Перспективи отримання біогазу з цукрового сорго в Україні

Автор(и)

  • G. I. Kulichkova Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» http://orcid.org/0000-0001-6909-391X
  • N. A. Savytska ННЦ «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка http://orcid.org/0000-0001-8264-2303
  • O. I. Volodko Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» http://orcid.org/0000-0003-1465-9271
  • T. S. Ivanova Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» http://orcid.org/0000-0002-5219-8034
  • S. P. Tsygankov Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України» http://orcid.org/0000-0002-4166-4124

DOI:

https://doi.org/10.31548/dopovidi2022.05.001

Ключові слова:

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

Анотація

Розвиток енергетики має вирішальний вплив на стан економіки в 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.

Посилання

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 / editor. col.: I.D. Pasichnik, O.I. Demyanchuk. – Ostroh: Publishing House of the National University "Ostroh Academy", Vol. 26. pp. 45–49.

Cheban I.V., Dibrova A.D. (2017). Bioenergy market in Ukraine. Scientific Bulletin of the Uzhhorod National University. Issue 14, Part 2. P. 176-181.

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. Vol. 36, Iss. 2. P. 452-466.

Tokarchuk, D. and 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). P. 338-346.

Bioenergy Association of Ukraine UABIO (2021). Bioenergy facilities: infographic. [online] Available at: https://uabio.org/materials/11862/ [Accessed 16 Dec. 2021].

Adekunle, K, Okolie, J. (2015). A Review of Biochemical Process of Anaerobic Digestion. Adv. in Bioscience and Biotechnol. 06. 205-212. 10.4236/abb.2015.63020.

Lakyda, P., Geletukha, G., Vasylyshyn, R., Zhelezna, T., Zibtsev, S., Böttcher, H. (2011). In: Lakyda PI, Ed. Energy potential of biomass in Ukraine. Kyiv: Publishing Center of NUBiP of Ukraine, Institute of Forestry and Landscape-Park Management of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.

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. Stockholm. pp. 125-130.

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 Agric J; 14: 235-245. http://dx.doi.org/10.2174/1874331502014010235

Using by-products of bioethanol production to obtain energy / S. P. Tsygankov, A. G. Novak, A. I. Kulichkova // Rev. energy - 2009. - No. 2. - P. 74-80.

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 J. 14. 321-338. 10.2174/1874331502014010321.

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] K: NUBiP of Ukraine, 122 p.

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 Bioenerg. 106. 137-145. 10.1016/j.biombioe.2017.08.03.

Sawatdeenarunat, C., Surendra, K., Takara, D., Oechsner, H., Khanal, S. (2014). Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass: Challenges and opportunities. Bioresource technol. 178. 10.1016/j.biortech.2014.09.103.

Rakhmetov, D., Korablyova, O., Stadnichuk, N. and others. (2015). Catalog of the Department of New Cultures. NAS of Ukraine, National nerd garden. named after M.M. Grishka Kyiv: Phytosocial Center.

Nechaev, A., Traubenberg, S., Kochetkova, A. (2007). Food chemistry. St. Petersburg: GIORD.

Kostenko V.M., Panko V.V., Syrovatko K.M., Workshop on feeding agricultural animals. Part I "Chemical composition, assessment of nutrition and quality of fodder". – Vinnytsia: State University of the Russian Academy of Sciences, 2008.-141 p.

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 J. 14: 219-234. http://dx.doi.org/ 10.2174/1874331502014010219

Braun, R. (2007). Anaerobic digestion: a multi-faceted process for energy, environmental management and rural development. In: RANALLI, P. (eds) Improvement of Crop Plants for Industrial End Uses. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5486-0_13

Sun H., Cui X., Li R., Guo J., Dong R. Ensiling process for efficient biogas production from lignocellulosic substrates: Methods, mechanisms, and measures, Bioresource Technology, Volume 342, 2021, 125928, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125928

Pasteris A.M., Heiermann M., Theuerl S., Plogsties V., Jost C., Prochnow A., Herrmann Ch. Multi-advantageous sorghum as feedstock for biogas production: A comparison between single-stage and two-stage anaerobic digestion systems, Journal of Cleaner Production, Volume 358, 2022, 131985, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131985.

Chunlan, M., Yongzhong, F., Xiaojiao, W., Guangxin, R. (2015) Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 45. P. 540-555.

Reda, T., Plugge, C.M., Abram, N.J., Hirst, J. (2008) Reversible interconversion of carbon dioxide and formate by an electroactive enzyme. Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 105. 10654-10658.

Rajeshwari, K., Balakrishnan, M., Kansal, A., Lata, K., Kishore, V. (2000) State-of-the-art of anaerobic digestion technology for industrial wastewater treatment. Renewable Sustainable Energy Rev. – Vol. 4. – P. 135-156.

Herrmann, C., Idler, C., Heiermann, M. (2016). Biogas crops grown in energy crop rotations: Linking chemical composition and methane production characteristics. Bioresource Technol. 206. 10.1016/j.biortech.2016.01.058.

Pinnamaneni, S., Kumar, C., Reddy, B. (2013). Sweet Sorghum: From Theory to Practice. In: Rao P., Kumar C. (eds) Characterization of Improved Sweet Sorghum Cultivars. SpringerBriefs in Agriculture. Springer, India. 10.1007/978-81-322-0783-2_1.

##submission.downloads##

Номер

№ 5(99) (2022)

Розділ

Біологія, біотехнологія, екологія

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).