Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Перспективи отримання біогазу з цукрового сорго в Україні

Г. Кулічкова, Н. Савицька, О. Володько, Т. Іванова, С. Циганков
Завантажити статтю
Анотація

Розвиток енергетики має вирішальний вплив на стан економіки у державі та рівень життя населення. За допомогою біогазових технологій можна збільшити частку енергії з відновлювальних джерел у національному енергетичному балансі, зменшити обсяг утворення відходів і збільшити обсяг їх переробки та повторного використання на основі інноваційних технологій та виробництв, а також обмежити викиди парникових газів. Регулювати продуктивність анаеробної ферментації можна за допомогою застосування макроелементів і мікроелементів. Вони є стимуляторами, а також більш економічно та екологічно безпечними каталізаторами порівняно з хімічними реагентами, які часто вимагають значних витрат енергії. Показано, що багаса цукрового сорго сорту Ботанічний має високий вміст органічних сухих речовин (87,85 %), багата на мікроелементи, тому це безумовно багатообіцяюча сировина для анаеробної ферментації. Теоретичний вихід біогазу із багаси сорго становить 476,38 л/кг сухої речовини, з вмістом метану 52,90 %. Очікувана енергетична цінність метану складає 9,02 МДж/кг сухої речовини багаси сорго. Сорго є однією із культур з найвищим співвідношенням C/N, це обумовлює перспективу ко-ферментації з субстратом, що має низьке значення цього параметру (бурякова вінаса). Цукрове сорго є перспективним кандидатом для продукції біогазу завдяки гарному хімічному складу, відносно високим показникам виходу метану та можливості експлуатації маргінальних земель на території України для його культивування

Ключові слова

біогаз, анаеробна ферментація, цукрового сорго, багаса, мікроелементи, енергетична цінність

ЦИТУВАТИ
Kulichkova, G., Savytska, N., Volodko, O., Ivanova, T., & Tsygankov, S. (2022). Prospects of biogas obtaining from sweet sorghum in Ukraine. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 18(5). https://doi.org/10.31548/dopovidi2022.05.001
Використані джерела
  1. Fedunyak, I.O. (2014). Efficiency of biogas production in Ukraine. Scientific Notes of the National University "Ostroh Academy". "Economics" series: a collection of scientific papers, 26, 45-49.
  2. Cheban, I.V., & Dibrova, A.D. (2017). Bioenergy market in Ukraine. Scientific Bulletin of the Uzhhorod National University, 14(2), 176-181.
  3. Angelidaki, I., Treu, L., Tsapekos, P., Luo, G., Campanaro, S., Wenzel, H., & Kougias, P.G. (2018). Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology Advances, 36(2), 452-466.
  4. Tokarchuk, D., & Yaremchuk, O. (2013). Production and use of biogas in Ukraine: economic and social perspectives. Collection of scientific works of Tavriyya State Agro-Technological University (Economic Sciences), 338-346.
  5. Bioenergy Association of Ukraine UABIO. (2021). Bioenergy facilities: infographic. Retrieved from https://uabio.org/materials/11862/.
  6. Adekunle, K., & Okolie, J. (2015). A review of biochemical process of anaerobic digestion. Advances in Bioscience and Biotechnology, 6, 205-212. 10.4236/abb.2015.63020.
  7. Lakyda, P., Geletukha, G., Vasylyshyn, R., Zhelezna, T., Zibtsev, S., & Böttcher, H. (2011). Energy potential of biomass in Ukraine. Publishing Center of NUBiP of Ukraine, Institute of Forestry and Landscape-Park Management of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.
  8. Mergner, R., Janssen, R., & Rutz, D. (2017). Fostering sustainable feedstock production for advanced biofuels on underutilized land in Europe. 25th European Biomass Conference and Exhibition, 125-130.
  9. Volodko, O., Ivanova, T., Kulichkova, G., Lukashevych, K., Blume, Ya., & Tsygankov, S. (2020). Fermentation of sweet sorghum syrup under reduced pressure for bioethanol production. Open Agriculture Journal, 14, 235-245. http://dx.doi.org/10.2174/1874331502014010235.
  10. Tsygankov, S.P., Novak, A.G., & Kulichkova, A.I. (2009). Using by-products of bioethanol production to obtain energy. Review of Energy, 2, 74-80.
  11. Rakhmetova, S., Vergun, O., Blume, R., Bondarchuk, O., Shymanska, O., Tsygankov, S., Yemets, A., Blume, Ya., & Rakhmetov, D. (2020). Ethanol production potential of sweet sorghum in North and Central Ukraine. The Open Agriculture Journal, 14, 321-338. 10.2174/1874331502014010321.
  12. Dubrovin, V.O., Melnychuk, M.D., & Melnyk, Yu.F. (2009). Bioenergy in Ukraine - development of rural areas and opportunities for individual communities: [scientific and methodological recommendations]. NUBiP of Ukraine.
  13. Wannasek, L., Ortner, M., Amon, B., & Amon, T. (2017). Sorghum, a sustainable feedstock for biogas production? Impact of climate, variety and harvesting time on maturity and biomass yield. Biomass and Bioenergy, 106, 137-145. 10.1016/j.biombioe.2017.08.03.
  14. Sawatdeenarunat, C., Surendra, K., Takara, D., Oechsner, H., & Khanal, S. (2014). Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass: Challenges and opportunities. Bioresource Technology, 178. 10.1016/j.biortech.2014.09.103.
  15. Rakhmetov, D., Korablyova, O., Stadnichuk, N., & others. (2015). Catalog of the Department of New Cultures. NAS of Ukraine, National Botanical Garden named after M.M. Grishko. Phytosocial Center.
  16. Nechaev, A., Traubenberg, S., & Kochetkova, A. (2007). Food chemistry. GIORD.
  17. Kostenko, V.M., Panko, V.V., & Syrovatko, K.M. (2008). Workshop on feeding agricultural animals. Part I "Chemical composition, assessment of nutrition and quality of fodder". State University of the Russian Academy of Sciences.
  18. Kulichkova, G., Ivanova, T., Köttner, M., Volodko, O., Spivak, S., Tsygankov, S., & Blume, Ya. (2020). Plant feedstocks and their biogas production potentials. The Open Agriculture Journal, 14, 219-234. http://dx.doi.org/10.2174/1874331502014010219.
  19. Braun, R. (2007). Anaerobic digestion: a multi-faceted process for energy, environmental management and rural development. In P. Ranalli (Ed.), Improvement of Crop Plants for Industrial End Uses (pp. 13). Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5486-0_13.
  20. Sun, H., Cui, X., Li, R., Guo, J., & Dong, R. (2021). Ensiling process for efficient biogas production from lignocellulosic substrates: Methods, mechanisms, and measures. Bioresource Technology, 342, article number 125928. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125928.
  21. Pasteris, A.M., Heiermann, M., Theuerl, S., Plogsties, V., Jost, C., Prochnow, A., & Herrmann, Ch. (2022). Multi-advantageous sorghum as feedstock for biogas production: A comparison between single-stage and two-stage anaerobic digestion systems. Journal of Cleaner Production, 358, article number 131985. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131985.
  22. Chunlan, M., Yongzhong, F., Xiaojiao, W., & Guangxin, R. (2015). Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45, 540-555.
  23. Reda, T., Plugge, C.M., Abram, N.J., & Hirst, J. (2008). Reversible interconversion of carbon dioxide and formate by an electroactive enzyme. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105, 10654-10658.
  24. Rajeshwari, K., Balakrishnan, M., Kansal, A., Lata, K., & Kishore, V. (2000). State-of-the-art of anaerobic digestion technology for industrial wastewater treatment. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 4, 135-156.
  25. Herrmann, C., Idler, C., & Heiermann, M. (2016). Biogas crops grown in energy crop rotations: Linking chemical composition and methane production characteristics. Bioresource Technology, 206. 10.1016/j.biortech.2016.01.058.
  26. Pinnamaneni, S., Kumar, C., & Reddy, B. (2013). Sweet sorghum: From theory to practice. In P. Rao & C. Kumar (Eds.), Characterization of Improved Sweet Sorghum Cultivars. SpringerBriefs in Agriculture (pp. 1). Springer. 10.1007/978-81-322-0783-2_1.