Vznik bioplynu je komplex fermentačních procesů za účasti mikroorganismů, které vyžadují stabilní podmínky. V praxi mohou různé faktory biologii fermentace vyvést z rovnováhy a tím potlačit produkci bioplynu. Aby byla včas rozpoznána porucha procesu, je třeba provádět pravidelné kontroly BPS a analýzy obsahu fermentoru.
Bioplyn je produktem anaerobního rozkladného procesu. Tento proces se dá v podstatě rozdělit do čtyř fází. Na každém stupni procesu se podílejí odlišné mikroorganismy a rozličné enzymy, které vzájemně spolupracují v těsné prostorové blízkosti a tvoři jistý druh symbiózy.
Fáze vzniku bioplynu
V první fázi jsou štěpeny sacharidy na jednodušší cukry, tuky na mastné kyseliny a bílkoviny na aminokyseliny (hydrolýza). Produkty hydrolýzy jsou ve fázi tvorby kyselin (acidogeneze) odbourány na organické kyseliny a nižší alkohol. Fáze tvorby kyseliny octové (acetogeneze) představuje spojovací článek k tvorbě metanu. Zde jsou produkty fáze tvorby kyselin přeměněny na kyselinu octovou, oxid uhličitý a vodík, které jsou konečnými výchozími produkty pro fázi tvorby metanu (metanogeneze). Ve zdravém procesu probíhají všechny tyto fáze synchronně.
Optimální zásobení živinami
Aby všechny fáze mohly plynule probíhat, musejí být vytvořeny stabilní podmínky. Rozhodující roli přitom hraje zásobení mikroorganismů živinami a esenciálními stopovými prvky, které se podílejí na procesu. Stopové prvky jsou součástí buněčných stěn a především stavebními kameny potřebných enzymů a koenzymů, které jsou zase důležité pro katalýzu jednotlivých reakčních kroků výše popsaného procesu.
Pro fermentační proces platí „pravidlo minima“ podle Liebiga. To říká, že nedostatek byť jen jedné živiny způsobí, že není dosaženo požadovaného efektu. Na straně druhé nadbytek minerálních látek může mít na mikroorganismy toxické účinky.
Hranice mezi optimálním zásobením a toxickým účinkem leží u některých prvků v těsné blízkosti, proto má přesná analýza a precizní dávkování stopových prvků v procesu tvorby metanu velký význam. Z pohledu ochrany půdy je tím v podstatě vyloučeno přezásobení makro- a stopovými prvky. Tím je zabráněno nežádoucímu zatížení životního prostředí.
Včas rozpoznat poruchy
Ne každá porucha procesu se dá rychle rozpoznat. Často si razí svoji cestu velmi pomalu. Mezi příčinou a gradujícím důsledkem může uběhnout několik měsíců. Proto je třeba pozorovat již malé změny v procesu a začít včas pátrat po příčině.
Typické příznaky poruch fermentace:
– snižující se množství plynu při plynulém přívodu substrátu,
– snižující se množství metanu v plynu (<50 %),
– zvyšující se obsah vodíku (H2) v plynu,
– zvyšující se obsah sirovodíku (H2S) v plynu,
– zvyšující se hodnota FOS/ TAC ve fermentoru,
– snižující se pH hodnota ve fermentoru (většinou spíše pozdní reakce),
– tvorba pěny ve fermentoru.
Vyskytne-li se jeden nebo více těchto příznaků, doporučuje se poslat vzorek do laboratoře na rozbor, popřípadě kontaktovat odborného poradce z firmy, která zajišťuje dohled nad provozem BPS. V žádném případě by se nemělo na sníženou produkci plynu reagovat navýšením dávkovaného substrátu!
Co dělat při poruše procesu
Přes všechna opatření může dojít k poruše procesu fermentace. Někdy může být příčinou spolupůsobení více příčin a někdy jediná vážnější porucha procesu. V žádném případě by se nemělo spoléhat na „samoléčbu“ fermentoru. Není-li příčina problému objevena, vede to ve většině případech k nežádoucímu pomalému výpadku produkce metanu.
V závislosti na stadiu poruchy nepostačuje ani krátkodobé snížení dávkovaného substrátu k napravení problému. Abychom se vyvarovali nežádoucím nákladům a průtahům v podniku, musí se rozsáhle pátrat po příčině a vypracovat nápravný koncept.
Krizový plán (důležité kroky):1. Urychleně snížit dávkování, popř. zastavit dodávku substrátů.
2. Poslat vzorek obsahu fermentoru do laboratoře.
3. Vyhledat příčinu poruchy (stanovit anamnézu).
4. Odstranit příčinu.
5. Ve spolupráci s odborným poradcem vypracovat sanitační koncept (např. recirkulace obsahu mezi fermentory).
6. Případně (po dohodě s odborným poradcem) aplikovat speciální doplňky pro optimalizaci procesu fermentace.
Provádět pravidelné analýzy
Aby byla včas rozpoznána porucha procesu, doporučuje se provádět pravidelné kontroly a analýzy obsahu fermentoru – to platí především u zařízení s vysokým zatížením nebo tam, kde se často mění substráty. Některé kontroly a analýzy si mohou podniky udělat bez velkých nákladů samy, jiné se musejí provést v laboratoři. Je třeba provádět tyto kontroly:
Denní standardní kontrola zařízeníNěkteré kontroly by měly proběhnout a být zapsány a uchovávány každý den. K tomuto účelu se doporučuje mít vlastní měřicí zařízení (tab. 1).
Pravidelná kontrola zařízeníJednorázovou investicí do měřicích aparatur mohou být prováděna bez velkých provozních nákladů další měření přímo na zařízení (tab. 2).
Pravidelná kontrola v laboratořiDalší důležitá měření, která by měla být prováděna ve smysluplných časových odstupech v laboratoři (tab. 3).
Typické poruchy biologie fermentace
V tabulce 4 jsou uvedeny typické poruchy biologie fermentace, jejich hlavní příčiny a kroky k nápravě. Je třeba připomenout že nedostatek esenciálních živin nebývá jedinou příčinou poruch biologie fermentace. Ke značným problémům mohou vést „typické“ provozní chyby, jako například náhlá změna teploty ve fermentoru, předávkování při změně substrátů nebo velmi rychlé dávkování bílkovinných či na tuk bohatých substrátů.
(Odkazované tabulky najdete v tištěné verzi Zemědělce)
Klíčové informace
- Pro všechny fáze výroby bioplynu je třeba vytvořit stabilní podmínky.
- Systém průběžné kontroly včas odhalí poruchy biologie fermentace.
- Provozovatel by měl mít připraven konkrétní postup odstranění poruchy.
Ing. Jaroslava Zachová, Ph. D.
