ЛИСТОСТЕБЛОВА МАСА РЕДЬКИ ОЛІЙНОГО ПРОМІЖНОГО (ЛІТНЬОГО) СТРОКУ СІВБИ ЯК СИРОВИНА ДЛЯ ОТРИМАННЯ БІОГАЗУ

Я.Г. ЦИЦЮРА

doi:10.32848/agrar.innov.2024.27.21

Я.Г. ЦИЦЮРА Вінницький національний аграрний університет https://orcid.org/0000-0002-9167-833X

DOI: https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2024.27.21

Ключові слова: редька олійна, анаеробна ферментація, біогаз, гідротермічні показники вегетації, питомий вихід біогазу.

Анотація

Метою досліджень було дослідити доцільність та потенційну ефективність використання сирої листостеблової маси редьки олійної у якості сировини для отримання біогазу з огляду на гідротермічні умови вегетації та сформовані відповідно їм рівні біопродуктивності та базового біохімічного складу у форматі дослідження можливості комплексного біогазово-сидераційного застосування редьки олійної. Методи. Дослідження було проведено впродовж 2020–2024 років на базі дослідного поля Вінницького НАУ на сірих лісових грунтах з середнім потенціалом родючості. Повторність у досліді чотирьохразова. Розміщення варіантів – систематичне у два яруси. Дослід передбачав співставний аналіз показників біопродуктивності, гідротермічних умов вегетації з даними базових показників біогазової продуктивності визначених за рахунок лабораторного модельного дослідження. Результати. Визначена можливість використання листостеблової маси редьки олійної вирощеною в умовах літнього строку сівби як варіант поширеного її сидерального та біоконсерваційного її використання для виробництва біогазу при застосуванні класичного процесу сумісної анаеробної ферментації із дигестатним інокулянтом за звичайного температурного режиму інкубації. Доведено можливість досягнення 90% рівня ефективної реалізації біогазового потенціалу ферментації целюлозовмісної агробіомаси (у значенні 300 лN/кг органічної сухої речовини) за умов помірного рівня зволоження при ГТК в інтервалі 1,2–1,5 за температурного режиму в інтервалі 17–18 оС. Досліджено характер біогазового продуктивності листостеблової маси редьки олійної на підставі динамічних графіків щодобової фіксації та визначено базові особливості цього процесу з огляду на їх врахування у практичних аспектах виробництва біогазу. Висновки. Листостеблова маса редьки олійної отримана за вирощування при літньому (проміжному) строці сівби є ефективним компонентом базової сировини для біогазового виробництва у системі коферментації із дигестатними варіантами інокуляції із досяжним інтервалом біогазового потенціалу на рівні 250– 300 лN/кг органічної сухої речовини. Лімітуючими факторами такого рівня продуктивності у першу чергу є гідротермічні режими періоду вегетації до фази цвітіння. Оптимальність досягається за помірного рівня літніх середньодобових температур (17–18 оС) та зволоження (ГТК 1,2–1,5).

Посилання

1. Waithaka S. Effects of Agriculture on the Environment. International Journal of Agriculture. 2023. Vol. 8. P. 10–20.
2. Zhang Q., Hu Y., Jiao J., Wang S. The impact of Russia– Ukraine war on crude oil prices: an EMC framework. Humanities and Social Sciences Communications. 2024. Vol. 11. 8.
3. Olesen J.E., Møller H.B., Petersen Sa.O., Sørensen P., Nyord T., Sommer S. G. Sustainable biogas – climate and environmental effects of biogas production Aarhus Universitet, DCA – Danish Centre for Food and Agriculture. 85 p. DCA report nr. 181. 2021. URL: https://dcapub.au.dk/djfpdf/DCArapport181.pdf (date of application 23 October 2024).
4. Birman J., Burdloff J., De Peufeilhoux H., Erbs G., Feniou M., Lucille P.-L. Geographical analysis of biomethane potential and costs in Europe in 2050. 2021. URL: https://www.engie.com/sites/default/ files/assets/documents/2021-07/ENGIE_20210618_ Biogas_potential_and_costs_in_2050_report_1.pdf (date of application 25 October 2024).
5. Tokarchuk D.M., Pryshliak N.V., Tokarchuk O.A., Mazur K.V. Technical and economic aspects of biogas production at a small agricultural enterprise with modeling of the optimal distribution of energy resources for profits. INMATEH – Agricultural Engineering. 2020. Vol. 61. № 2. P. 339–349.
6. Toda M., Walder F., van der Heijden M.G. Organic management and soil health promote nutrient use efficiency. Journal of Sustainable Agriculture and Environment 2023. Vol. 2. P. 215–224.
7. Steininger K.W., Williges K., Meyer L.H., Maczek F., Riahi K. Sharing the effort of the European Green Deal among countries. Nature Communications. 2022. Vol. 13. 3673.
8. Gregory C., Simone T., Georg Z. How to make the European Green Deal work, Bruegel Policy Contribution, No. 2019/13, Bruegel, Brussels. 2019. 82 p.
9. Słomka A, Pawłowska M. Catch and Cover Crops’ Use in the Energy Sector via Conversion into Biogas– Potential Benefits and Disadvantages. Energies, 2024. Vol. 17. №3. 600.
10. Chapagain T., Lee E.A., Raizada M.N. The Potential of Multi-Species Mixtures to Diversify Cover Crop Benefits. Sustainability. 2020. Vol. 12. №5. 2058.
11. Nichols G.A., MacKenzie C.A. Identifying research priorities through decision analysis: A case study for cover crops. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2023. Vol. 7. e1040927.
12. Quintarelli V., Radicetti E., Allevato E., Stazi S.R., Haider G., Abideen Z., Bibi S., Jamal A., Mancinelli R. Cover Crops for Sustainable Cropping Systems: A Review. Agriculture. 2022. Vol. 12. 2076.
13. Bhogal A., White C., Morris N. Project Report №. 620 Maxi Cover Crop:Maximising the benefits from cover crops through species selection and crop management. AHDB Cereals & Oilseeds is a part of the Agriculture and Horticulture Development Board (AHDB). 2018. 84 p.
14. Ugrenović V., Filipović V., Jevremović S., Marjanović J.A., Popović V., Buntić A., Delić D. Effect of Brassicaceae as cover crops. Selekcija i semenarstvo. 2019. Vol. 25. № 2. Р. 1–8.
15. Wang X., Ma H., Guan C., Guan M. Decomposition of Rapeseed Green Manure and Its Effect on Soil under Two Residue Return Levels. Sustainability. 2022. Vol. 14. 11102.
16. Beausang C., McDonnell K., Murphy F. Assessing the environmental sustainability of grass silage and cattle slurry for biogas production. Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 298. e126838.
17. Test Guidelines for the conduct of tests for distinctness. uniformity and stability of Fodder Radish (Raphanus sativus L. var. oleiformis Pers.). 2017. Geneva, 23 p.
18. Duff J., van Sprang C., O’Halloran J., Hall Z. Guide to Brassica Biofumigant Cover Crops Managing soilborne diseases in vegetable production systems. Horticulture Innovation through VG16068 Optimising cover cropping for the Australian vegetable industry. State of Queensland. Department of Agriculture and Fisheries. 2020. 40 p.
19. AOAC. Official Method of Analysis: Association of Analytical Chemists. 19th Edition, Washington DC. 2012. P. 101–130.
20. Herrmann C., Idler C., Heiermann M. Biogas crops grown in energy crop rotations: Linking chemical composition and methane production characteristics. Bioresource Technology. 2016. Vol. 206. P. 23–35.
21. Carvalho L., Di Berardino S., Duarte E. Biogas production from mediterranean crop silages. Proceedings Sardinia 2011. Thirteenth International Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 3–7 October 2011. 2011. 3e7.
22. VDI. 2006. VDI Standard Procedures 4630: Fermentation of Organic Materials. Characterisation of the Substrate, Sampling, Collection of Material Data, Fermentation Tests Verein Deutscher Ingenieure. Beuth Verlag, Berlin. 2006. 132 p.
23. Herrmann C., Plogsties V., Willms M., Hengelhaupt F., Eberl V., Eckner J. Methane production potential of various crop species grown in energy crop rotations. Landtechnik. 2016. Vol. 71. P. 194–209.
24. Moody L.B., Burns R.T., Bishop G., Sell S.T., Spajic R. Using biochemical methane potential assays to aid in co-substrate selection for co-digestion. Applied Engineering in Agriculture. 2011. Vol. 27. №3. 433e9.
25. Snecdecor G.W., Cochran W.G. Statistical Methods, 8th Edition. Wiley-Blackwell, 1991. 524 p.
26. Launay C., Houot S., Frédéric S., Girault R., Levavasseur F., Marsac S. Constantin J. Incorporating energy cover crops for biogas production into agricultural systems: benefits and environmental impacts. A review. Agronomy for Sustainable Development. 2022. Vol. 42. 57.
27. Li Y, Zhu J, Tang Y, Shi X, Anwar S, Wang J, Gao L, Zhang J. Impact of Varying Mass Concentrations of Ammonia Nitrogen on Biogas Production and System Stability of Anaerobic Fermentation. Agriculture. 2023. Vol. 13. №8. 1645.
28. Manyi-Loh C.E., Lues R. Anaerobic Digestion of Lignocellulosic Biomass: Substrate Characteristics (Challenge) and Innovation. Fermentation. 2023. Vol. 9. №8. 755.
29. Mittweg G., Oechsner H., Hahn V., Lemmer A., Reinhardt-Hanisch A. Repeatability of a laboratory batch method to determine the specific biogas and methane yields. Engineering in Life Sciences. 2012. Vol. 12. P. 270–278.
30. Molinuevo-Salces B., Fernández-Varela R., Uellendahl H. Key factors influencing the potential of catch crops for methane production. Environmental Science & Technology. 2014. Vol. 35. P. 1685–1694.