Biochar kan gavne anaerob fordøjelse af husdyrgødning

Ny forskning fra Texas A&M AgriLife -forskere viser, at biochar har potentiale til at gøre anaerob fordøjelse af husdyrgødning til en mere effektiv metode til at befri gårde for affald, mens man producerer metan til energi.

Biochar er et menneskeskabt kulmateriale, der består af landbrugsaffald, herunder husdyrgødning, afgrøderester og grovfoder. Det kan bruges som bæredygtig gødning og til at filtrere en bred vifte af forurenende stoffer, herunder antibiotika, pesticider og hormoner i spildevand og vand, samt at fange drivhus og lugtende gasser som kuldioxid og ammoniak.

"Virkninger af mejerigødning afledt biochar på psykrofilt, mesofile og termofile anaerobe fordøjelser af mejerigødning "af Dr. Hyun Min Jang, AgriLife Research miljøingeniør, Dr. Yong-Keun Choi, Forsker ved Tarleton State University og Dr. Eunsung Kan, AgriLife Research kemikalie- og miljøingeniør i Stephenville, blev for nylig offentliggjort i Biosource teknologi .

Artiklen diskuterer potentialet ved at anvende biochar som et accelerationsmateriale til at gøre anaerob fordøjelse af mælkemøg mere effektiv i bioreaktorer til forbedring af nedbrydning af affald og produktion af metangas.

Den nuværende forvaltning af husdyrgødning omfatter anvendelse af affald på dyrkningsmarker, Sagde Kan. Nuværende metoder genererer ofte lugt og drivhusgasser og kan forårsage økologiske problemer nedstrøms, såsom algeopblomstring og forurenet grundvand.

"Værdien af ​​den nye forskning er, at gylle kan være en problemkilde, og anaerob fordøjelse ved hjælp af biochar tjener til at bortskaffe gylle, mens der produceres metan til at drive gården og muligvis sælges til lokale forsyningsselskaber, " han sagde.

Kan sagde, at gylle er en meget rig kilde til bakterier, der er involveret i anaerob fordøjelse, som omfatter fermenterende og metanproducerende bakterier, til omdannelse af gylle til metan i biogas og flygtige organiske syrer.

Metanogene bakterier er særlig interessante for Kan på grund af deres potentiale til at producere metangas med en hastighed, der kan drive en gård. Imidlertid, metanogene bakterier viste sig at være den hastighedsbegrænsende faktor for anaerob fordøjelse på grund af deres følsomme reaktioner på driftsbetingelser såsom temperatur og pH-niveauer.

Kan sagde, at bioreaktorerne bruges til at udføre anaerob fordøjelse af affaldet - fordøjere - fungerer kun godt, når miljøforholdene er gode for begge bakterietyper.

"Nogle gange gør miljøforhold det vanskeligt at drive anaerob fordøjelse på malkekvægbrug i områder som Wisconsin eller Texas, hvor vejrvariationerne er ekstreme, "sagde han." Dette ville gøre processen inkonsekvent og vanskelig at kontrollere. "

Anaerob fordøjelse af gødning resulterer i lav pH og andre uønskede forhold i bioreaktoren, som bremser eller hæmmer metanogen bakterievækst og metabolisme, når driftsbetingelserne ikke er optimale, Sagde Kan.

Jang, hovedforfatteren, undersøgt, hvordan brugen af ​​biochar kunne overvinde disse driftsproblemer.

Gødningsafledt biochar er basisk med en pH på 8-9, Kan sagde, og kan fungere som en fremragende buffer for at opretholde den optimale pH for methanogene bakterier, som er omkring pH 7. Den indeholder høje niveauer af næringsstoffer og mineraler for at understøtte høj bakterievækst, mens dets høje kulstofindhold beriger det mikrobielle samfund forbundet med anaerob fordøjelse.

Kan og Jang har testet lave forhold mellem biochar og husdyrgødning hidtil med lovende resultater. Mejerigødning blandet uden biochar og 0,1-1 procent biochar viste, at tilsætning af biochar øgede metanproduktionen med cirka 40 procent og reducerede produktionstiden for at opnå målbiogasproduktion med 50-70 procent.

"Det reducerede forsinkelsesfasen, hvilket er den tid, der går, før produktionen starter, og halver biogasproduktionstiden til det halve, hver gang vi tilføjede mere biochar, "sagde han." Produktionstid er en væsentlig faktor for et mejeri med f.eks. 000 køer, der producerer 8, 000 kg tørgødning hver dag, men at reducere fordøjelsestiden betyder også, at størrelsen af ​​den anaerobe bioreaktor reduceres med det halve. "

Reduktion af fordøjelsens lagringstid og fodaftryk ville betyde lavere indledende investeringsomkostninger, vandforbrug, forsyningsomkostninger, driftsomkostninger og arealbehov, Sagde Kan.

Men Kan sagde, at der er brug for mere forskning for at forstå ændringerne i mikrobielle samfund med biochar og for at bestemme de optimale betingelser for anaerob fordøjelse af husdyrgødning, før forskere kan bygge en skalaversion, der kan testes og i sidste ende anvendes på skala for et fungerende mejeri.

Kan mener, at den nuværende teknologi - laguner til håndtering af mejerigødning - kan opgraderes til anaerobe fordøjere, der er dækket og blandet med biochar. Brug af biochar i opgraderede anaerobe laguner ville forbedre biogasproduktionen og forkorte behandlingstiden, samtidig med at der fanges drivhus og lugtende gasser.

Han sagde, at der er gode indikationer på, at forskere kan optimere forholdene og derefter flytte til en pilottest på et mejeri inden for de næste par år.

"Der er gode tegn på, at biochar vil gøre anaerob fordøjelse til en levedygtig løsning til mere effektiv håndtering af husdyrgødning med lettere operationer end konventionelle anaerobe fordøjelser, "sagde han." Når vi optimerer forholdene og går til testfasen på et mejeri, ved vi, hvilke investeringer og fodaftryk der ville være nødvendige for at bygge bæredygtige fordøjere, der kan opfylde bortskaffelsesbehovet og derefter anvende det på andre operationer baseret på deres kapacitet."