I. Milyen alapanyagokból termelhető biogáz?

Magyarország energiamérlegében a megújuló energiaforrások arányát a jelenlegi 3,4 %-ról 2010-re 6 %-ra kell növelni. E probléma megoldásában jelentős szerep juthat a biogáztermelésnek. Az állati hulladékok kezelése és elhelyezése állandó megoldatlan probléma. Kutatásaink során azt vizsgáltuk, milyen hatékonysággal állítható elő állati hulladékokból biogáz. E hulladékok hasznosításával egyszerre két problémát tudunk megoldani, egyrészt a környezetre káros anyagok ártalmatlanítását, másrészt megújuló energia termelését.

II. Az anaerob bontás, fermentáció lépései

A biogáz képződése során levegőmentes anaerob körülmények között a biológiailag degradálható szerves anyagok alkotó elemeikre bomlanak, a folyamat eredményeként 50-75 % metánt és 25-50 % szén-dioxidot tartalmazó gázkeverék képződik. A metán felhasználható villamos és hőenergia termelésére, a visszamaradó szerves anyag pedig növényi tápanyagként (biotrágya) hasznosítható.
Animáció ^|1}| : Biológiailag bontható szerves hulladék

Az előzőekben említett anaerob fermentációnak négy fázisa van: hidrolízis, savképződés, ecetsavképződés és metántermelés. Az anaerob bontás során - mint az animáción látható - a kiindulási anyagok (polimerek) egyszerűbb vegyületekre (oligo-, monomerek) bomlanak a hidrolízisben, majd az acetogén fázisban zsírsavak és egyéb szerves savak keletkeznek, melyek közül a metántermelés szempontjából a legfontosabb az ecetsav. Végül a metanogén fázisban az energiatermelésben hasznosítható metán keletkezik. Az előzőekben ismertetett folyamatsornak két kritikus pontja van, az egyik a hidrolízis, a másik a metántermelés.
Animáció ^|2}| : Anaerob bontás, fermentáció

Kutatásaink során különböző biomasszareceptúra-összetételeket vizsgáltunk. Ezek közül példaként két kritikus, a környezetre nagyobb kockázatot jelentő állati hulladékot emelnék ki: a baromfitollat és a húslét. A tollfehérje nehezen bontható a mikroorganizmusok számára és növeli a keletkezett biogáz H2S-tartalmát, mely nagy mennyiségben toxikus lehet a folyamatra. A magas zsírtartalmú húslé növeli a savtartalmat, ami a pH csökkenéséhez vezet, a savas környezet pedig gátolhatja a metántermelő baktériumok szaporodását. Mindkét anyag túlzott bevitele a C:N arány káros eltolódását eredményezheti. Éppen ezért az állati eredetű hulladékok kezelhetőségének vizsgálata mellett célunk volt az érzékeny metanogén mikroorganizmusok számára biztosítani az optimális életteret (pH, C:N arány, kevés toxikus anyag) a nagyobb biogáz-kihozatal érdekében.
Animáció ^|3}| : Hogyan tehető hatékonyabbá az állati hulladékok hidrolízise?

III. Hogyan növelhető a hidrolízis hatékonysága?

A kísérleteket laboratóriumunkban bioreaktor-kismodellekkel végeztük. A bioreaktorokba különböző összetételű keverékanyagokat vittünk be, és számítógéppel vezérelt szenzorok segítéségével vizsgáltuk a minőségi és mennyiségi paramétereket (gázösszetétel, gázmennyiség, hőmérséklet, pH).
Animáció ^|4}| : A gázanalizátorral ellátott bioreaktor

Az állati hulladékok kezelhetőségének, majd biogáztermelő képességének kapcsán először a húslét vizsgáltuk. A hagyományosan biogáztermeléssel hasznosított növényi melléktermékeket, és állati trágyát magas zsírtartalmú húslével egészítettük ki különböző keverési arányokkal. A mért komponensek közül az összes szárazanyag- (%), összes szerves anyag- (%), összes nitrogén- (g/l), összes zsírtartalom (%) és a pH mérésére a kiindulási és végtermék esetében, a hőmérséklet, CH4-, CO2-, O2-tartalom mérésére a bontási folyamat során került sor.
Animáció ^|5}| : Állati zsírok kezelése, biogáztermelő képessége I.

IV. Az állati eredetű hulladékok előkezelése

A hőkezelésre vonatkozó eredmények azt mutatják, hogy a 70 °C-on hőkezelt toll feltáródása volt a legintenzívebb. A hígításhoz kapcsolódó eredmények alapján elmondható, hogy az 1:2-es és 1:3-as toll-víz arányú kezelések keverhetősége megfelelő volt. A baktériumos előkezelés, illetve tollbontás intenzitása 1%-os mikrobaaránynál volt a legnagyobb.

Animáció ^|6}| : Eredmények I.

A képen a mintavétel folyamata figyelhető meg, a diagrammon a tollbontás intenzitásának görbéje látható. A vizsgálat végén összehasonlítottuk a kontrollmintát és az előkezelt tollat, melyek különbsége szembetűnő volt. A kísérleti eredmények üzemi kipróbálása jelenleg folyamatban van. Reményeink szerint a kidolgozott technológiával értékes gáztermelő receptúra-összetevőt nyerhetünk, mely ugyanakkor a nagy mennyiségű vágóhídi toll elhelyezési problémáját is megoldja.
Animáció ^|7}| : Eredmények II.

A fent említett kutatásokat 3 fő munkacsoportban végeztük. A toll előkezeléséhez szükséges mikrobiológiai alapkutatásokat a Szegedi Tudományegyetem Biotechnológia Tanszék Dr. Kovács Kornél vezette kutatócsoportjának segítéségével, a bioreaktor-kismodellkísérleteket a Debreceni Egyetem Víz- és Környezetgazdálkodási Tanszékén Dr. Tamás János kutatócsoportjában végeztük.

Animáció ^|8}| : A biogáz projectekben résztvevő kutatócsoportok munkamegosztása

A bemutatott eredményeket a Dr. Petis Mihály által igazgatott Bátortrade Kft. (3. ábra) hasznosítja műszaki, technológiai fejlesztései során, így a közvetlen termelésben is megjelennek.

A biomassza alapú megújuló energiaforrások egyik legnagyobb potenciálja az észak-alföldi régióban található, melynek kiemelkedő kutatóbázisa a Debreceni Egyetem Agrártudományi Centruma. Számos olyan kutatási projekt van jelenleg is folyamatban, melyek a biomassza energetikai célú hasznosíthatóságának fejlesztését célozzák, hozzájárulva ezzel energiafüggőségünk csökkentéséhez, egy fenntarthatóbb energiatermelési szerkezet kialakításához, továbbá környezeti állapotunk javításához.