Енергоекологічні передумови вибору технологій переробки органічних відходів тваринництва
Анотація
Для сучасної України та країн Європи актуальними є питання відновлення ґрунтів після інтенсивного обробітку та зниження собівартості аграрної продукції шляхом включення в енергозабезпечення технологічних процесів енергії на основі альтернативних джерел. Тому значна увага приділяється розвитку біогазових технологій та виробництву органічних відходів. Метою дослідження є підвищення ефективності системи переробки гною з подальшим виробництвом біогазу і компосту шляхом послідовного виконання технологій анаеробного та аеробного зброджування. Представлено економічно доцільні шляхи використання органічних відходів тваринництва. Доведено, що впровадження біогазових технологій є економічно доцільним лише за умов функціонування замкнених систем виробництва продукції рослинництва і тваринництва. Найбільш ефективним виявилося поєднання послідовної реалізації технології анаеробного зброджування та прискореного біотермічного компостування. Анаеробне метанове зброджування, на противагу процесу компостування біосировини, дозволяє понад 55 % вуглецю утилізувати у вигляді висококалорійного газу метану, за рахунок чого втрати азоту знижуються із 20–25 % до 1,5–3 %. Аналітичні дослідження дозволяють стверджувати, що в результаті перероблення 1 тони гною великої рогатої худоби можна отримати 23,22 м3 біогазу з енергетичним еквівалентом 510 МДж. Також показано, що за рахунок внесення вироблених шляхом прискореного біотермічного компостування органічних добрив енерговитрати на виробництво еквівалентної (за NPK) кількості мінеральних добрив скорочуються на 895 МДж. Проте, слід враховувати, що за умов побудови та обслуговування біогазової системи висока вартість стартових і поточних витрат зумовлює на першому етапі перероблення біосировини використовувати технологію прискореного біотермічного компостування. Отримані результати можуть бути покладені в основу осучасненої методології розрахунків доцільності застосування тієї чи іншої технології залежно від умов функціонування аграрного підприємства та технологічного завдання щодо обсягів виробництва готової продукції. Це дозволить визначати раціональні параметри біоенергетичної системи та підвищити енергоекологічну ефективність процесів виробництва біогазу та високоякісних компостів з органічної сировини
Ключові слова
анаеробне метанове зброджування, прискорене біотермічне компостування, біоенергоконверсія, органічна сировина
[1] Animal husbandry of Ukraine 2020. (2021). Kyiv: State Statistics Service of Ukraine.
[2] Bai, L., Deng, Y., Li, J., Ji, M., & Ruan, W. (2020). Role of the proportion of cattle manure and biogas residue on the degradation of lignocellulose and humification during composting. Bioresource Technology, 307, article number 122941. doi: 10.1016/j.biortech.2020.122941.
[3] Bohacz, J. (2018). Microbial strategies and biochemical activity during lignocellulosic waste composting in relation to the occurring biothermal phases. Journal of Environmental Management, 206, 1052-1062. doi: 10.1016/j.jenvman.2017.11.077.
[4] Chadwick, D., Wei, J., Yan’an, T., Guanghui, Y., Qirong, S., & Qing, C. (2015). Improving manure nutrient management towards sustainable agricultural intensification in China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 209, 34-46. doi: 10.1016/j.agee.2015.03.025.
[5] Channarayappa, C., & Biradar, D.P. (2018). Soil basics, management, and rhizosphere engineering for sustainable agriculture (1st ed.). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781351044271.
[6] Deng, L., Liu, Yi, & Wang, W. (2020). Biogas technology. Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-15-4940-3.
[7] Directive of the European Parliament and the Council 2010/75/EU “On Industrial Emissions (An Integrated Approach to Pollution Prevention and Control)”. (2010, November). Retrieved from https://www.kmu.gov.ua/storage/app/sites/1/55-GOEEI/%202010_75_%D0%84%D0%A1.pdf.
[8] Grechko, A.V., & Dzhumakeeva, D.D. (2020). Problems and prospects of the development of the national economy. Modern Problems of Economics and Entrepreneurship, 26, 5-15.
[9] Ji, Jie-Li., Chen, F., Liu, Sh., Yang, Y., Hou, Ch., & Wang, Y.-Zh. (2022). Co-production of biogas and humic acid using rice straw and pig manure as substrates through solid-state anaerobic fermentation and subsequent aerobic composting. Journal of Environmental Management, 320, article number 115860. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115860.
[10] Kudria, S.O. (2020). Renewable energy sources. Kyiv: Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences.
[11] Meng, X., Yan, J., Zuo, B., Wang, Y., Yuan, X., & Cui, Z. (2020). Full-scale of composting process of biogas residues from corn stover anaerobic digestion: Physical-chemical, biology parameters and maturity indexes during whole process. Bioresource Technology, 302, article number 122742. doi: 10.1016/j.biortech.2020.122742.
[12] Ning, J.-Y., Zhu, X.-D., Liu, H.-G., & Yu, G.-H. (2021). Coupling thermophilic composting and vermicomposting processes to remove Cr from biogas residues and produce high value-added biofertilizers. Bioresource Technology, 329, article number 124869. doi: 10.1016/j.biortech.2021.124869.
[13] Resolution of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 791-p “On Approval of the Action Plan for the Implementation of Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council”. (2014, September). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/791-2014-%D1%80#Text.
[14] Shevchenko, I.A., & Lyashenko, O.O. (2012). Modern aspects of pig manure utilization. Profitable Pig Farming, 5(11), 36-39.
[15] Shevchenko, I.A., & Lyashenko, O.O. (2012). Technological problems regarding the conversion of organic livestock waste. Mechanization, Environmentalization and Conversion of Bio-Raw Materials in Animal Husbandry, 1(10), 3-9.
[16] Shevchenko, I.A., Lyashenko, O.O., & Makhmudov, E.I. (2009). Organic waste as an alternative. Agroperspective, 11(118), 42-45.
[17] Shevchenko, I.A., Lyashenko, O.O., Klymenko, D.V., & Prokopchuk, O.I. (2011). A complex of facilities for accelerated biothermal composting of droppings and waste from poultry facilities of PJSC Volodymyr-Volyn Poultry Factory. Mechanization, Environmentalization and Conversion of Bio-Raw Materials in Animal Husbandry, 2(8), 4-15.
[18] The Council ratified the agreement on Ukraine's participation in the EU LIFE program for climate and environment. (2022). Retrieved from https://www.epravda.com.ua/news/2022/09/20/691677/.
[19] Ukraine in numbers 2021. (2022). Kyiv: State Statistics Service of Ukraine.
[20] Yoshizaki, T., Shirai, Y., Hassan, M.A., Baharuddin, A.S., Raja Abdullah, N.M., Sulaiman, A., & Busu, Z. (2013). Improved economic viability of integrated biogas energy and compost production for sustainable palm oil mill management. Journal of Cleaner Production, 44, 1-7. doi: 10.1016/j.jclepro.2012.12.007.
[21] Zhou, Sh., Zhang, Y., & Dong, Y. (2012). Pretreatment for biogas production by anaerobic fermentation of mixed corn stover and cow dung. Energy, 46(1), 644-648. doi: 10.1016/j.energy.2012.07.017.