po fermentácií

vzniká odpad. Tento odpad je nasledovne využívaný ako hnojivo pre obsah veľkého

množstvo živín a minerálov. Toto hnojivo obsahuje dostatočné množstvo potrebných živín,

aby danú pôdu obohatilo a navrátilo jej úrodnosť, ktorú poľnohospodári využijú pri

nasledovnom pestovaní plodín. (Rudos 2016). Bioplynové stanice sa delia podľa materiálu,

ktorý využívajú zo vstupných surovín do BPS. Najpočetnejšou a najviac využívanou BPS

sú poľnohospodárske bioplynové stanice, ktoré využívajú rastlinné a živočíšne odpady zo

svojej produkcie. Menšou skupinou sú komunálne bioplynové stanice, ktoré do zmesi

rastlinných a živočíšnych odpadov pridávajú komunálny odpad teda odpad z domácností,

ktorý je možné biologicky rozložiť. Poslednou najmenej využívanou BPS je priemyselná,

kde k zmesi rastlinných a živočíšnych odpadov je pridávaný odpad z priemyslu (Mužík,

Kára 2009).

Medzi najčastejšie prínosy bioplynových staníc pre životné prostredie je výroba

energie a tepla, ktorú podnik využíva. Táto energia je využívaná priamo pri činnosti

bioplynovej stanice, no taktiež pokrýva energetické požiadavky samotného podniku

a zvyšnú energiu je podnik schopný predať do verejnej energetickej siete. Využitie

substrátu z bioplynovej stanice (odpad) a digestátu na opätovné navrátenie do pôdy vo

forme účinných hnojív. Tieto hnojivá sú obohatené o zvýšené množstvo minerálnych látok.

Výhodou energetického využitia biologicky rozložiteľného odpadu je práve znižovanie

množstva CH4.(metánu), ktorý vzniká pri skládkovaní biologicky rozložiteľných odpadov

na bežných skládkach. Práve v týchto prípadoch v rámci rozkladu týchto odpadov uniká

12

veľké množstvo metánu do ovzdušia. Mobilizácia živín pre rastliny patrí medzi ďalšie

výhody BPS. Dostupné živiny nachádzajúce sa z výslednej produkcie bioplynovej stanice

sú lepšie prijateľné pre rastliny, tým ich rastlina dokáže rýchlejšie využiť a vytvárať

žiaducu produkciu (Švec 2010). V procese fermentácie a v samotnej vyhnívacej nádrži sa

obmedzí klíčivosť semien burín nachádzajúcich sa vo vstupnom substráte a produkcia MO

vo vyprodukovanom substráte bioplynovej stanice. Samotná tvorba bioplynu je klimaticky

neutrálna energia, ktorá neovplyvňuje vlastnosti klímy ako je to u iných foriem tvorby

energie. Zneškodňovanie odpadov bolo a je základnou myšlienkou využitia bioplynových

staníc ako zdroj environmentálneho procesu narábania s odpadmi. Biologicky rozložiteľné

odpady sú a budú vždy prítomné a práve ich energetické využitie sa prejavuje ako

najefektívnejšie. Veľké množstvo týchto odpadov je využiteľných z miestnych zdrojov, čo

môže priniesť aj efektívny prínos pri probléme nezamestnanosti v regióne. Všetky tieto

prínosy pre životné prostredie závisia od substrátu aký sa využije ako vstup do BPS.

Bioplynové stanice tvoria systém ochrany pred únikom metánu do ovzdušia. (Rudos 2016)

Bioplynová stanica v Kapušanoch pri Prešove bola vybudovaná pri

Poľnohospodárskom družstve Kapušany v roku 2006. V rámci spolupráce s Ekonomickou

univerzitou v Bratislave sa pri bioplynovej stanici vybudovalo výskumné stredisko. Ako

väčšina poľnohospodárskych družstiev v rámci Slovenska sa aj na poľnohospodárskom

družstve v Kapušanoch pri Prešove zaoberajú nie len rastlinnou výrobou ale aj živočíšnou

výrobou. Práve táto skutočnosť dáva veľký význam bioplynovej stanici na produkciu

metánu CH4. Tento typ bioplynu sa práve tu spracováva z maštaľného hnoja (aj hnojovica),

organických odpadov z priemyslu a domácností, ale najčastejším zdrojom substrátu sú

energetické rastliny (Polák et al. 2009)

13

Obr. 1 Schéma bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove (autor 2017)

Najdôležitejšou časťou bioplynovej stanice je fermentačná nádrž, ktorá v prípade

bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove je o objeme 500 m3. Pre udržanie lepšej

izolácie je táto fermentačná nádoba uložená v zásobnej nádrži s objemom 1000 m3. Vo

fermentačnej nádrži sa vytvorí až 85 % bioplynu pri teplote 40-50 oC. Substrát vo

fermentačnej nádobe je v rovnakej hladine ako v zásobnej nádrži, pričom sú obe tieto

nádrže spojené. Zásobník plynu je vyhotovený z plastu pripomínajúci plastový vak o

objeme 85m3. Zásobník je uložený v oceľovej veži. V strojovni sa nachádza kogeneračná

jednotka typu TEDOM, ktorá dosahuje výkon 180 kW. V bioplynovej stanici sú

inštalované kompletné rozvody teplej vody, výmenník tepla, ktorý má primárny a

sekundárny okruh. Sekundárny okruh slúži na ohrev budov, ohrev nádrží a taktiež aj na

ohrev výmenníka sušičky. Odpadové teplo z bioplynovej stanice je zo 60 % až 70 % v

zimnom období vrátené späť do procesu tvorby bioplynu, a to na ohrev fermentačnej

nádrže. Zvyšné teplo je využívané na ohrev úžitkovej vody a taktiež na vykurovanie. Je

veľmi nevyhnutné pracovať citlivo pri procese produkcií plodín na energetické účely.

Najrizikovejším okamihom pri produkcií je riziko tvorby monokultúr v

14

poľnohospodárskom procese. Toto riziko má nepriaznivý vplyv nie len na úrodnosť pôdy,

ale aj riziko zmeny cien surovín na výrobu potravín. Tu platí paradox, že výkupná cena

suroviny na bioplyn je vyššia ako surovina na výrobu potravín. Pre túto skutočnosť sa veľa

poľnohospodárov a PD pretransformovalo na výrobu a produkciu energetických rastlín.

Ale tento stav nepriaznivo pôsobí a deformuje trhové prostredie pre produkciu potravín.

Bioplynová stanica v Kapušanoch pri Prešove spracováva exkrementy a kukuričnú siláž pri

percentuálnom podiele 30 % ku 70 %. Pri dodržiavaní vyhnívacieho procesu pri 34 oC.

Proces fermentácie je kontinuálny čo vyžaduje plnenie nádrže až dvakrát denne. Za 24

hodín sa fermentačná nádrž naplní 10-12 tonami substrátu. Ako plnenie nádrže tak aj

vyprázdňovanie nádrže je kontinuálne. V procese anaeróbnej fermentácie sa bioplyn

sústreďuje v hornej časti nádrže. Z hornej časti je odvádzaný potrubím do valcového

plynojemu. V nádržiach sa nachádzajú 4 miešadlá, ktoré sú poháňané motorom o výkone

7,5 kW (Polák a kol.. 2009).

Základné technické údaje bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove na PD. Kapušany.

Fermentátor s objemom 1600 m3

Dodržiavaná prevádzková teplota 34 o C

Doba kontaktu 32 dní

Vákuový plynojem o objeme 150 m3( oddelený)

Kogeneračná jednotka TEDOM T-180 s výkonom 180 kW

Vyrobený bioplyn o hodnote 60-80 m3/h čo predstavuje 1440-1920 m3/deň

Zbytkové teplo 4 600-5 200 kWh/deň

Elektrický prúd, ktorý je 100% dodávaný do verejnej siete predstavuje hodnotu 4 000-

4 200 kWh/1deň (Polák a kolektív 2009)

1.1 Biomasa

Biomasa je hmota biologického pôvodu, ktorá sa vytvára pri raste rastlín a

živočíchov. Je to energia viazaná v tele rastlín a živočíchov. V rastlinách je produkovaná

slnečným žiarením kde pomocou fotosyntézy sa toto žiarenie ukladá vo forme organických

látok, ktoré rastlina využíva na svoj rast a zvyšné látky ukladá vo svojom tele. U

živočíchov sa biomasa vytvára vďaka metabolizmu, kde sa z organických látok vytvárajú

anorganické látky a zvyšky organických látok sú ukladané v tele organizmu alebo sú

pomocou vylučovania vrátené naspäť to prostredia. Biomasa je týmto spôsobom zdrojom

15

energie nie len pre samotné rastliny a živočíchy, ale človek ju dokáže pretvoriť na

elektrickú, tepelnú energiu alebo pohonnú hmotu. Teda biomasa je forma energie

prírodného pôvodu, ktorá je obsiahnutá vo všetkých sférach ekosystému. Biomasa je

tvorená aj v odpadoch vyprodukovaných človekom, ktoré dokážeme energeticky a

biologicky rozložiť, pričom vznikne bioplyn. Pri energetickom využití biomasy

zabraňujeme unikaniu metánu (CH4) do prostredia čo má za následok zníženie

skleníkového efektu. (Jandaček 2007; Apalovič, 1999) Biomasu zaraďujeme medzi

obnoviteľný zdroj energie, ktorý už bol využívaný v minulosti predovšetkým vo forme

vytvárania kompostov alebo samotných hnojív, ktoré boli aplikované na pôdu, čo malo a

má za následok zvýšenie úrodnosti pôdy. Je to jediný ekologicky získaný zdroj uhlíka,

ktorý môže nahradiť fosílne palivá. Tento zdroj uhlíka je viazaný chemickými väzbami v

telách organizmov ale aj v ich zvyškoch a produktoch metabolizmu. Táto forma energie je

obsiahnutá aj v odpadoch vyprodukovaných človekom teda komunálny, poľnohospodársky

a priemyselný odpad (Hronec 2007; Šúri 2004). Každá forma biomasy predstavuje

hmotnosť organizmu na jednotku plochy a je vyjadrená ako energia vytvorená za deň (J.m-

2.deň-1). Jednotka plochy je vyjadrená buď na plochu zemského povrchu alebo na plochu

vody. Práve preto aj na plochu vody, lebo biomasu vytvárajú aj rastliny rastúce vo vodnom

prostredí alebo živočíchy v ňom žijúce. V pomere tvorby biomasy sú najväčším

producentom práve primárni producenti, kam zaraďujeme rastliny. V procese fotosyntézy

sa premieňajú anorganické látky na organické a tým sa vytvára veľké množstvo biomasy.

Túto biomasu môžeme vyjadriť dvoma spôsobmi a to čistá a hrubá biomasa. Hrubá

biomasa je celková hmotnosť biomasy, ktorú vytvorili rastliny, so všetkými časťami tela

rastliny. Čistá biomasa je ukrátená o časti rastlín, ktoré rastlina potrebuje pre svoju

existenciu a zabezpečenie prežitia. (Jureková a Kotrla 2008)

Biomasu môžeme rozdeliť podľa viacerých hľadísk MŽP SR (2016) rozdeľuje

biomasu podľa produkčného odvetvia na 4 skupiny.

a. poľnohospodárska biomasa - kde sú zaradené rastlinné zvyšky a exkrementy živočíchov

a účelovo pestované plodiny s vysokým energetickým využitím.

b. lesná biomasa- kde sú zaradené všetky časti stromov ako aj samotné palivové drevo , do

tejto skupiny zaradzujeme aj rýchlorastúce dreviny.

c. odpady z drevospracujúceho priemyslu- sú to odpady z výrobných procesov ako sú

odrezky, hobliny a piliny.

16

d, komunálny odpad- sú to všetky formy komunálneho odpadu, ktorý je možné energeticky

využiť, ako je napríklad tuhý odpad, ktorý je možné spáliť, biologicky rozložiteľný odpad,

skládkový plyn a kalový plyn.

Biomasu Jandaček (2007) rozdeľuje podľa pôvodu na 4 skupiny

a. Fytomasa - sú to zvyšky alebo celé jednoročné alebo viacročné rastlíny

b. Dendromasa- je biomasa z drevných častí rastlín ako sú pne, drevo, konáre

c. Zoomasa- tvoria ju zvyšky živočíchov a ich exkrementy

d. Komunálne a priemyselné odpady- komunálny a priemyselný odpad, ktorý je možné

energeticky využiť.

Jandaček (2007) rozdeľuje biomasu do troch základných skupín zdrojov biomasy

pre BPS a to na poľnohospodársku biomasu, ktorá sa delí na fytomasa, zoomasa, kde

fytomasa tvorí rastlinnú zložku časti rastlín a ich zvyšky. Zoomasa predstavuje produkciu

metabolizmu živočíchov a ich samotné zvyšky. Druhú skupinu tvorí lesná biomasa, ktorá

zahŕňa všetky kry a stromy vyprodukované v lesnom ekosystéme ako aj mimo lesného

ekosystému. Prevažnú časť tohto typu biomasy tvorí takzvaná drevo štiepka. Najnižšie

percento vstupu do bioplynových staníc tvoria priemyselné a komunálne odpady. Tvoria

nízke percento z dôvodu možnosti, že takýto odpad môže byť kontaminovaný a môže

inhibovať proces fermentácie.

Zloženie biomasy

Zloženie biomasy sa odlišuje od jej pôvodu a charakteru, ale keď berieme do úvahy

fakt že najväčšie percento biomasy tvoria zelené rastliny a jej zvyšky, tak jej zloženie

môžeme popísať a charakterizovať podľa zloženia zelených rastlín. Preto v chemickom

zložení rastlín má najväčšie percentuálne zastúpenie uhlík (C), potom nasleduje vodík (H2)

a kyslík (O2). Pri základnej reakcii oxidácii medzi uhlíkom a vodíkom dochádza k

uvoľneniu tepelnej energie. Ako všetky zlúčeniny aj biomasa patrí medzi zložky, ktoré sú

zložené z viacerých komponentov. Medzi také zložky môžeme zaradiť prvky ako je síra

(S), chlór (Cl) a dusík (N2). Je to len zlomok prvkov, ktoré tvoria biomasu. Tieto tri prvky

sú ale najpočetnejšie a tvoria takzvanú škodlivú časť biomasy. Sú zložkami škodlivých

látok, ktoré pri spaľovaní znečisťujú životné prostredia. Medzi presnejšie a definujúce

chemické zloženie rastlinnej biomasy patrí približný obsah lignínu (25 %) a

17

polysacharidov (75 %). Medzi základné a významné polysacharidy nachádzajúce sa v

rastlinnej biomase patrí celulóza a hemi-celulóza (Kontuľ 2006). Chemické zloženie má

veľký vplyv na výťažnosť biomasy vo forme bioplynu. Medzi základnými chemickými

zložkami biomasy sú obsahy sacharidov a lipidov a ich vzájomný pomer ako napríklad

pomer podielu celulózy a hemi-celulózy a lignínu. Vytvára rozdielny charakter procesu

fermentácie, čo vplýva na výnosnosť biomasy. Degradácia biomasy na bioplyn je tým

odlišná a je potrebné vyberať správne druhy biomasy do procesu fermentácie čo nám

zabezpečí nízke náklady ale vysoké výnosy (Janíček et al., 2007).

Prehľad základných chemických zložiek a ich rozklad

Lignín patrí medzi zlúčeniny so slabou biologickou rozložiteľnosťou. Tvorí súčasť

rastlinnej biomasy a je zložkou materiálov, ktoré pochádzajú z rastlinnej biomasy ako sú

napríklad organické hnojivá. Pre svoju slabú biologickú rozložiteľnosť sa nachádza vo

zvyškoch po procese anaerobnej fermentácie. (Jelemenský a kol. 2013) Lipidy patria

medzi zložky biomasy s nízkym obsahom atómov kyslíka čo zabezpečuje vysokú

výťažnosť metánu zo všetkých dostupných substrátov. Základnou zložkou všetkých

lipidou je výskyt vyšších mastných kyselín s dlhými alifatickými reťazcami. Rizikovými

vlastnosťami lipidov v procese fermentácie je hydrofóbnosť a možnosť tvorby peny.

Polysacharidy sú polymolekuly s dlhými reťazcami sacharidov. Medzi najčastejšie

polysacharidy patrí škrob, celulóza a hemi-celulóza. Tieto najčastejšie polysacharidy sú

súčasťou rastlinných biomás. Z tejto skupiny polysacharidov je najlepšie a najjednoduchšie

rozložiteľný škrob. Celulóza je rozložiteľná v procese hydrolýzy iba za prítomnosti

celulolytických enzýmov, ktoré sú produktom hydrolytických mikroorganizmov. Posledná

základná zložka hemi-celulóza je rozložiteľná pomocou enzýmovej hydrolýzy. V

porovnaní celulózy a hemi-celuózy je celulózu komplikovanejšie rozložiť ako hemi-

celulźu. Proteíny majú vo svojich molekulách obsiahnuté heteroatómy, a to najmä síru a

dusík. Pri rozklade proteínov sa dusík mení na amoniak. Veľké množstvo amoniaku

spôsobuje inhibíciu tvorby metánu čo spomaľuje samotný proces tvorby bioplynu. Proteíny

patria medzi ľahko a dobre rozložiteľné zložky rastlinnej biomasy (Dohányos 2008).

1.2 Bioplyn

Princípom tvorby bioplynu je vyhnívanie biomasy za pomoci mikroorganizmov a

ich schopnosť produkcie metánu a ten považujeme za bioplyn. Vyhnívanie je teda proces,

kde sa zložité organické látky premieňajú na jednoduchšie organické látky, dokonca až na

mikroprvky. Tento zložitý proces prebieha bez prístupu kyslíka a v dostatočnej vlhkosti.

18

Proces, pre ktorý je takýto postup príznačný je fermentácia. Dostatočná vlhkosť a

primeraná teplota má za následok že sa aktivujú metánové baktérie. Fermentácia bez

prístupu kyslíka (anaeróbna fermentácia), je zložitý biochemický, chemický, fyzikálny

proces pri, ktorom sa biomasa premení na potrebný bioplyn a zbytkový materiál po

fermentácií. Teplota, pri ktorej tento proces prebieha je od 0 do 70 oC. Tento proces

nevyvíja teplo ale vyvíja horľavý plyn, ktorý sa využije na výrobu tepla alebo na výrobu

elektrickej energie a práve pri tvorbe elektrickej energie sa toto teplo uvoľňuje (Michal

2005). Proces fermentácie prebieha v 4 fázach, pričom ak len jedna fáza vypadne môže to

znamenať inhibíciu (spomalenie) alebo až úplné zastavenie procesu fermentácie. Celý

proces premeny vstupného substrátu je veľmi zložitý nie len pre materiálové zabezpečenie

ale hlavne pre zabezpečenie optimálnych podmienok v jednotlivých fázach fermentácie.

Každý typ mikroorganizmov vyžaduje iné teplotné ale hlavne pH podmienky. Príkladom

sú acidogénne a metanogénne baktérie, ktoré majú odlišné požiadavky na teplotu na

optimálnu hodnotu pH, nutričné hodnoty a toto všetko zabezpečí aj ich rozdielny rast a

práve táto problematika je najkomplikovanejšia pri tvorbe bioplynu. (Váňa a Slejška

1998). Pri optimalizácií výkonu bioplynovej stanice je veľmi dôležité aby jednotlivé fázy

fermentácie prebehli až do konca, a preto zmes bioodpadu prechádza do jednotlivých fáz

postupne v časových intervaloch (Pastorek, Kára, Jevič, 2004). Prevažné množstvo

mikroorganizmov potrebných v procese fermentácie sa nachádza priamo na alebo v

substráte. Preto sú do substrátu taktiež vkladané exkrementy hospodárskych zvierat, ktoré

obsahujú fakultatívne anaeróbne, aeróbne a anaeróbne baktérie. Ich množstvo je

dostačujúce na to, aby zabezpečili dostatok mikroorganizmov pre jednotlivé procesy

fermentácie (Maga a Pisczczalka 2006).

1.2.1 Hydrolýza

Táto časť fermentácie nevyžaduje anaeróbne podmienky, práve naopak, v tejto fázy

je kyslík potrebný, lebo tu dochádza k rozkladu polymérov na monoméry, teda rozklad

zložitých organických látok na jednoduchšie organické látky. Počas tohto procesu musí

vlhkosť presahovať 50 % hmotnostného podielu biomasy. Tento chemický proces je

definovaný ako rozklad daného substrátu v nadbytku vody pri pôsobení vhodného

katalyzátora (Godgrey & West 1996). Hydrolýza má viacero podôb. Odlišnosti medzi

jednotlivými hydrolýzami sú na základe vlastností substrátu a na základe vkladaných

katalyzátorov. Ako dôležitý druh hydrolýzy je vhodné uviesť hydrolýzu škrobu. Tento typ

hydrolýzy predstavuje dôležitý krok v prípade úpravy substrátov, ktoré obsahujú škrob.

19

Celý proces hydrolýzy prebieha v zriedení substrátu v takom dostatočnom množstve, aby

účinok katalyzátora bol dostatočný. V tomto príklade hydrolýzy sa ako katalyzátor

využívajú ióny vodíka, čo predstavuje kyslú hydrolýzu alebo využite enzýmov, a to

amylolytických enzýmov alebo kombinácia enzýmov a kyselín (Giorno & Drioli, 2000).

Kyslá hydrolýza zahŕňa využitie kyselín najčastejšie je to HCl v rôznych typoch

koncentrácií ( Vo všeobecnosti substrát, ktorý obsahuje 40% suspenzií škrobu sa využíva

koncentrácia v rozsahu 0,02-0,03 mol.dm-3 v účinku počas 5-8 minút na substrát). V

teplotných rozsahoch 135-150°C. Výsledkom tejto časti sú dextríny, oligosacharidy,

maltóza a glukóza (Kodet, Babor, 1991). Po tomto procese môžeme charakterizovať stupeň

hydrolýzy škrobu pomocou takzvaného glukózového ekvivalentu (GE), čo znázorňuje

číslo, ktoré charakterizuje percentuálne množstvo voľnej glukózy v obsahu hydrolyzátu.

Napríklad GE= 0, hydrolyzát neobsahuje glukózu. Zase opačný príklad GE=100,

hydrolyzát je tvorený iba glukózou. Enzýmová hydrolýza má produkty tie isté. Jedná veľká

výhoda tejto formy hydrolýzy škrobu je práve v lepšej definovateľnosti produktu a proces

je prehľadnejší a regulovateľnejší. Pri tomto type vznikajú menšie počty reverzných

produktov, čo zabezpečuje v podstate čistejší hydrolyzát. Tento typ hydrolýzy je

ovplyvňovaný kvantitou a kvalitou enzýmov, teplotou, pH, koncentráciou substrátu,

koncentráciou vzniknutého produktu a látkami, ktoré majú charakter inhibítora a

nachádzajú sa v prostredí (Horváthová et al. 2001). Hraničnou teplotou enzýmovej

hydrolýzy je 80°C, pri ktorej dochádza ku denaturácií enzýmov. Preto sa hľadajú

termostabilnejšie enzýmy, čo by zabezpečilo zvýšenie rýchlosti reakcií, o čom svedčí

pravidlo čím vyššia teplota, tým rýchlejšia reakcia (Horváthová et.al. 2000). Enzýmová

hydrolýza prebieha v dvoch stupňoch. Prvým stupňom je stekutenie substrátu načo sa

využívajú stekuťujúce amylázy (napr. termostabilnej α-amylázy – producenti Bacillus

licheniformis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus amyloliquefaciens), kde produktom sú

dextríny s rôzne dlhými reťazcami, malé množstvá glukózy a maltózy (Tomazic a

Klibanov 1998; Rivera et al. 2003). Druhým stupňom je scukornatenie substrátu.

Scukornatenie je štiepenie rozpustených dextrínov. Na nižšie sacharidy sa uplatňuje

glukoamyláza v kombinácii s pululanázou. (Tsutsumi et al. 2002; van der Maarel et al.,

2002, Horváthová et al. 2001). Amylolytické enzýmy, ktoré sú prevažne využívané pri

hydrolýze tohto typu sú mikrobiálneho pôvodu. Najvhodnejšími rodmi baktérií sú Bacillus

sp., Streptomyces sp. alebo Pseudomonas sp. V niektorých typoch sa ale využívajú aj huby,

kde príkladom môže byť Thermomonospora alebo Aspergillus, ale huby sa využívajú len

ojedinele (Griash 2003).

20

1.2.2 Acidogenéza

Fáza procesu fermentácie je zameraná k odstráneniu kyslíka z masy. Anaeróbne

prostredie vytvoria fakultatívne mikroorganizmy schopné prežiť a rozmnožovať sa za

prítomnosti aj bez kyslíka. Prostredie je vytvorené pre mikroorganizmy, ktoré sú schopné

prežiť aj pri prítomnosti kyslíka ale aj bez prítomnosti kyslíka v takomto prostredí pôsobia

extracelulárne enzýmy. V tejto fáze sú produktom karboxylové kyseliny, alkoholy vyššie

ako metanol a plyny v podobe H2 a CO2. (Michal 2005).

1.2.3 Acetogenéza

Táto fáza je už komplikovanejšia v ohľade tvorby výstupov z tejto fázy. Vstupujú

do procesu také mikroorganizmy, ktoré zaraďujeme medzi acidogenické baktérie

rozkladajúce vyššie organické kyseliny na kyselinu octovú a plyny H2 a CO2. (Michal

2005).

1.2.4 Metanogenéza

V tomto procese fermentácie acetotrofné baktérie rozkladajú predovšetkým

kyselinu octovú na výstupný plyn metán a oxid uhličitý a hydrogéntrofné baktérie

produkujú rozkladom vodíka a oxidu uhličitého metán. V tomto procese sa vyskytujú

baktérie, ktoré sú schopné prevádzať oba typy rozkladu a to metanogénne baktérie. Proces

metanogenézy prebieha výlučne v anaeróbnych podmienkach (Kára, Pastoek, Přibyl, 2007;

Maga a Piszczalka 2006; Váňa a Slejška 1998). Metanogenéza patrí medzi

najkomplikovanejšie procesy tvorby bioplynu kde všetky dôležité metabolické procesy sú

naviazané na membránu rastlinnej bunky. V procese metanogenézy práve posledný

produkt kyselina octová a alkohol i vzniknuté plyny H2 a CO2 sú dôležité na tvorbu

metánu. Tieto premeny je možné považovať ako sled za sebou nasledujúcich reakcií

(Majerník a kol. 2007). Metanogénne baktérie pre svoju optimálnu produkciu potrebujú

zaručiť optimálne pH v rozmedzí 7 až 7,5 (Váňa a Slejška 1998).

Zjednodušený popis metanogenézy:

CH3COOH → CH4 + CO2

4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2 H2O

Metabolická dráha pri metanogenéze má dve podstatné fyziologické funkcie, kde

prvou je viazanie anorganického uhlíka do všetkých štruktúr bunky. Tvorba molekuly ATP

21

patrí medzi druhú funkciu metanogenézy. Práve pre tieto funkcie je metanogenéza veľmi

dôležitá pre životaschopnosť každej jednej metanogénnej bunky (Majerník a kol. 2007).

2. VSTUPY DO BIOPLYNOVEJ STANICE

Základným princípom vzniku bioplynových staníc na Slovensku je zníženie

bioodpadu. Medzi najväčších tvorcov bioodpadu zaraďujeme poľnohospodárske podniky

alebo družstvá, v ktorých vznikajú dva druhy poľnohospodárskeho bioodpadu a to

fytomasa a zoomasa. Tieto druhy biomasy sa podieľajú na chode bioplynovej stanice. Ich

kombináciou sa vytvára vysoko energetický vstup do bioplynovej stanice. Bioplynová

stanica je komplexné zariadenie, ktoré vyžaduje pre svoju činnosť dostatok kvalitného

materiálu v podobe organického substrátu. Tento organický substrát musí mať vysoké

energetické vlastnosti. Tieto energetické vlastnosti danej organickej hmoty musia byť

dobre zachované aj počas skladovania. Pre celoročnú činnosť bioplynovej stanice je takáto

vlastnosť substrátu veľmi potrebná (Wanner 1996). Zdroje fytomasy a zoomasy podľa

Michálek a kol. (2013), kde ich rozdeľuje do troch skupín. Prvú a najčastejšiu skupinu

tvorí pestovaná fytomasa, ktorá je účelovo pestovaná pre bioplynové stanice. Využívajú sa

rastliny s vysokým obsahom polysacharidov. Medzi takéto rastliny patria obilniny Ich zber

z polí je možný v troch fázach, a to buď v mliečnej zrelosti (obsah sušiny je 20-22%), vo

voskovej zrelosti (obsah sušiny je 50 – 60 %) a zrelá rastlina. Tieto tri fázy sa zberajú v

podobe celej čerstvej rastliny alebo v podobe siláži. Ďalšími účelovo pestovanými

rastlinami je kŕmna kapusta a rýchlorastúce dreviny, ktoré sa zberajú v podobe štiepky

alebo rezačky. Druhú skupinu tvoria rastlinné odpady z poľnohospodárskej produkcie.

Patrí tu slama z obilnín, olejnín a kukurice; plevy z obilnín; vňať zo zemiakov, cukrovej

a kŕmnej repy; biomasa z trvalo trávnatých porastov vo forme sena a senáže; rastlinné

zvyšky, ktoré už nie je možné skŕmiť alebo iným spôsobom využiť. Poslednú tretiu

skupinu tvoria živočíšne odpady, vznikajúce pri chove poľnohospodárskych zvierat. Tam

patrí hnoj, hnojovica a močovka pri chove kráv, oviec, kôz, koní, prasiat, hydiny a iných

hospodárskych zvierat. V energetickom priemysle je veľa zdrojov schopných vytvárať

energiu. V pravom slova zmysle by sa dalo konštatovať, že všetky druhy rastlín je možné

energeticky využiť ale dôležitou otázkou je, či to energetické využitie danej rastliny je aj

ekologické. Klasickým spôsobom energetického využitia rastliny, ktoré človek dokáže

urobiť vo všetkých podmienkach je práve spaľovanie. Len takýto príklad energetického

využitia rastlín nie je najekologickejšie a práve preto na využitie rastlinných zdrojov boli

22

vytvorené bioplynové stanice. Pre väčšiu produkciu bioplynu sa využívajú niektoré druhy

rastlín, ktoré majú vo svojom zložení väčšie množstvo sacharidov čo vedie k väčším

výnosom a tým k navýšeniu produkcie bioplynu. Medzi takéto druhy je možné zaradiť

najčastejšie využívaný zdroj pre BPS a to kukuricu siatu. Novými možnými druhmi

využitia v bioplynových staniciach sa ukazuje ako vhodná kostrava trsťovníkovitá, cirok

obyčajný a ozdobnica čínska. Väčšina z týchto spomenutých druhov je práve

považovaných za ekvivalent pre kukuricu siatu, účelovo pestovanú už niekoľko rokov,

pričom vytvára vysoké ekologické náklady pri pestovaní (Porvaz a kol. 2009).

2.1 Kostrava trsťovníkovitá (Festuca arundinacea L. Schreb)

Tento druh zaraďujeme k trávam, ktoré svojím zložením majú veľký výnosný

potenciál. Tento druh tráv sa vyskytuje vo viacerých typoch prostredia. Najčastejšie je

zložkou TTP porastov, ale svojím charakteristickým zakoreňovaní je tiež zložkou

ďatelinových zmesí využívaných na orné pôdy. Je to rastlina s vysokou klimatickou

toleranciou. Jej základnou energetickou charakteristikou je vytváranie rýchlo starnúcich

pletív čo má za následok vysoké energetické zhodnotenie. Bez pridania hnojív je schopná

vytvoriť výnos 6,8 t.ha-1 a pri dusíkatom hnojení až 10t.ha-1 suchej biomasy. (Petříchová et

al. 2006). Patrí medzi veľmi odolné rastliny, je odolná voči hubovým ochoreniam a

nízkym stupňom vypadávaniu semien. (Římavský et al. 1989).

Kostrava patrí k rastlinám s vysokým pokrytím typov pásiem až po subalpínske pásmo, čo

ju zaraďuje k rastlinám schopným rásť na stanovištiach s rôznym fyzikálnym zložením

pôd. Teda hodnoty pH sú veľmi tolerantné. (Velich et al. 1994). Kladnou charakteristikou

je, že dobre znáša zmeny pôdnych a klimatických zmien na stanovišti. Príkladom je

obdobie sucha alebo opačne obdobie dažďa, kde je schopná rásť na zamokrených

stanovištiach a dokonca aj na stanovišti s vyššou hladinou spodných vôd (Petřichová et al.

2006). Rýchle starnutie porastu kostráv vytvára kladný aspekt vo forme dobrého

vysychania biomasy, čo má za následok využitia kostrávy na spaľovanie. Preto sa

pestovanie kostravy trsťovníkovitej na energetické účely považuje za veľmi vhodné

(Moudrý 2008). Pre využitie rastliny v bioplynových staniciach je odporúčaný a vhodný

skorý zber, kde rastlina je ešte zelená a jej obsah sušiny sa pohybuje v rozmedzí od 25-

40% (Havlíčková et al. 2007).

2.2 Kukurica siata (Zea mays L.)

Významnou rastlinou, ktorá má takéto vlastnosti patrí práve kukurica siata.

Kukurica siata sa skladuje ako konzervant vo forme kukuričnej siláže. Pre výrazné

23

vlastnosti vo forme konzervovania ale aj iné prednostné vlastnosti zaraďujú kukuricu siatu

ku najviac využívaným substrátom pre bioplynové stanice. Medzi takúto vlastnosť môže

patriť práve jej veľký výnosný potenciál. kde z jedného kilogramu sušiny vychádza veľmi

dobrý výťažok bioplynu. Ďalšou výhodou je vysoký výber hybridov, kde každý hybrid má

iný výťažok sušiny. Iná doba zrelosti a práve najvýhodnejšia vlastnosť je široká klimatická

tolerancia. Z historického hľadiska je práve kukurica druh, ktorý sa najdlhšie pestuje práve

pre účel siláže, ktorý bol využívaný pre prikrmovanie hovädzieho dobytka a neskôr našiel

svoj účel aj pri tvorbe bioplynu. Tento spôsob využívania kukurice ako siláže je tradičný v

našich klimatických podmienkach.(Fuksa, Hakl 2009) ). Transpiračný koeficient, ktorý

znázorňuje ako hospodári s vodou sa pohybuje 300 l.kg–1 sušiny (Porvaz 2008). V

bioplynových staniciach sa využíva kukurica siata ako základný vstupný substrát.

Kukuričná siláž predstavuje najvyššie hodnoty výnosov potrebných pri použití v

bioplynovej stanici (Vrzal, Novák et al. 1995).

2.3 Cirok obyčajný (Sorgum vulgare L.)

Cirok obyčajný je plodina, pestuje sa predovšetkým na potravinárske účely ale pre

svoje účely sa využíva aj v technických smeroch. Pre využitie v poľnohospodárstve ako

kŕmna plodina, v potravinárstve na tvorbu sirupov a na využitie v bioplynových staniciach

sa využíva hybrid a to Cirok cukrový (Sorgum dochna saccharatum) (Strašil 2011). Zber

ciroku záleží na využití samotnej rastliny. Ak sa rastlina využíva na zber biomasy ako

krmovina, tým sa zabezpečí vyšší obsah bielkovín ako je to u kukurice. Zber v takomto

prípade je ešte pred vytváraním kláskov. Pre využitie ciroku ako siláže sa zber (kosenie)

prevádza v období, keď cirok vytvára klásky, v tomto období je najvhodnejšie percento

sušiny (Strašil 1995). Cukrový cirok má alternatívne využitie v pivárenskom priemysle ako

náhrada pri výrobe piva alebo pri výrobe alkoholu môže nahradiť kukuricu a jačmeň

(Špaldon 1954). Cirok cukrový má charakteristickú stavbu. Je schopný vytvárať dostatočné

množstvo biomasy a jeho priemerná produkcie výnosu zelenej biomasy sa pohybuje v

rozmedzí 30-35 t.ha-1 (Skládanka 2006). Cirok má veľmi dobrú schopnosť hospodáriť s

vodou kde na produkciu 1 kg sušiny stačí len 200 l vody čo predstavuje veľkú výhodu

oproti pestovaniu kukurice (Petříková 2011).

2.4 Ozdobnica čínska(Miscanthus sinensis L.)

Ozdobnica čínska patrí medzi druhy rastlín vhodné na energetické využitie nie len v

bioplynových staniciach (Porvaz 2008). Pestovanie ozdobnice čínskej je dlhoročným

úsilím. Jej výnosy sú dosiahnuté postupne k maximám (Moudrý a Strašil 1999). Ozdobnica

24

čínska patrí k druhom ktoré dokážu dobre hospodáriť s vodou o čom hovorí aj transpiračný

koeficient, ktorý sa pohybuje pri hodnote 250 l.kg-1 sušiny (Strašil 2009). Tento druh

rastliny má niekoľko využití. Najčastejším využitím a najviac viditeľná je v

predzáhradkách alebo záhradách, kde sa pestuje ako skrášľujúca rastlina bežných záhrad.

V poslednej dobe sa do popredia dostáva pestovanie ozdobnice čínskej na

poľnohospodárske a taktiež priemyselné účely. Pre poľnohospodárske účely môže

ozdobnica čínska tvoriť súčasť kŕmnych zmesí pre dobytok. Zaujímavejším využitím

ozdobnice čínskej je práve priemyselné využitie a to ako zdroj substrátu pre bioplynové

stanice, na spaľovanie v elektrárňach, výrobu obalových materiálov alebo aj ako zložka na

výrobu buničiny ale aj ako stavebný materiál (Jamriška 2001).

2.5 Alternatívne vstupy do bioplynovej stanice.

2.5.1Trvalé trávne porasty

Medzi trvale trávne porasty (TTP) patria lúky a pasienky využívané nie len na

pastvu ale v posledných rokoch sa tieto porasty využívajú na pestovanie tráv, ktoré sú

využívané v bioplynových staniciach. TTP predstavujú základný stabilný krajinotvorný

prvok v starostlivosti o pôdu, kde nie je možné iné poľnohospodárske využitie (Abrham,

Kovářová 2009). Z ekologického hľadiska extenzívne využívanie TTP zabezpečilo že

vznikli plochy s druhovo rozmanitým charakterom. Práve pre časový horizont trvania TTP

si niektoré početné druhy rastlín vytvorili aj počas vzájomného konkurenčného boja

jedinečné zoskupenie, ktoré charakterizuje každý typ TTP (Ružičková, Kalivoda 2007).

Všetky typy TTP tvoria aj určitú mimo produkčnú ekologickú funkciu. Práve aj pre takúto

skutočnosť sa sleduje výnosnosť TTP ale hlavne ich rozloha, čo deklaruje aj podmienka

EÚ. EÚ poukazuje nemalé finančné prostriedky na udržanie kultúrnej krajiny v západnej

Európe v podobe údržby a starostlivosti o TTP. Podľa európskej únie sa odhaduje, že z

celkovej rozlohy TTP sa môže využiť 1milón ton biomasy na energetické využitie a teda aj

vznik alternatívnej energie. Podobným zdrojom biomasy je neustále podporovanie

agropodnikateľov na zatrávnenie ornej pôdy, čo zabezpečuje vznik agroenvironmentálnych

opatrení pre vznik biomasy ale aj pre rozvoj vidieku. S nárastom ekologického povedomia

a hlavne zmenou legislatívnych noriem sa neustále zvyšuje biologicky rozložiteľný odpad

z trávnatých porastov, stromov, krovín a iných foriem verejnej zelene či z miest alebo obcí.

Takýto odpad je možné využiť na energetické zhodnotenie a to dvoma formami, mokrou

cestou anaeróbnou fermentáciou o hodnote sušiny do 35% alebo suchou cestou, spálením a

splynovaním biomasy o hodnote sušiny do 80% (Abrham, Kovářová 2009).

25

2.5.2 Invázne rastliny

Jedným z typov substrátu do bioplynových staníc sú aj druhy, ktoré sa

nekontrolovateľne rozširujú a vytláčajú pôvodné druhy. Medzi takéto druhy rastlín sa

zaraďujú takzvané invázne rastliny, ktoré boli privezené buď úmyselne alebo neúmyselne

na naše územie. Preto, že nemajú svojich prirodzených regulátorov počtu jedincov sa ich

množstvo a plocha, ktorú zaberajú neustále zväčšuje. Platná legislatíva určuje nutnosť

invázne druhy potlačovať a tým regulovať ich početnosť. Táto regulácia je zahrnutá v

metodických pokynoch ŠOPK SR. Skutočnosť, že pre energetické účely sa neustále

zväčšuje plocha pestovania energetických rastlín má za následok vytvárania veľkých plôch

monokultúr preto sa vytvárajú nové alternatívne zdroje substrátov. Medzi takýto

alternatívny zdroj je možné zaradiť práve invázne rastliny. Výhoda spočíva v tom, že ich

likvidácia potlačí rozširovanie a pritom sa vytvorí alternatívny zdroj energie. Práve preto je

potrebné vyberať si vhodné substráty a zdroje na tvorbu nových typov tvorby energie

(Fehér, Halmová 2008). Vhodným typom pre takéto energetické využitie je možnosť

použiť biomasu pohánkovca (Fallopia x bohemica ). Tento druh rastliny je typickým

príkladom invázie, ktorý bol privezený za účelom pestovania v záhradách ako okrasná

rastlina a dnes zaberá veľkú plochu až niekoľko tisíc hektárov. V súčasnosti je jeho

likvidácia veľmi časovo a hlavne finančne náročná. Najvyššie riziko práve tvorí jeho vplyv

na pôvodnú biodiverzitu, ktorú vytláča. Dnešné výskumy dokázali potvrdiť že jeho

biomasa sa dá aj energeticky využiť a nie len zlikvidovať. Práve tento druh inváznej

rastliny počas sledovania vykazoval produkciu sušiny od 26,7 po 30,7 t.ha-1 z populácie

37 jedincov (Fehér, Halmová 2008). Taktiež preukázal schopnosť akumulovať ťažké

kovy. Zatiaľ sa tento druh využíva len ako substrát pre spálenie v spaľovni. Buď je vo

forme brikety alebo štiepky a spálená za tvorby tepla alebo elektriny. Pozitívnym faktom

je, že množstvo vyprodukovaných emisií je nízky. Energetická výťažnosť sa pohybuje

okolo 19,138 MJ.kg-1 (Pastorek et.al. 2004).

3. OPTIMALIZÁCIA BIOPLYNOVEJ STANICE

Dôležitým aspektom už pri samotnom projektovaní bioplynovej stanice, je

nevyhnutné zhodnotiť aspekt udržania jej činnosti. Samotné spúšťanie procesu fermentácie

trvá niekoľko dní, čo taktiež určuje že tento spustený mechanizmus nie je až tak ľahko

úplne zastaviť. Preto už samotný projekt musí dbať na to či bioplynová stanica je potrebná

26

a hlavne o akej kapacite. Každý typ bioplynovej stanice je založený na vysokej spotrebe

substrátu a čím väčší objem fermentátora, tým je vyššia spotreba. Dôležitým krokom pri

dodržiavaní správneho chodu bioplynovej stanice je kontrola nie len vstupov a výstupov z

bioplynovej stanice, ale hlavne celého procesu. V procese tvorby bioplynu sa sledujú

všetky vplyvy, ktoré ovplyvňujú samotný priebeh tvorby. Príkladom takýchto meraní je

zistenie správneho pomeru C:N a hodnôt pH, kde hodnota by sa mala pohybovať do 6,5.

Ak hodnota klesne inhibuje sa samotný proces fermentácie. Ďalšími zložkami potrebnými

na meranie je množstvo vyšších mastných kyselín, množstvo C,N,H,S, ale aj množstvo a

prítomnosť ťažkých kovov v substráte (Hutňan et. al. 2005). Optimalizácia samotného

procesu spočíva vo výbere vhodného substrátu a o nastavení vhodných podmienok, ktoré

zabezpečia správny proces fermentácie. Dôležitý faktor pre ekonomickú stránku

bioplynovej stanice je práve hodnota vytvoreného bioplynu a z neho vytvorenej elektrickej

energie odovzdanej do verejnej siete. Samotný priebeh optimalizácie berie do úvahy všetky

aspekty v procese tvorby bioplynu. Základnou úlohou je analyzovať všetky náklady, ktoré

sú spojené nie len zo samotným procesom tvorby ale aj údržbou bioplynovej stanice a

tvorbou substrátu. Taktiež sleduje a vymedzuje všetky nepriaznivé vplyvy a činitele, ktoré

sa zvyšujú alebo znižujú. Pri zistených nedostatkoch je úlohou optimalizácie ich

eliminovať a odstrániť. Práve ich zistenie a odstránenie zabráni zvyšovaniu nákladov.

Optimálne podmienky v procese tvorby bioplynu je stav kde náklady na tvorbu sú nízke a

produkcia je vysoká. Príkladom je správne využívanie zariadenia aby pracovalo v čo

najefektívnejšom režime. Príkladom najefektívnejšieho režimu je zabezpečenie využitia

všetkých vytvorených typov energie či už elektrickej alebo tepelnej, bez veľkých strát

Vytvorenie takých podmienok, aby sme substrát čo najvýhodnejšie vyprodukovali

a najviac energeticky využili. Základným optimalizačným parametrom je práve efektivita

práce, ktorá bude priaznivá nie len pre samotný podnik ale aj pre jeho zamestnancov

(Krajanová 2005).

3.1 Riziká sledované pri činnosti BPS.

Ako každé zariadenie využívané a považované za alternatívnu voľbu produkcie

energie či elektrickej, tepelnej alebo v inej forme, má aj bioplynová stanica určité

nevýhody. Hoci tvorba bioplynu je oveľa ekologickejšia ako tvorba energetických zdrojov

z fosílnych palív, predstavuje v určitých prípadoch taktiež riziká pre životné prostredie. Sú

ojedinelé, ale možné vytvorenia aj ekologických katastrof. Samotná tvorba bioplynu je v

prírode bežná a častá. Napríklad klasickým typom formy fermentátora v prírode je zažívací

27

trakt prežúvavcov. Je to malá forma bioplynovej stanice, ktorá sa skladá z viacerých častí.

Každá časť má charakteristickú činnosť, ktorú môžeme práve prirovnať k procesom tvorby

bioplynu. Tento zažívací trakt má optimálne podmienky pre rast mikroflóry, ktorá je

schopná štiepiť celulózu na menej zložitejšie sacharidy. Vytvára bielkoviny a v tráviacom

trakte je možná syntéza vitamínov. Časť tráviaceho traktu, v ktorej je možná syntéza

bielkovín z amidov alebo amoniaku pomocou mikroflóry je bachor. Využitie prežúvavcov

ako príkladu prírodnej bioplynovej stanice je schopnosť štiepiť celulózu v zažívacom

trakte a to lignín-sacharidových väzieb, a to mechanicky, biologicky a fyzikálno

chemickými spôsobmi (Horbaj et. al.2008) Bioplynová stanica tvorí alternatívnu formu

tvorby palív ale taktiež tvorí pri svojej činnosti rôzne riziká. Nebezpečenstvá BPS tvorí ich

napĺňanie biomasou. Hlavným dôvodom je rozširovanie tejto alternatívnej formy energie

na úkor vytvorenia veľkoplošných monokultúr prevažne kukurice siatej, lebo táto plodina

má najvyšší výnos bioplynu zo všetkých doterajších používaných plodín. Priemerná

bioplynová stanica pohltí niekoľko ton takejto silážovanej kukurice. Bioplyn je hnacím

dôvodom tvorby a výstavby nových BPS lebo pri jeho využití v kogeneračnej jednotke sa

vytvorí energia využiteľná a hlavne predateľná do sústavy. Bioplynové stanice nie sú

stavané len pri poľnohospodárskych družstvách ako forma biologického zlikvidovania a

energetického využitia rastlinných a živočíšnych zvyškov, ale časť bioplynových staníc sa

stavia výlučne pre spracovanie kalu z čističiek odpadových vôd. V prípade Slovenskej

republiky sa toto množstvo takto postavených bioplynových staniciach pohybuje okolo 20

staníc mimo rezortu poľnohospodárstva (Maga 2008). Samotná tvorba netvorí príliš veľké

riziko ale hlavne to že bioplyn je zmes plynov a to predovšetkým metánu, oxidu uhličitého

a iných stopových plynných látok. Medzi takéto stopové plyny taktiež môžeme zaradiť

vodnú paru, dusík, kyslík, vodík, čpavok, sulfán. Tieto plyny sa uvoľňujú pri procese

rozkladu organického materiálu. Uvoľňujú sa pri rozklade aj bežne v prírode napríklad nad

mokraďami a rašeliniskami ale zasa nie pod takým intenzívnym množstvom nad jedným

miestom ako je to na bioplynovej stanici. Vlastnosť každého bioplynu závisí od

percentuálneho podielu základných plynov a to metánu a oxidu uhličitého. Nepríjemnou

vlastnosťou bioplynu je aj tvorba zápachu, ktorá je ostrá a nepríjemná typická pre

sírovodík (Schulz 2004). Najvyššie riziko pri prevádzkach bioplynových staníc je

vytvorený digestát. Digestát sa rozdeľuje na dva časti, na fugát, čo predstavuje kvapalnú

časť digestátu a separát, ktorý charakterizuje tuhú časť. Samotný digestát je považovaný za

výborné hnojivo, lebo obsahuje vysoké množstvá uhlíka, vodíka a prevažne dusíka pričom

jeho použitie na poľnohospodárskych pôdach zabezpečí zvýšenie úrodnosti. Práve aj táto

28

predpokladaná výhoda tvorí paradoxné riziko pre životné prostredie. Elimináciou rizík pre

životné prostredie sú práve legislatívne normy, ktoré určujú hygienické podmienky pre

digestát. Takýmito normami sú aj limitné množstvá rizikových prvkov a organizmov, ktoré

indikujú kvalitu digestátu. Pri používaní digestátu na hnojenie polí je nevyhnutné dbať na

to, aby nedošlo ku kontaminácií povrchových a podzemných vôd. Tento problém

zabezpečujú aj normy MŽP a vyhlášky EÚ, vďaka ktorým sa stala povinnosť vybudovania

pri každej bioplynovej stanici vyhnívaciu nádrž, v ktorej digestát strávi pol roka a potom je

ho možné použiť ako hnojivo na poľné kultúry (Krčalová 2008).

Tieto vymenované riziká sú najčastejšie pomenúvané a najviac tvoriace riziko pri

prevádzke bioplynovej stanice. Nie sú jediné, lebo ako pri všetkých zariadeniach sú hrozby

rôznych úrazov, porúch a možných požiarov či výbuchov možné. Práve preto sú rôzne

legislatívne nariadenia, normy a povinnosti, ktoré je potrebné dodržiavať. Bežnou realitou

býva, že sa takéto opatrenia často porušujú a stretávame sa pri rôznych nebezpečných

situáciách, ktoré čo môžu vyústiť až do ekologických katastrof. Pre elimináciu takýchto

hrozieb a účinkov na životné prostredie sú potrebné merania nie len vstupných a

výstupných materiálov z bioplynových staníc ale samotný proces tvorby bioplynu. Za

týmto účelom sú nainštalované rôzne meracie zariadenia v celej sústave bioplynovej

stanice. Sú vytvorené laboratórne postupy a merania na zistenie, čo sa nachádza v biomase

pred samotným vstupom do fermentačného cyklu, ale aj pre samotnú kontrolu

vychádzajúceho digestátu z bioplynovej stanice. Predovšetkým sú to merania obsahu

vstupujúcich a vystupujúcich prvkov ako je percentuálny obsah uhlíka, vodíka, dusíka a

síry. Taktiež je tu sledovanie množstva vzniknutých plynov a to oxidov vstupujúcich a

vychádzajúcich prvkov ale aj samotného metánu. Medzi potrebné merania vstupných

surovín do fermentačného cyklu je prítomnosť alebo neprítomnosť ťažkých kovov a ich

percentuálny obsah. Ťažké kovy tvoria širokú škálu problémov v rámci životného

prostredia. Pre ich zistenie a škálu ich zaťaženia je potrebné poznať, s akými látkami

máme dočinenie. Základné delenie ťažkých kovov je ich delenie do dvoch veľkých skupín

podľa ich využitia, charakteru a hlavne ich účinku na ľudský organizmus. Prvou skupinou

sú esenciálne ťažké kovy, ktoré sú potrebné pre ľudský organizmus ale ich nadmerné

množstvo spôsobuje škodlivé účinky. Takéto prvky sú železo, mangán, zinok, meď, kobalt

a molybdén. Najvyššie riziko tvorí skupina takzvaných neesenciálnych ťažkých kovov,

ktorých výskyt v ekosystéme vyvoláva rôzne zmeny a narušenia správneho chodu. Do tejto

skupiny zaraďujeme kadmium, arzén, urán, olovo, chróm, ortuť a striebro. Ich

29

kombináciou s inými prvkami alebo ich schopnosťou prechodu do iných skupenstiev a

iných energetických vrstiev tvoria riziko pre životné prostredie(Ďurţa a Khun 2002;

Franková a kol. 2010). Nahromadenie všetkých foriem ťažkých kovov v životnom

prostredí tvorí riziko, nie len pre ekosystém ale taktiež aj pre samotného človeka lebo

využíva všetky zdroje z ekosystému. Zasahujú do takých sfér ako je ovplyvnenie

potravinového reťazca, kde sa dokážu naakumulovať do tiel rastlín a živočíchov (Gray et

al. 2006). Tento prejav v potravinovom reťazci a v samotnom ekosystéme nemusí byť

viditeľný okamžite. Môže prejsť niekoľko dní, týždňov ale najčastejšie je to niekoľko

rokov kedy sa prejaví účinok týchto nebezpečných látok. Práve tento účinok na životné

prostredie vyvoláva potrebu ich monitorovania a vytvárania možnosti ich eliminácie z

prostredia. Pre samotný proces tvorby bioplynu má množstvo ťažkých kovov veľmi

dôležitý potenciál. Vysoké množstvo ťažkých kovov v substráte, ktorý vstupuje do cyklu

fermentácie ako biomasa môže vyvolať zmeny. Tieto zmeny sa týkajú samotnej činnosti

mikroorganizmov, ktoré v procese fermentácie vytvárajú potrebný bioplyn (Lahučký

2009).

30

4. CIEĽ PRÁCE

Cieľom tejto diplomovej práce je energetická bilancia bioplynovej stanice, ktorá má

vyhodnotiť problémy a aspekty pri tvorbe bioplynu. Aspekty, ktoré vytvárajú nepriaznivé

podmienky v procese fermentácie substrátu a vytvárajú nevhodné prostredie pre tvorbu

bioplynu. Bilancia je prevádzaná na bioplynovej stanici v Kapušanoch pri Prešove, ktorá je

vybudovaná na miestnom Poľnohospodárskom družstve. Proces sledovania týchto

problémov a aspektov je vyhodnotený vo výskumno-vzdelávacom a informačnom centre

bioenergie pri tejto bioplynovej stanici.

31

5. METODIKA PRÁCE A JEDNOTLIVÉ POSTUPY

Diplomová práca sa zaoberá energetickým zhodnotením bioplynovej stanice.

Zhodnotenie v našom prípade bolo pomocou štandardných a dostupných laboratórnych

metód. Pred začiatkom zisťovania výkonnosti a zhodnotenia činnosti bioplynovej stanice

sme urobili merania, v ktorých sme odobrali vzorku zo všetkých miest procesu

fermentácie. Vzorky boli odobrané zo vstupných materiálov ako je siláž, maštaľný hnoj,

taktiež z procesu fermentácie a to z fermentátora a defermentátora, kde sa nachádza aj

pracovná voda. Výsledné produkty, ktoré sme merali boli separát a digestát. Toto meranie

bolo zamerané na vlhkosť a percentuálny obsah vybraných prvkov. Po tomto meraní sme

sa zamerali na analýzu vstupných materiálov v našom prípade kukuričnú siláž. Analýza

vstupných materiálov spočívala zistením množstva vybraných prvkov, zistením

pH, samotnej sušiny a vlhkosti. Pre správnu činnosť bioplynovej stanice sme merali aj

výskyt ťažkých kovov. Tieto základné vlastnosti vstupného materiálu sme zisťovali

v desiatich vzorkách odobraných z kukuričnej siláže. Rovnaký postup sme zvolili aj pre

analýzu výstupného materiálu, digestátu. Porovnanie ako sa percentuálny obsah zistených

výsledkov analýz odlišoval pri kukuričnej siláži a digestátu bolo na základe štatistických

korelácií. Vlhkosť sme merali pomocou vlhkomera typu MLB50-3N. Zistenie energetickej

výťažnosti bioplynovej stanice sme robili na základe FOS/TAC analýzy. Táto analýza

prebiehala počas celej doby výskumu súbežne a to v rozmedzí rokov 2016 a 2017. Práve

táto analýza sa sleduje počas celej doby činnosti bioplynovej stanice. Na základe jej

výsledkov sme zistili energetickú bilanciu bioplynovej stanice. Počas trvania posudzovania

energetickej bilancie BP stanice v Kapušanoch pri Prešove, boli vzorky odobrané od

14.7.2016 do 2.3.2017. Vzorky pre FOS/TAC analýzu boli odobrané v týždňovom

intervale s menšou prestávkou a to v období prelomu rokov 2016 a 2017, kedy vo

výskumnom pracovisku nebolo možné realizovať analýzu. Jednotlivé pracovné postupy

boli upravené pre našu analýzu.

5.1 Prevedenie vzoriek do kvapalného skupenstva

Prevedenie tuhých vzoriek do kvapalného skupenstva zabezpečilo možnosť

viacerých typov analýz, vďaka ktorým sme mohli zistiť presne aké látky a prvky sa

nachádzajú v danej vzorke. V našom prípade sa tento proces premeny vzoriek prevádzal v

mikrovlnnom systéme ETHOS ONE (MILESTONE). Pred samotnou analýzou sme vzorky

siláže pripravili. Príprava obsahovala vysušenie vzorky pri 105 oC, kde najmenšia

hmotnosť vzorky musela mať minimálne 0,5 g suchej vzorky. Proces analýzy sme začali

32

navážením vzorky do určených teflónových nádob na toto meranie a zaznamenali sme

hmotnosť prázdnej nádoby a potom hmotnosť nádoby po naplnení vzorkou. Podľa postupu

z aplikačných listov po odvážení a zaznamenaní sme ku vzorke pridali požadované

reagenty 6 ml HNO3+2 ml H2O2 a obsah nádoby sme jemne premiešali. Pre správne

meranie sme do nádobky č.1 pridali len reagenty, lebo je vybavená senzorom a je určená

ako referenčná nádoba. Potom sme nádobky uzavreli a vložili do požadovanej pozície

polypropylénového rotora, kde každá nádobka mala svoje číslo pozície. Do referenčnej

nádoby sme vložili termočlánok. Všetky nádobky sme zakryli vrchnou polypropylénovou

platňou rotora. Potom sme prístroj zatvorili a spustili rozkladný program. Pred spustením

sme nastavili rozkladný program, kde sme vybrali metódu a zapísali sme namerané

hmotnosti vzoriek pre všetky nádobky . Po ukončení programu sme počkali, kým teplota

neklesne pod 80 oC. Prístroj vygeneroval spotrebovanú energiu vo Wattoch a namerané

výsledky sme uložili. Po uložení výsledkov sme po dobu 30 min nechali nádobky

vychladnúť aby ich teplota klesla pod 50 oC. Obsah z týchto tlakových nádob sme

kvantitatívne preliali do 50 ml odmerných baniek. Takto pripravené vzorky prevedené do

kvapalného stavu boli vhodné k ďalším analýzam (Milestone 2010)

Obr.2 Mikrovlnný systém ETHOS ONE (MILESTONE) (foto. autor, 2017)

33

5.2 Kapilárna izotachoforéza

Túto analytickú separačnú metódu zaraďujeme k elektroforetickým technikám.

Základným princípom tejto metódy je migrácia častíc, ktoré sú nabité a sú schopné pohybu

v elektrickom poli. Jednotlivé ióny sa pohybujú približne rovnakou rýchlosťou, čo má za

príčinu iný spád napätia každého z pohybujúcich sa iónov. Tieto voľné ióny sa pohybujú

po kapilárach. Prístrojové zabezpečenie je podobné ako pre kapilárnu zónovú

elektroforézu. Process izotachoforézy zabezpečujú dva typy základných elektrolitov

pričom jeden je základný, vedúci elektrolyt ( leading electrolyte, LE) a druhý elektrolyt je

koncový (terminatig electrolyte, TE). Vo vedúcom elektrolyte (LE) je obsiahnutý vedúci

ión. Tento vedúci ión musí mať väčšiu efektivitu teda pohyblivosť oproti ktorýmkoľvek

iónom vo vzorke. Koncový elektrolyt je práve opakom vedúceho elektrolytu. Teda

obsahuje koncový ión, ktorý má najnižšiu efektivitu pohybu ako ktorýkoľvek ión

nachádzajúci sa vo vzorke. Separácia aniónov nastáva pri vyplnení anódového a

separačného priestoru vedúcim elektrolytom. Najčastejším typom vedúceho elektrolytu je

chloridový a pri katodickej analýze amónny. Vedúci elektrolyt obsahuje aj takzvaný

protiión (P, Q), ktorý sa pri spojení s aniónom vytvorí tlmiacu zmes pH. Vzniknutí protiión

nie je významný v LE a TE ale ak sa nenaviaže na ióny analytu. LE sa nachádza na

anódovej časti. Koncový elektrolyt tým, že tvorí protiklad vedúcemu elektrolytu, a

nachádza sa na katódovej časti. Analyzovaná vzorka sa vkladá medzi tieto dva elektrolyty.

Jednosmerný prúd zabezpečí prechod aniónov ku anóde. V procese štartu analýzy sú

všetky ióny na rovnakom mieste s rovnakou intenzitou elektrického poľa. Práve tento fakt

zabezpečí pohyb iónov rôznou rýchlosťou (Altria 1996). Pracovný postup spočíval

prípravou meracieho zariadenia, správnou prípravou vzorky a samotným meraním. V

zariadení na kapilárnu izochatoforézu v našom prípade to bol typ ( EA 102 od firmy Villa

Labeco), sme naplnili zásobné nádobky elektrolytmi LE a TE ( LE= A5, TE = A2 ). Do

pracovných otvorov sme vložia pripravené striekačky s LE a TE. Pred samotnou analýzou

bolo potrebné prístroj kalibrovať. Po kalibrácií bol prístroj pripravený na analýzu. Do

otvoru pre vzorku sme vložili striekačku s demineralizovanou vodou, vyberali sme

pracovný postup a odmeraním sme zistili komparačný čas Comp. Up. a medzi LE a TE

Comp. Low. Po odmeraní sme pripravili odobratú vzorku digestátu. Z digestátu sme

odpipetovali 0,5 ml a vstriekli sme do skúmavky z centrifugy. Vzorka sa zriedila na 5 ml

demineralizovanou vodou na pomer 1:10. Zriedená vzorka sa vložila do centrifúgy na 25

min. pri otáčkach 6000/min. Takto pripravená vzorka bola pripravená na meranie. Z nej sa

odpipetoval číry, odstredený roztok do malej striekačky. Pred meraním vzorky sa znova

34

prepláchli kapiláry oboch kolón roztokom LE. Pripravená vzorka sa nadávkovala spolu s

roztokom TE cez trojcestný kohút. Na monitore sme sledovali analýzu najskôr

predseparačnú UP Cond a neskôr meranie na analytickej kolóne Low Cond. Pri meraní

bolo potrebné kontrolovať Copm. Up. Tento ukazovateľ musel u vzorky ukazovať vždy

vyššie hodnoty, ako u demineralizovanej vode. V piatej časti metódy sa začali vykresľovať

píky jednotlivých kyselín. Po ich vykreslení sa ukončila samotná prístrojová analýza. Na

monitore pripojeného počítača sa zobrazili výsledky analýzy do ktorej sa zaznamenal

dátum analýzy a do poznámky sa uviedla hodnota pH a teploty. Pri každej ďalšej analýze

sa vykonala kontrolná analýza demineralizovanej vody, aby sa zistila hodnota RSH

(Klouda 1996)

5.3 Analýza uhlíka, vodíka, dusíka a síry cez analyzátor CHNS-O

Rozdielne zloženie organických a anorganických látok má za príčinu použitia

odlišných metód na ich stanovenie. Práve takéto analýzy ako je CHNS-O, dokážu

roztriediť prvkové zloženie zložitých organických a anorganických molekúl látok. Pri

zistení percentuálneho množstva týchto prvkov môžeme vypočítať aké množstvo metánu

sa vyprodukuje z 1 kg siláže a digestátu. Postup pri analýze spočíval v dobrej a správnej

príprave vzoriek a príprave analyzátora. Pre meranie bolo dôležité aby prvé 2-3 pozície

autosamplera sa ponechali prázdne a tým sa vytvoril takzvaný slepý pokus, cez ktorý

analyzátor pomeriaval pozadie-šum, na ktorý neskôr urobil prepočet výsledkov. Jednu

kapsulu sme zavinuli do guličky a vložili do prvej prázdnej pozície autosamplera- pozícia

sa zapísala. Navážili sme približne 2 mg methioninu a vložili do ďalšej pozície

autosamplera. Ďalším návažkom do nasledujúcej pozície autosamplera boli približne 2 mg

methioninu štandard, Tento návažok sa odvážil na analytických váhach na 3 desatinné

miesta a zapísal. Tento posledný návažok sme zopakovali ešte raz pre správnosť merania a

našu kontrolu. Do siedmej pozície autosamplera sme naváži približne 2 mg danej vzorky

siláže a taktiež sa váha zapísala. Po príprave analyzátora už bolo možné začať meranie.

Analýzu sme začali pustením plynu O2 na tlak 2,5 barr a ,He na tlak 2,5 barr. Po tomto

úkone sa zapol počítač a samotný prístroj CHNS-0 v našom prípade CHNS-O FLASH

2000 (Scientifics). Po spustení programu sa začalo vyhrievanie pece a po dostatočnom

nahriatí bol prístroj pripravený na analýzu. Pred analýzou sme skontrolovali tesnosť

prístroja, zadali správny nosný a referenčný prietok plynu o hodnotách 0 až 3 ml/min

a zapísali sme názvy vzoriek, ich hmotnosti a pozície v autosampleri. Po ukončení týchto

úkonov sme začali s analýzou. Sledovali sme priebeh analýzy. Po skončení analýzy sme

35

prístroj vypli a sledovali sme ochladzovanie kolóny na teplotu približne 200-250oC.

Prístroj vygeneroval tabuľku dosiahnutých výsledkov(Krots, Giazz 2015).

Obr.3 Analyzátor CHNS-O FLASH 2000 (Scientifics) (foto. autor, 2017)

5.4 Stanovenie spalného tepla kalorimetrom

Spalné teplo sa stanovuje v biopalivách kalorimetrickou metódou, ktorá sa odlišuje

v prípadoch a druhoch biopalív. Rozdielne postupy sú pri biopalivách v tuhej forme a iné

sú pre biopalivá v kvapalnej forme. Každý štát si určuje normu na takéto stanovenie

biopalív. Spalné teplo je fyzikálna veličina určujúca hodnotu tepla, ktoré bolo uvoľnené

pri úplnom spálení paliva v tlakovej nádobe kalorimetra. Princípom kalorimetrického

stanovenia spalného tepla tvorí základ spálenie vzorky v prúde kyslíka pri vysokom tlaku.

Musia byť dodržiavane určité podmienky ako je napríklad teplota okolo 20oC v pomere na

jednotku hmotnosti paliva. Pri používaní kalorimetru je potrebné vykonať kalibračné

skúšky, pri ktorých sa zistí tepelná kapacita kalorimetru a pri tejto teplote kalorimeter

pracuje najefektívnejšie. Postup kalibrácie spočíva spálením certifikovaného paliva, kde vo

väčšine prípadov sa využíva kyselina benzoová. Dodržujú sa podmienky podľa certifikátu

kyseliny. Časový interval analýzy záleží od toho o aký kalorimeter ide a hlavne aká látka

sa skúma. Každé skúmané palivo je potrebné pred analýzou upraviť do vhodnej podoby,

kde jeho tvar musí byť optimálne veľký do tlakovej nádoby kalorimetra. Po dokončení

analýzy sa ako zvyšok vyprodukuje plynný dusík, kyslík, oxid siričitý, oxid uhličitý,

36

kvapalná voda a tuhé častice v podobe popola. Pred samotnou analýzou sa musel vybrať

správny postup pre dané skúmané palivo. Príkladom postupu aký sme použili je, že sme

pred analýzou otvorili tlakovú kyslíkovú bombu a nastavili tlak na hodnotu 3,0-3,5 baru.

Zapli sme kalorimeter a naliali sme 2l vody o teplote 18-25oC do plniacej nádoby

kalorimetra. V tomto procese sa ovzdušnila nádoba kalorimetra. Počas procesu

ovzdušňovania sme pripravili vzorku zo skúmaného paliva- siláže. Odvážili sme približne

1000 g analyzovanej vzorky siláže. Pre lepšiu manipuláciu sme si zo vzorky siláže

vytvorili tabletu, tak že návažku sme nasypali do valca lisu. Vylisovali sme si tabletu.

Zvážili sme prázdny keramický téglik, hodnotu sme zapísali. Potom sme do tohto téglika

vložili tabletu a postup sme zopakovali. Na drôt zapaľovacieho adaptéra sme navliekli

zapaľovací knôtik. Pripravenú tabletu v tégliku sme vložili do zapaľovacieho adaptéra,

nazývaného bomba. Adaptér sme uzavreli a natlakovali sme kyslíkom na hodnotu okolo 30

barov a vložili do kalorimetra. Do komory kalorimetra sme naliali 2l vody a spustili

meranie. Počas merania sme zadali hmotnosť vylisovanej tablety s analytickou presnosťou

na 4 desatinné miesta. Po zadaní merania sa uzatvoril poklop kalorimetra. Po prečerpaní

chladiacej vody zo zásobníka do komory sa spustilo meranie. Po ukončení merania

kalorimeter vygeneroval výsledok merania v J/g

Pre prepočet zisteného spalného tepla na výhrevnosť sme potrebovali mať dokončené

analýzy na obsah vodíka v stanovovanej vzorke siláže a zistiť jej vlhkosť (STN ISO 2003).

Prepočet výhrevnosti bol podľa vzorca: Qv = Qs - 24,42 . (W + 8,94 Hh)

Legenda:

Qv- výhrevnosť [J.g-1]

Qs- spalné teplo [J.g-1]

24,42- koeficient zodpovedajúci 1% vody vo vzorke a pri nameranej teplote 25oC [J.g-1]

W- obsah vody v skúmanej vzorke zistená zo stanovenia vlhkosti [%]

8,94- koeficient na prepočet vodíka na vodu

Hh- obsah vodíka v skúmanej vzorke zistenej z CHNS-0 analýzy [%]

37

Obr.4 Kalorimeter IKA C 200 (foto. autor, 2017)

5.5 Stanovenie ťažkých kovov pomocou atómovej absorpčnej spektrometrie

Atómová absorpčná spektrometria je optická analytická metóda, ktorej princípom je

absorbcia žiarenia vzorkou. V podstate ide o meranie elektromagnetického žiarenia, ktoré

pôsobilo na vzorku a meriame jeho intenzitu zoslabenia. Teda hodnotu absorbovaného

žiarenia. Toto žiarenie bolo absorbované pomocou voľných atómov prvkov, ktoré sú v

plnom stave. Vzorka sa privedie do plynnej fázy pomocou procesu atomizácie, kde spôsob

premeny vzorky sa volí tak, aby pri prechode žiarenia vzorkou, atómy neexcitovali. Tieto

postupy je nevyhnutné voliť opatrne aby atómy zostali v pôvodnom energetickom stave.

Pri atómovej absorpčnej spektrometrií platí Kirchhov zákon. Tento zákon hovorí, že každá

látka absorbuje také žiarenie, o takej vlnovej dĺžke, ktorú sama môže vyžarovať. Energia,

ktorá bola pohltená prechodom žiarenia cez vzorku, zodpovedá prechodu valenčného

elektrónu. Valenčný elektrón prechádza zo základného stavu do excitovaného stavu, čo

znamená, že prechádza do vyššej energetickej hladiny. Každý prvok má určitú vlnovú

dĺžku, ktorú dokáže jeho atóm absorbovať. Táto vlnová dĺžka je rozdielna pre rôzne prvky

(Černohorský 1997).

Pred samotným meraním bolo dôležité si upraviť vzorky do požadovaného stavu,

teda napríklad z tuhej látky v našom prípade siláže, bolo potrebné urobiť kvapalnú látku,

aby sme ju mohli spektrometricky analyzovať. Stanovili sme sušinu, potom sme vzorku

previedli do kvapalného skupenstva pomocou mikrovlnného systému. Finálne roztoky sme

38

zriedili demineralizovanou vodou na požadovaný objem 50 ml. Po samotnej príprave

vzorky nasledovala kalibrácia atómového absorpčného spektrometra v našom prípade typu

ZEEnit 700 P (Analytik Jena). Tento typ spektrofotometra je plnoautomatický s dvoma

atomizérmi, kombinovanými v jednom prístroji. Táto vlastnosť umožňuje softvérové

prepínanie medzi plameňovou a hydridovou a elektrotermickou analýzou vzorky, bez

mechanického presunu. Prístroj obsahuje dva techniky korekcie pozadia bez mechanického

zásahu. Po príprave prístroja na analýzu sme vložili vzorku a spustili samotnú analýzu.

Samotná analýza nám vyhodnotila množstvo a obsah ťažkých kovov, V skúmanej vzorke

išlo o ťažké kovy: kadmium, meď, chróm, olovo, nikel a arzén (Welz et al. 2014)

Obr.5. AAS analyzátor ZEEnit 700 P od spoločnosti Analytik Jena (foto. autor, 2017)

5.6 FOS/TAC metóda

Táto metóda je založená na pomere FOS/TAC, ktorý sa využíva na určenie

správnej činnosti fermentačného cyklu. Hodnota TAC predstavuje odhad vyrovnávacej

kapacity vzorky, kde v našom prípade ide o digestát z fermentátora v prefiltrovanom

objeme 50ml. Jedná sa o vyrovnanie pH po hodnotu 5 roztokom 0,1M H2SO4. V hodnote

FOS máme celkový obsah prchavých mastných kyselín, ktorý sa vypočíta z rozdielu

hodnôt pH od 5 do 4,4. Objemy titračných roztokov sú zaznamenávané pre obe hodnoty.

Výsledok pomeru týchto dvoch hodnôt sa empiricky prepočíta podľa metódy Nordmann.

Samotná hodnota FOS/TAC je bezrozmerné číslo, ale vďaka nej môžeme posúdiť popis

procesu vo fermentačnej nádrži. Daný popis určuje potrebnosť pridania substrátu, v akom

stave zaťaženia sa nachádza substrát a či výroba bioplynu je na maxime (Rosato 2017)

39

Pracovný postup spočívala správnou prípravou vzorky, kde odobraný digestát sa

prefiltroval a pripravila sa vzorka o objeme 50ml. Zistila sa hodnota pH digestátu pred

samotnou analýzou. Potom sa roztok titroval 0,1M roztokom H2SO4 do hodnoty pH 5.

Takto sa zistila hodnota TAC, ktorá sa vyjadrila v mg / l ako obsah CaCO3. Vzorka sa

dotitrovala do hodnoty pH 4,4. Spotreba 0,1M roztokom H2SO4 od hodnoty pH 5 po

hodnotu pH4,4 vyjadrila hodnotu FOS, ktorá sa vyjadrila v mg / l ako obsah CH3COOH.

(Voß et al. 2009) Výpočtom sa zistil ich pomer.

Výpočet hodnôt FOS A TEC

TAC = V H2SO4 (do pH 5) * 250

Hodnota TAC sa rovná objemu kyseliny sírovej spotrebovanej do dosiahnutia pH hodnoty

5 a vynásobenej číslom 250

FOS = [ rozdiel V H2SO 4 (od pH 5 do pH 4,4) * 1,66 – 0,15 ] * 500

Hodnota FOS sa rovná rozdielu objemov kyseliny sírovej od pH 5 do pH4,4

a vynásobením číslom 500 (Nordmann 1997)

Obr.6 Titračná metóda podľa Nordmanna II.(foto. autora, 2017)

Pre túto metódu sme zvolili štatistické porovnanie hodnôt analýzy. Zvolili sme koleráčné

porovnanie závislosti jednotlivých hodnôt analýzy.

40

VÝSLEDKY A DISKUSIA

Pre vyhodnotenie energetickej bilancie bioplynovej stanice v Kapušanoch pri

Prešove je potrebné vyhodnotiť jednotlivé parametre, ktoré ovplyvňujú samotný proces

tvorby bioplynu. Všetky skúmané parametre sú zo sledovaného obdobia, 2016 a 2017.

Porovnanie našich výsledkov s inými autormi, bolo veľmi komplikované pretože existuje

málo publikácií venovaných problematike energetickej bilancie BPS s použitím takých

analýz ktoré boli nami použité. Prvé vstupné meranie sa zameralo na percentuálny obsah

vlhkosti a sušiny vo vzorkách. Vlhkosť a sušina nám poukázali a potvrdili charakter

skupenstva v akom sa nachádzajú jednotlivé substráty v bioplynovej stanici. V rámci tohto

zistenia sme vedeli ako máme pracovať s jednotlivými odobranými vzorkami a aké

analýzy následne môžeme použiť.

Tabuľka 1. Vyhodnotenie vlhkosti a sušiny z konkrétnych miest BPS

Typ vzorky Vlhkosť [%] Sušina [%]

Digestát 94,744 5,256

Maštaľný hnoj 89,644 10,356

Fermentor 89,962 10,038

Dofermentor 93,644 6,356

Pracovná voda 94,375 5,625

Kukurica 69,268 30,732

Separát 60,173 39,827

Z vyhodnotenia tabuľky č.1 je zrejmé že množstvo vlhkosti a sušiny kopíruje aj

samotné skupenstvo daných vzoriek. Po stanovení týchto parametrov sme jednotlivé

vzorky upravili do požadovaného stavu a vykonali sme CHNS-O analýzu pri ktorej sme

zistili, aké percentuálne zastúpenie prvkov môžeme očakávať pri ďalších meraniach.

Tabuľka 2. Vyhodnotenie prítomnosti vybraných prvkov z konkrétnych miest BPS

Typ vzorky Dusík [%] Uhlík [%] Vodík [%] Síra [%]

Digestát 3,22 36,84 4,79 0,38

Maštaľný hnoj 2,60 41,63 5,38 0,21

Fermentor 3,54 39,19 5,13 0,22

Dofermentor 3,46 39,18 4,89 0,23

Pracovná voda 3,77 38,23 4,72 0,19

Kukurica 1,50 44,59 6,13 -

Separát 1,90 40,70 5,60 0,11

41

Porovnanie výsledkov zistených na prítomnosť vybraných prvkov ukázal, že

vstupné materiály do BPS obsahujú vyššie percentuálne zastúpenie uhlíka a naopak nižšie

zastúpenie dusíka. Prvá vzorka bola odobraná z digestátu, čo predstavoval výsledný

produkt bioplynovej stanice v kvapalnom stave. Medzi výsledný produkt bioplynovej

stanice zaraďujeme aj separát. Ten sa vyskytoval v tuhom skupenstve. Druhá vzorka bola

odobraná ako zložka vstupného materiálu, a to maštaľný hnoj. Ďalšou vstupnou vzorkou

do bioplynovej stanice bola sledovaná kukurica vo forme siláže a pracovná voda

nachádzajúca sa vo fermentátore. Pre zistenie tvorby biomasy a hlavné porovnanie, ako sa

mení percentuálna hodnota sledovaných prvkov, boli odobrané vzorky z fermentora a

dofermentora. Dofermentor predstavuje zásobnú nádrž, v ktorej prebiehajú počiatočné

fermentačné procesy. Na základe porovnania vzoriek v rámci CHNS-O analýzy je zrejmé

že hodnoty vybraných prvkov sú variabilné a v prípade síry sa nedosiahla žiadna hodnota

v odobranej vzorky z kukurice

Ďalšou skúškou, ktorú sme vykonali v rámci výskumu energetickej bilancie bolo

stanovenie základných vlastností siláže a digestátu z odobraných desiatich vzoriek.

Potrebné výsledky nám poukázali, aký charakter majú dané odobrané vzorky siláže

a a digestátu a v akých hodnotách pH sa pohybujeme

Tabuľka 3. Hodnoty sledovaných parametrov sušiny a digestátu

vzorka Vlhkosť [%]

rozmedzie

Sušina [%]

rozmedzie

pH

rozmedzie

Spalné teplo MJ/kg

rozmedzie

Siláž 66,2-72,3 27,7-33,8 4,1-3,8 17,3-18

Digestát 91,4-95,5 4,5-8,6 7,2-7,6 x

Z porovnania rozmedzí z odobraných desiatich vzoriek z kukuričnej siláže a

digestátu je zreteľný rozdiel medzi skupenstvami. Tento rozdiel je zreteľný pri porovnaní

vlhkosti a sušiny. Pri porovnaní rozmedzí pri hodnote pH je zreteľný rozdiel medzi silážou

a digestátom. Hodnoty pH pri siláži sa pohybujú v kyslom prostredí. Kyslé prostredie pre

siláž je typické z toho dôvodu, že kvalitná siláž má hodnotu pH nižšiu ako 4,20. Práve

takéto hodnoty pH siláží sú dôležité pre fermentáciu. Nízka hodnota pH zabraňuje tvorbe a

rastu spór druhou Clostridií a takáto siláž vydrží dlhší čas skladovania (Weissbach 1996).

Práve pre digestát je potrebné, aby sa hodnoty pH pohybovali v neutrálnom prostredí,

pretože sa využíva na hnojenie poľnohospodárskych pôd.

42

Tabuľka 4. Vyhodnotenie ťažkých kovov vo vzorkách kukuričnej siláže

Poradové číslo vzorky Meď

g/g

Kadmium

g/g

Nikel

g/g

Chróm

g/g

Olovo

g/g

Arzén

g/g

1. 3,6 0,048 0,16 0,29 0,19 0,37

2. 3,3 0,007 0,53 1,86 0,10 0,37

3. 3,5 0,012 0,53 1,7 0,34 0,04

4. 3,7 0,079 0,92 2,1 0,53 0,34

5. 3,2 - 0,7 1,7 0,44 0,37

6. 3,1 - 0,85 2,1 0,16 -

7. 2,5 - 0,76 - 0,05 -

8. 2,9 - 1,1 - - -

9. 2,8 - 0,98 - - -

10. 3,0 - - - - -

NPM 20 1 5 3 10 2

Z odobraných vzoriek je zrejmé, že v kukuričnej siláži sa vyskytovali ťažké kovy

hlboko pod prípustnými hodnotami uvedenými vo vyhláške ministerstva životného

prostredia (Výnos, 2003). Tieto dosiahnuté výsledky poukázali na použitie siláže na

fermentáciu. Množstvo zvýšeného množstva ťažkých kovov môže pozastaviť enzymatickú

reakciu. Naviazanie ťažkého kovu na enzýmy a na mikroorganizmy (Brady a Duncan

1994) vedie k narušeniu enzýmu a to jeho štruktúry a aktivity (Li a Fang 2007; Wani et

al.2012)

Tabuľka 5. Výsledky CHNS-O analýzy desiatich vzoriek kukuričnej siláže

Poradové číslo vzorky Uhlík [%] Vodík [%] Dusík [%] Síra [%]

1. 41,79 4,82 - -

2. 40,99 4,81 - -

3. 44,04 6,15 1,47 -

4. 44,34 6,27 1,21 -

5. 44,66 6,32 1,01 -

6. 43,93 6,21 1,17 -

7. 42,23 5,6 0,95 -

8. 42,4 5,64 0,96 0,16

9. 43,24 5,76 1,22 0,09

10 43,02 5,3 1,04 -

Priemerné % zastúpenie 43,1 5,7 1,1 0,1

V odobratých desiatich vzorkách siláže sa percentuálne množstvá uhlíka

pohybovali v rovnakom rozmedzí, a to od 40-45%. Percentuálne zastúpenie vodíka sa

pohybovalo v pomerne rovnakom rozmedzí. Hodnoty percentuálneho zastúpenia pre dusík

43

a síru neboli zaznamenané vo všetkých vzorkách. Najmenšie zastúpenie vo vzorkách, a to

len v dvoch prípadoch bol obsah síry, čo potvrdilo prvé meranie z konkrétnych miest BPS,

a to z kukurice. Na základe zistených hodnôt zastúpených prvkov je možné vypočítať

hodnotu vyprodukovaného metánu z danej siláže. Hodnota maximálnej produkcie metánu

sa vypočíta na základe priemerného percentuálneho zastúpenia daných prvkov. (Frigon

2010). Z nášho výsledného priemerného percentuálneho zastúpenia vybraných prvkov je

zrejmá maximálna produkcia metánu 0,155 m3 z 1 kg siláže. Obsah sušiny siláže sa

pohyboval okolo 30% a obsah kyslíka je 50%.

Tabuľka 6. Výsledky CHNS-O analýzy zo vzoriek digestátu

Poradové číslo vzorky Uhlík [%] Vodík [%] Dusík [%] Síra [%]

1. 41,45 5,17 2,89 0,24

2. 39,97 5,04 3,29 0,21

3. 38,04 4,87 3,03 0,17

4. 43,14 5,33 1,32 0,11

5. 44,54 5,45 0,88 0,09

6. 42,00 5,14 3,71 -

7. 42,29 5,18 3,73 0,21

8. 43,36 5,22 4,09 0,17

9. 43,24 5,22 3,91 0,28

10. 42,05 5,25 2,17 -

Priemerné % zastúpenie 42,1 5,2 2,9 0,2

Namerané percentuálne zastúpenie jednotlivých prvkov v odobraných desiatich

vzorkách sa pohybuje v rovnakých rozmedziach ako to bolo v prvom meraní konkrétnych

miest BPS. Teda tento výsledok potvrdzuje dosiahnuté výsledky pre digestát. Na základe

týchto priemerných hodnôt môžeme vypočítať maximálnu produkciu metánu. V tomto

prípade 0,136 m3 z 1 kg digestátu, kde je priemerný obsah sušiny 6,5% a obsah kyslíka

49,6%. Porovnanie týchto desiatich vzoriek z digestátu a siláže potvrdzuje percentuálny

priemer medzi týmito vzorkami pri uhlíku, vodíka a síry v porovnateľnom rozsahu na

rozdiel od percentuálneho zastúpenia dusíka. Percentuálny obsah dusíka sa zvýšil o 1,8 %

v priemernom zastúpení vo vzorkách digestátu, z čoho vyplýva že digestát obsahuje

zvýšené množstvo dusíka. Tento výsledok potvrdzuje využitie digestátu ako vhodného

organického hnojiva. Dôležitým úkonom je práve sledovať ich percentuálne množstvo, aby

nedosahovalo vysoké hodnoty pre možnú kontamináciu ŽP.

44

Základným procesom merania činnosti bioplynovej stanice bola analýza FOS/TAC,

cez ktorú sme zistili proces tvorby bioplynu.

Tabuľka 7. Vyhodnotenie FOS/TAC počas skúmaného obdobia

Dátum odberu

vzorky

Počiatočné

pH

Teplota

vzorky [oC]

Sušina

[%]

Vlhkosť

[%]

Hodnota

FOS/TAC

Pomer

14.7.2016 7,75 28,2 6,44 93,56 0,11 <0,2

20.7.2016 7,67 29,6 6,88 93,12 0,14 <0,2

28.7.2016 7,65 30,3 6,40 93,60 0,14 <0,2

2.8.2016 7,71 27,1 7,11 92,89 0,16 <0,2

11.8.2016 7,72 26,5 6,19 93,81 0,16 <0,2

18.8.2016 7,66 27,2 7,11 92,89 0,21 0,2-0,3

25.8.2016 7,73 26,8 7,02 92,98 0,13 <0,2

31.8.2016 7,61 27,7 7,65 92,35 0,22 0,2-0,3

7.9.2016 7,52 27,5 6,44 93,56 0,15 <0,2

14.9.2016 7,81 26,9 6,44 93,56 0,14 <0,2

21.9.2016 7,85 27,0 7,11 92,89 0,16 <0,2

28.9.2016 7,50 27,4 6,86 93,14 0,25 0,2-0,3

5.10.2016 7,80 17,1 6,82 93,18 0,22 0,2-0,3

12.10.2016 7,45 24,8 6,72 93,28 0,38 0,3-0,4

20.10.2016 7,78 22,0 6,79 93,21 0,65 >0,6

25.10.2016 7,32 29,1 7,11 92,89 0,73 >0,6

2.11.2016 7,51 26,3 7,64 92,36 0,79 >0,6

9.11.2016 7,38 26,6 6,69 93,31 0,35 0,3-0,4

11.11.2016 7,69 25,5 7,42 92,58 0,28 0,2-0,3

16.11.2016 7,55 27,4 6,53 93,47 0,29 0,2-0,3

23.11.2016 7,59 25,5 6,85 93,15 0,21 0,2-0,3

30.11.2016 7,58 23,9 6,52 93,48 0,32 0,3-0,4

7.12.2016 7,73 20,1 6,49 93,51 0,25 0,2-0,3

13.12.2016 7,48 28,8 7,31 92,69 0,33 0,3-0,4

11.1.2017 7,65 27,0 6,49 93,51 0,21 0,2-0,3

19.1.2017 7,42 26,8 6,89 93,11 0,38 0,3-0,4

25.1.2017 7,47 27,2 6,93 93,07 0,26 0,2-0,3

1.2.2017 7,67 27,6 7,53 92,47 0,31 0,3-0,4

8.2.2017 7,83 25,3 6,64 93,36 0,20 0,2-0,3

15.2.2017 8,02 26,1 6,95 93,05 0,24 0,2-0,3

22.2.2017 7,56 26,6 6,74 93,26 0,32 0,3-0,4

2.3.2017 7,62 26,7 7,39 92,61 0,25 0,2-0,3

Vďaka tejto analýze sme predpokladali stav procesu tvorby a hlavne, či je nutné do

fermentačného cyklu pridať substrát. Toto zistenie nám zabezpečilo optimálnu činnosť

45

fermentátora a tým proces samotnej tvorby bioplynu bol kontinuálny a nedochádzalo k

veľkým výkyvom a hlavne k riziku pozastavenia činnosti mikroorganizmov v procese

fermentácie. Optimálnym rozsahom sušiny v digestáte, ktorý je spracovaný v BPS je v

rozsahu 8-15%.

Tabuľka 8. Znázornenie korelácie medzi dosiahnutými výslednými hodnotami FOS/TAC

analýzy

> cor (digestat)

pH tep sus vlh fos/tac

pH 1,0000000 -0,3087879 -0,1208727 0,1208727 -0,4528683

tep -0,3087879 1,0000000 0,1405137 -0,1405137 -0,1182407

sus -0,1208727 0,1405137 1,0000000 -1,0000000 0,3574201

vlh 0,1208727 -0,1405137 -1,0000000 1,0000000 -0,3574201

fos/tac -0,4528683 -0,1182407 0,3574201 -0,3574201 1,0000000

Dosiahnutými výsledkami sme zistili, že pri porovnaný pH a FOS/TAC dochádza

k signifikantne negatívnej korelácií. Tým že klesajúcou hodnotou pH stúpa hodnota

FOS/TAC. Túto skutočnosť potvrdzuje výskum kde sa pridával zeolit na znižovanie pH.

Potvrdila sa vyššia produkcia bioplynu pri nižších hodnotách pH (Kuttner a kolektív 2015).

Tabuľka 9. Popis procesu a opatrení vyhodnocujúci pomery FOS/TAC analýzy

pomer FOS/ TAC popis procesu opatrenie

˃ 0,6 Veľmi vysoký prísun biomasy Zastaviť pridávanie biomasy

0,5 – 0,6 Nadmerný prísun biomasy Pridávať menej biomasy

0,4 – 0,5 Zaťažená biomasa Monitoring vstupnej biomasy a jej úprava

0,3 – 0,4 Výroba bioplynu je na maxime Zachovať vstupné hodnoty

0,2 – 0,3 Prísun biomasy je nízky Pomaly zvyšovať prísun biomasy

˂ 0,2 Príliš nízky prísun biomasy Zvýšiť prísun biomasy

Vyhodnotenie FOS/TAC analýzy znázorňujú prevahu pomeru 0,2-0,3, čo

predstavuje potrebnosť pomalého prísunu biomasy do fermentačného cyklu. Táto hodnota

predstavuje 40,6 % z celkového počtu vykonaných analýz. Druhou najpočetnejším

opatrením pre bioplynovú stanicu je zvýšiť prísun biomasy do cyklu, čo predstavuje 28,1

% podiel z celkového počtu analýz. Menej častým výsledkom analýz bolo pre opatrenie

zachovania vstupných hodnôt a to v 21,9 % podiele. Tento výsledok určuje výrobu

46

bioplynu na maximum, čo predstavuje najoptimálnejšie podmienky. S najmenším

percentuálnym podielom bolo opatrenie zastavenie pridania biomasy a to 9,4 %. Tento jav

sa vyskytoval trikrát po sebe. Po analýze 20.10.2016, ktorá predpokladala zvýšené

množstvo biomasy vo fermentačnom cykle a odporúčala zastavenie prísunu biomasy sa

tento jav neuskutočnil, a preto ďalšia opätovná analýza zopakovaná o týždeň preukázala

zvýšené množstvo biomasy. Tento výsledok sa ešte zopakoval o týždeň neskôr, z čoho sa

dalo predpokladať, že boli pridávané veľmi vysoké množstvá biomasy čo pozastavilo

činnosť mikroorganizmov, ktoré potrebovali dlhší čas na revitalizáciu. Po zastavaní

pridávania biomasy sa mikroorganizmy pomaly dostávali do počiatočnej kondície. Ďalší

odber zopakovaný po trojtýždňových extrémnych hodnotách ukázal, že fermentačný

cyklus je opätovne naštartovaný a tým sa zvýšila tvorba bioplynu na maximálne hodnoty.

Podľa analýz meraných na desiatich vzorkách, kde bolo zrejmé že siláž nie je

zaťažená ťažkými kovmi sa tento výsledok sa potvrdil aj pri samotnej FOS/TAC analýze

kde ani v jednej odobratej vzorke digestátu nebola dosiahnutá hodnota 0,4-0,5, ktorá

popisuje zaťaženie biomasy.

Tabuľka 10. Posledného sledovania kukuričnej siláže a digestátu

Typ sledovania vzorky Siláž Digestát

Sušina [%] 37,23 6,07

Vlhkosť [%] 62,77 93,93

Spalné teplo [MJ/kg] 20,12 19,58

pH 3,97 7,81

C [%] 42,74 39,34

H [%] 6,34 5,36

N [%] 1,13 2,60

S [%] 0,0 0,0

Kyselina mravčia [%] neprítomná neprítomná

Kyselina mliečna [%] 2,72 615,37

Kyselina octová [%] 1,62 neprítomná

Kyselina propiónová [%] neprítomná 12,86

Kyselina maslová 0,50 27,90

Posledné meranie, ktoré sme zaznamenali bolo meranie všetkých hodnôt

charakterizujúcich činnosť BPS. Je merané senzorom nachádzajúcim sa na fermentačnej

nádobe, ktorý meria proces fermentácie v nádobe. Meranie týchto hodnôt sa sleduje počas

celého fungovania bioplynovej stanice. Zapisuje sa do denníka v určitých časových

intervaloch (1x denne). Tento záznam zo sledovania kukuričnej siláže a digestátu je z

47

posledného dňa merania na BPS v Kapušanoch pri Prešove z vnútornej nádrže. Poukazuje

na potrebu pomalého prísunu biomasy čo by sa dalo vyvodiť z hodnoty pH digestátu. Čo

potvrdzujú vyhodnotenia analýz, ktoré preukázali závislosť medzi hodnotou pH digestátu

a výslednou hodnotou analýzy FOS/TAC.

48

ZÁVER

Cieľom tejto diplomovej práce bolo vyhodnotiť energetickú bilanciu bioplynovej

stanice použitím laboratórnych analýz. Tieto postupy nám vyhodnotili nie len samotnú

energetickú bilanciu ale taktiež nám poukázali na potrebu sledovania vstupných materiálov

do procesu fermentácie. Toto sledovanie nám zabezpečí optimálnu činnosť fermentácie

a zabráni jej inhibícií. Pri správnom procese fermentácie vzniknú výstupné produkty,

bioplyn a fermentačný zvyšok vo forme digestátu. Nevyhnutnou informáciou je poznať

chemické zloženie digestátu z bioplynovej stanice. Na základe požiadaviek z

legislatívnych noriem, ktoré určujú aké percentá môžu obsahovať digestáty. Tieto

legislatívne normy určujú hlavne nakladanie s odpadmi a hnojivami, ktoré bioplynové

stanice práve vyprodukujú. Rizikom spojeným s prevádzkou bioplynových staníc sú práve

vyprodukované odpady. Pre optimálne využívanie bioplynovej stanice je potrebné

používať správny pomer vstupných materiálov, ktoré sú v prevažnej väčšine účelovo

pestované. Práve túto účelovosť je nevyhnutné sledovať. Využívať také zdroje ktoré majú

nižšie hodnoty transpiračného koeficientu na produkciu jedného kilogramu sušiny a ako

pôsobia na vitálnosť pôdy. Takýmto krokom zabezpečíme nie len energetickú efektívnosť

bioplynovách staníc ale hlavne vytvoríme optimálne podmienky pre iné druhy rastlín

a živočíchov. Základné zložky životného prostredia ako sú rastliny a živočíchy sú najviac

ohrozené účelovo pestovanými rastlinami, lebo sa vytvára unifomosť prostredia

a zabraňuje sa prirodzenej rôznorodosti. Samotné výsev a pestovanie pokrýva malú časť

problémov spojených s takouto formou pestovania. Najvyššie riziko tvorí používanie

pesticídov, herbicídov, incekticídov a iných chemických látok používaných pri pestovaní,

ktoré priamo ovplyvňujú faunu a flóru ale najviac ovplyvňujú samotné prostredie.

49

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY

ALISON, F.E. 1973. Soil Organic Matter and Its Role in Crop Production. Elsevier,

Amsterdam.

ALLOWAY, B.J. 1995. Heavy Metals in Soils, Springer Science & Business Media, p.

368, ISBN: 0751401986

ALTRIA, K. D. 1996. Capillary Electrophoresis Guidebook: Principles, Operation, and

Applications, United states : Humana Press, 349 s. ISBN 978-0-89603-315-3

BAČÍK, O. Bioplynové stanice: technologie celonárodního významu [online]. 2008-01- 14

[cit. 2017.04.06]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/bioplynove-

stanicetechnologie-celonarodniho-vyznamu. ISSN: 1801-2655

Brady D, Duncan JR 1994. Binding of heavy metals by the cell walls of Saccharomyces

cerevisiae. Enzym Microbiol Technol 16:633– 638

ČERNOHORSKÝ, T.; JANDERA, Pavel. 1997. Atomová spektroskopie. 1. Pardubice :

Univerzita Pardubice. 218 s. ISBN 80-7194-114-X.

DOHÁNYOS, M. 2009. Jak zvýšit efektivnost bioplynové stanice? [online]

[cit.2017.01.20]. Dostupné z http:// energie.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=5550.

ĎURŢA, O. – KHUN, M. 2002. Enviromentálna geochémia niektorých ťažkých kovov. 1.

vyd. Bratislava : UK, p.116, ISBN 80-223-1657-1.

FEHÉR, Alexander – HALMOVÁ, Daniela. 2008. Využívanie biomasy inváznych druhov

bylín na výrobu tepelnej energie: výskumná správa. Rukopis. Depon. in Nitra : KTUR

FEŠRR SPU, 7 s.

FRANKOVÁ, J.- KORDÍK, J.- SLANINKA, I.- JURKOVIČ, Ľ.- GREIF, V.- ŠOTTNÍK,

P. DANANAJ, I.- MIKITA, S. -DERCOVÁ, K.- JÁNOVÁ, V. 2010.Atlas sanačných

metód environmentálnych záťaží Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava, p.360,

ISBN: 978-80-89343-39-3.

FRIGON JC, - GUIOT SR. 2010. Biomethane production from starch and lignocellulosic

crops: a comparative review. Biofuels Bioprod Bioref 4:447–458

50

FUKSA, Pavel, - HAKL, Josef 2009 Využití pícních plodin pro výrobu

bioplynu. Biom.cz [online]. 2009-11-25 [cit. 2017.1.29]. Dostupné z

http://biom.cz/cz/odborne-clanky/vyuziti-picnich-plodin-pro-vyrobu-bioplynu. ISSN:

1801-2655.

GODFREY, T. - WEST, S. 1996. Industrial Enzymology. The Macmillan Press Ltd,

London , 609 s.

GIORNO, L., DRIOLI, E. 2000. Biocatalytic membranereactors: applications and

perspectives. Tibtechnology 18, s. 339-349

GRAY , C.W. − DUNHMAN , S.J. − DENNIS , P.G. − ZHAO , F.J. − McGrath , S.P. ,

2006. Field evaluation of in situ remediation of a heavy metal contaminated soil using

lime and red-mud. In: Environ. Pollut, vol. 142, N. 3, p. 530–539.

GRIASH, P. et al. 2003 Microbial α-amylases a biotechnological perspective [online],

Process Biochemistry, Volume 38, Issue 11, str. 1599-1604, [cit. 2017.01.18], dostupné z

www.sciencedirect.com

HAVLÍČKOVÁ, K. a kol.2007. Zhodnocení ekonomických aspektů pěstování a využití

energetických rostlin, vědecká monografie, Průhonice: Výzkumný ústav Silva Taroucy pro

krajinu a okrasné zahradnictví, České Budějovice, 92 s., ISBN 978-80-85116-00-7.

HORBAJ P., VÍGLASKÝ J., ANDREJČÁK I., 2008. VYUŽITIE BIOPLYNU. ZVOLEN:

Technická univerzita vo Zvolene. 157s. ISBN 978-80-228-1857-5

HORVÁTHOVÁ, V., JANEČEK, Š. 2000. ŠTURDÍK, E.: Amylolytic enzymes: their

specificities, origins and properties. Biologia 55, s. 603-613.

HORVATHOVÁ, V., ŠTURDÍK, E., JANEČEK, Š. 2001. Stabilita, stabilizácia a

aplikácia amyláz. Bulletin potravinárskeho výskumu, 40, s. 1-20.

HRONEC, Ondrej. a i. 2004. Obnoviteľné prírodné zdroje energie. In: Ekológia

a ekonomika zložiek prírody a krajiny. Nitra : SPU. 134 s. ISBN 80-8069-347-1.

HUTŇAN, M., DRTIL, M., KALINA, A., ŠTIFNER, Š. 2005. Biogas production from

agricultural crops. Proceedings of the 32nd International Conference of Slovak Society of

51

Chemical Engineering on CD-ROM (MARKOŚ, J; ŠTEFUCA, V. edts.), May 23-27,

2005, Tatranské Matliare, Slovakia, p.101.1-101.12

JANDAČKA, Jozef., MALCHO, Milan. 2007. Biomasa ako zdroj energie. Žilina :

GEORG.78 s. ISBN 978-80-969161-4-6.

JANDAČKA, Jozef , 2007. Druhy biomasy [online].[citované 3.7.2016]. Dostupné z <

http://www.biomasa-info.sk/docs/05jandacka_s.pdf>

JANÍČEK, F. et al. 2007. Obnoviteľné zdroje energie 1. Bratislava : Renesans, 2007, 176

s. ISBN 978-80-969777-0-

JAMRIŠKA, Pavel. 2001. Rastliny na nepotravinárske využívanie. 1. vyd. Nitra :

Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre. 70 s. ISBN 80-7137-877-1

JELEMENSKÝ, Ľ., GAŠPAROVIČ, L., MARKOŠ, J.: Energetické využitie rastlinnej

biomasy 1 – Chemické zloženie a technológie. Biom.cz [online]. 2013-03-04

[cit.2017.04.06]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/energeticke-

vyuzitie-rastlinnej-biomasy-1-chemicke-zlozenie-a-technologie>. ISSN: 1801-2655

JUREKOVÁ, Zuzana., KOTRLA, Marián. 2008. Obnova ekosystémov. Nitra : SPU. 131 s.

ISBN 978-80-552-0023-1.

KÁRA, J. – PASTOREK, Z. – PŘIBYL, E. 2007. Výroba a využitie bioplynu

v zemědělství. Praha: Výskumný ústav zemědělské techniky, 117s. ISBN 978-80-86884-

28-8.

KLOUDA P. 1996 Moderní analytické metody, Ostrava. 1 vyd. 203 s. ISBN 80-902155-0-

5.

KODET, J., BABOR,K. 1991. Modifikovné škroby, dextriny a lepidla. Praha SNTL, 164 s.

KONTUĽ, D. 2006. Energetické zhodnotenie živočíšnej a rastlinnej biomasy na VPP SPU

Kolíňany : diplomová práca. Nitra: SPU. 75s.

KRAJANOVÁ, J. 2005. Náklady a ceny. Bratislava: IRIS, 1.vydanie. 152 s. ISBN

8089018920

52

KRČÁLOVÁ, E. et. al. 2008. Příručka pro nakládání s digestátem a fugátem Mendelova

lesnická a zemědělská univerzita v BRNĚ. [online]. Brno, [cit. 2017.3.13]. Dostupné z:

http://eagri.cz/public/web/file/32326/ ETAPA_ IV_Metodika_digestt_FV.pdf

KROTZ, L.- GIAZZ, G. 2015. Characterization of Carbon Black with the Thermo

Scientific FLASH 2000 Organic Elemental Analyzer. Thermo Fisher Scientific, Rodano,

Milan, Italy.

KUTTNER P. WEIβBÖCK A.D., LEITNER V.,JÄGER A. 2015. Examination of

commercial additives for biogas production. Agronomy Research 13(2), 337–347

LAHUČKÝ, L. – ÁRVAY, J. – BYSTRICKÁ, J. – ČÉRY, J. 2009. Obsah ťažkých kovov

v poľnohospodárskej produkcií dopestovanej metalicky zaťaženom regióne Slovenska,

Nitra, Slovenská poľnohospodárska univerzita, vol. 55, N. 3, p. 156–163.

LI C, FANG HHP 2007. Inhibition of heavy metals on fermentative hydrogen production

by granular sludge. Chemosphere 67:668–673

MAGA, J.- PISZCZALKA, J. 2006. Biomasa ako zdroj obnoviteľnej energie. 1. vyd.

Nitra: SPU. 108 s. ISBN 80-8069-679-9.

MAGA, J., a kolektív. 2008, KOMPLEXNÝ MODEL VYUŽITIA BIOMASY NA

ENERGETICKé ÚČELY, 1. vydanie, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre. 183

s. ISBN 978-80-552-0029-3

MAJERNÍK, A. – ŠURÍN, S. – NOVÁKOVÁ, Z. – ŠMIGÁŇ, P. 2007. Možnosti

modernej biológie na zvýšenie produkcie bioplynu metanogénmi. In Odpadové fórum. s.

3133-3139.

MICHAL, P. 2005. Bioplyn – energie ze zemědělství: Informačný přehledy ÚZPI. 22s.

MICHÁLEK, M., BURG, P., ZEMÁNEK, P. The assessment of the suitability and

effectiveness of the technologies for vineyard wood waste utilization for energetic

purposes. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 2013,

LXI, No. 1, pp. 157—162,

53

MILESTONE 2010 ETHOS ONE The Right Choice in Microwave Sample Preparation

14s. [online].[citované 2017.03.31]. Dostupné z

file:///C:/Users/Windows/Downloads/ETHOS_One_Rev_00_2010.pdf

MOLDAN, B. Indikátory trvale udržitelného rozvoje, Univerzita Karlova, 1996,

MOLDAN Z. ABRHAM, M. KOVÁŘOVÁ, 2009. TUHÁ BIOPALIVA Z TRAVNÍCH

POROSTŮ. Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. Praha

MOUDRÝ, J., STRAŠIL, Z. 1999. Skripta z předmětu pěstování alternativních plodin, ZF

Jihočeské univerzity, České Budějovice, 165 s., ISBN 80-7040-383-7

MUŽÍK, O., KÁRA, J. 2009. Možnosti výroby a využití bioplynu v ČR. Biom.cz [online].

2009-03-04 [cit. 2017-04-06]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-

clanky/moznost-vyroby-a-vyuziti-bioplynu-v-cr>. ISSN: 1801-2655

MŽP SR, 2016. Biomasa[online].[citované 2016.7.03]. Dostupné z

http://www.minzp.sk/oblasti/obnovitelne-zdroje-energie/obnovitelne-zdroje-

energie/biomasa/

NORDMANN W., 1977, Die Überwachung der Schlammfaulung. KA-Informationen für

das Betriebspersonal, Beilage zur Korrespondenz Abwasser, 3/77.

PASTOREK, Z., KÁRA J., JEVIČ, P. 2004. Biomasa – obnovitelný zdroj energie. FCC

Public, Praha, 288 s., ISBN 80-86534-06-5

PETŘÍKOVÁ, V. a kol. 2006 Energetické plodiny, Praha, ISBN 8086726-13-4

PETŘÍKOVÁ, V.2011, Rostliny pro energetické účely, Česká energetická agentúra, Praha,

str. 8, [cit. 2017.01.30]. Dostupné z

http://biom.cz/upload/6e01d6d4c4835ec93cda508772f3bf6e/rostliny-pro-energetick-

ely.pdf

POLÁK, Matej a kol..2009. Obnoviteľné nosiče energie- ekonomika a životné prostredie.

vyd. KARO-PRESS.167s. ISBN 978-80-969187-4-4

54

PORVAZ P., MATI R., KOTOROVÁ D., JAKUBOVÁ J., 2008. Pestovanie ozdobnice

čínskej (Miscanthus sinensis Anderss.) na energetické účely. Michalovce: SCPV – Ústav

agroekológie, 2008. 32s. ISBN 978-80-88872-93-1

PORVAZ P., NAŠČÁKOVÁ J., KOTOROVÁ D., KOVÁČ L. 2009 Poľné plodiny ako

zdroj biomasy na energetické využitie v podmienkach Slovenska. Medzinárodná vedecká

konferencia: Inovatívne technológie pre efektívne využitie biomasy v energetike

Zemplínska Šírava ISBN 978-80-225-2962-4

RICHARD. 2011. Rastlinná výroba. 1. vyd. Nitra : Slovenská poľnohospodárska

univerzita, 158 s. ISBN 978-80-552-0575-5.

RIVERA, M.H., LOPEZ_MUNGUIA, A., SOBERON, X., SAAB-RONCON, G. 2003.

Alpha-amylase from Bacillus licheniformis mutants near catalytic site: effects on

hydrolytic and transglycosylation activity. Prot. Eng., 16, s. 505-517.

ROSATO A. M. 2017 Redimensioning the importance of the VFA/TA (FOS/TAC) method

for the optimization of biogas plants [cit. 2017.04.06]. Dostupné z

http://www.academia.edu/11778094/Redimensioning_the_importance_of_the_VFA_TA_F

OS_TAC_method_for_the_optimization_of_biogas

RUDOS, 2016. Alternatívne zdroje energie [online].[citované 2016.7.03] Dostupné z

http://www.rudos.sk/alternativne-zdroje-energie/bioplynove-stanice/

RUŽIČKOVÁ, H., KALIVODA, H. 2007. Kvetnaté lúky – prírodné bohatstvo Slovenska.

Bratislava: Veda, vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, Bratislava, 136 s. ISBN:978-

80-224-0953-7

ŘÍMOVSKÝ K., HRABĚ F., VÍTEK L., 1989: Pícninářství – Polní pícniny, Vysoká škola

zemědělská v Brně, Brno, 165 s.

SCHULZ, H., EDER, B. 2004. Bioplyn v praxi: Teorie - projektování – stavba zařízení –

příklady, 1. vydání, Ostrava: HEL. 167 s. ISBN 80-86167-21-6

SKLÁDANKA, J.2006, Multimediální učební texty pícninářství – Čirok obecný [online],

Ústav výživy zvířat a pícninářství MZLU v Brně, Oddělení pícninářství, [cit. 2017.01.30].

Dostupné http://web2.mendelu.cz/af_222_multitext/picniny/sklady.php?odkaz=cirok.html

55

STN ISO 1928 (44 1352):2003, Tuhé palivá. Stanovenie spaľovacieho tepla

kalorimetrickou metódou v tlakovej nádobe a výpočet výhrevnosti.

STRAŠIL, Z. 1995. Produkce fytomasy rostlin rodu čirok na různých stanovištích ČR

s ohledem na energetické využití. In: Sborník referátů “Obnovitelné zdroje energie Brno

95”, díl 3: 172-179.

STRAŠIL, Z. 2009 Základy pěstování a možnosti využití ozdobnice (Miscanthus),

metodika pro praxi, Výzkumný ústav rostlinné výroby, 52 s., ISBN 978-80-7427-006-2

ŠPALDON, E. et al. 1954. Teplomilné a špeciálne rastliny. Bratislava : Štátne

pôdohospodárke nakladateľstvo. 321 s

ŠVEC, J. a kol. Využití obnovitelných zdrojů energie v zemědělství – zemědělské

bioplynové stanice [online]. Vyd. 1. Chrudim: Vodní zdroje Ekomonitor spol. s r.o., 2010,

72 s. [cit. 2017.04.06]. ISBN 978-80-86832-49-4. Dostupné z:

http://eagri.cz/public/web/file/59655/Sbornik_prispevku.pdf

TOMAZIC, S. J., KLIBANOV, A. M. 1998. Why is one Bacillus α-amylase more resistant

against irreversible thermoinactivation than another? J. Biol. Chem., 263, s. 3092-3096.

TSUSUMI, N., FRANTZEN, H., SVENDSEN, B. 2002. A Starch conversion process. US

Patent 6448049,

VAN DER MAAREL, M.J.E.C., VAN DER VEEN, B.A., UITDEHAAG, B.,

LEEMBUIS, H, DIJKHUIZEN, L. 2002. Properties and applications of starch converting

enzymes of the α-amylase family. J. Biotechnol., 94, s. 137- 153.

VÁŇA, J. – SLEJŠKA, A. 1998. Bioplyn z rostlinné biomasy: výskumná správa. Praha:

Ústav zemědelských a potravinářských informací. 41s.

VELICH, J. 1994. Pícinařství, Skripta Vysoké školy zemědělské v Praze, Praha, VŠZ, 204

s., ISBN 80-213-0156-2.

VOß E., WEICHGREBE D., ROSENWINKEL, K. H., 2009, FOS/TAC-Deduction,

Methods, Application and Significance, Internationale Wissenschaftskonferenz ,Biogas

Science 2009 – science meets practice”, LfL-Bayern, 2-4. 12.09, Erding.

56

VÝNOS MP SR č. 1497/1/1997-100 o kŕmnych surovinách na výrobu kŕmnych zmesí a o

hospodárskych krmivách v znení výnosu č. 39/1-2002-100 a v znení výnosu č.

3158/1/2003-100 /neskorších predpisov/

WANI PA, KHAN MS, ZAIDI A 2012. Toxic effects of heavy metals on germination and

physiological processes of plants. Toxic Heavy Met Legum Bioremediation 2:45–66

WANNER J., 1996, Vývoj stokování a čistírenských technológií. SOVAK 5 (7/8) 14-18

WEISSBACH PJ. 1996. New developments in crop preservation. Proceedings of 11th

International Silage Conference; Aberystwyth.

WELZ B., GORETI M., VALE R., PEREIRA R. É., CASTILHO B. N. I., DESSUY B.M.,

2014 Continuum source atomic absorption spectrometry: past, present and future aspects –

a critical review. J. Braz. Chem. Soc. vol.25 no.5 São Paulo ISSN 0103-5053

57

PRÍLOHY

Príloha 1: Časti bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove

Príloha 2: Monitorovania aktuálnych procesov

58

Príloha 1: Časti bioplynovej stanice v Kapušanoch pri Prešove

Uskladnenie siláže pri fermentátore (foto. autor 2017)

Dávkovač na fermentačnej nádrži (foto. autor 2017)

59

Miešadlo č.1 a plynojem (foto. autor 2017)

Pohľad na vyhnívaciu nádrž z fermentačnej nádrže (foto. autor 2017)

60

Pohľad na zásobník plynu z fermentačnej nádrže(foto. autor 2017)

Pohľad na plynojem v pozadí fermentačná nádrž (foto. autor 2017)

61

Kogeneračná jednotka TEDOM (foto. autora 2017)

Riadiaca a pozorovacia časť umiestnená na fermentačnej nádrži (foto. autor 2017)

62

Príloha 2 sledovania aktuálnych procesov

Záznam z internetového monitorovania činnosti BPS (foto. autor 2017)

Záznam z internetového monitorovania činnosti BPS (foto. autor 2017)

63

Analytický list

Autor: Bc. Jozef Kožej

Názov práce: Energetická bilancia bioplynovej stanice

v Kapušanoch pri Prešove

Jazyk práce: Slovenský

Typ práce: Diplomová práca

Nadobúdaný akademický titul: Magister

Počet strán: 63

Univerzita: Prešovská univerzita v Prešove

Fakulta: Humanitných a prírodných vied

Katedra: Katedra Ekológie

Študijný odbor: Všeobecná ekológia a ekológia jedinca a

populácii

Študijný program: Ekológia

Mesto: Prešov

Vedúci práce: Ing. Lenka Bobuľská, PhD

Konzultanti práce: Mgr. Ján Sarvaš

Dátum odovzdania: 21.04.2017

Dátum obhajoby: 30.05.2017

Kľúčové slová v SJ: Biomasa. Bioplyn. Zdroje. Riziká.

Názov práce v AJ: The energy balance in the biogas plant

Kapušany near Prešov

Kľúčové slová v AJ: Biomass. Biogas. Resources. Risks.