Assessment of energy biomass potential and greenhouse gas emissions from biogas production from perennial grasses

Abstract

Tyrimų metu įvertintos energinės biomasės ir biodujų gamybos iš įvairių daugiamečių žolių siloso šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos, apimant visus procesus nuo biomasės auginimo iki perdirbimo į biodujas. Tyrimams pasirinktos daugiametės miglinių rūšies žolės – paprastoji šunažolė (Dactylis glomerata L.), nendrinis eraičinas (Festuca arundinacea Scherb.) ir nendrinis dryžutis (Phalaris arundinacea L.), užaugintos Lietuvos agrarinių ir miškų mokslo centro Žemdirbystės institute 2008–2010 m. Žolynai buvo auginti giliau karbonatingame giliau glėjiškame rudžemyje (RDg4-k2), kuriame organinės anglies buvo 1,61–1,75 %, judriųjų P – 145–224 ir K – 128–158 mg kg-1, dirvos pH – 6,7–7,0. Siekiant užtikrinti stabilų 500 kWe elektrinės galios biodujų jėgainės darbą, buvo naudota trijų daugiamečių žolių biomasė. Šios biodujų jėgainės nepertraukiamam darbui reikalingoms žaliavoms užtikrinti būtini įvairaus dydžio žemės plotai, priklausomai nuo žolynų derlingumo. Daugiamečių žolių plotai, kurių reikia pagaminti tam pačiam kiekiui energijos, priklauso nuo žolių rūšies, tręšimo normų ir pjūčių kiekio. Tyrimų rezultatai labiausiai priklausė nuo biomasės derlingumo ir biodujų išeigos iš sausosios masės. Nendrinio eraičino biomasės sausosios masės derlingumas, pirmaisiais naudojimo metais pjauto du kartus per vegetacijos sezoną, buvo didesnis už pjauto tris kartus, o paprastosios šunažolės ir nendrinio dryžučio derlingumas buvo didesnis pjaunant tris kartus. Suminis šiltnamio efektą sukeliančių dujų balansas rodė šių dujų emisijų sumažėjimą ir kito nuo 0,206 iki 0,298 kg CO2 ekv. kWh-1

The research was aimed to investigate the energy biomass productivity and biogas production from silage of different perennial grasses with evaluation of greenhouse gas emissions through the entire process from biomass cultivation to processing. The experiments with perennial grasses – cocksfoot (Dactylis glomerata L.), tall fescue (Festuca arundinacea Scherb.) and reed canary grass (Phalaris arundinacea L.) were carried out at Institute of Agriculture, Lithuanian Research Centre for Agriculture and Forestry in 2008–2010. The swards were grown in an Endocalcari-Endohypogleyic Cambisol (CMg-n-w-can), which contained: organic carbon – 1.61–1.75%, available P – 145–224 mg kg-1 and K – 128–158 mg kg-1, soil pH ranging between 6.7–7.0. The three perennial grass species with varying yields of biomass were used to ensure a steady operation of the selected biogas plant of 500 kWe electric power. The different quantities of biomass feedstock and varying energy input are required for such biogas plant. Therefore all data correspond to a biogas cogeneration plant of 500 kWe electric power. Required land area for the same amount of energy produced depends on species of perennial grasses, rates of fertilization and number of cuts. These results mainly depended on the biomass productivity and biogas yield from dry mass. Biomass yield from dry matter in the first year of use of tall fescue cut twice per vegetation season was higher compared to that cut three times, while cocksfoot and reed canary grass yielded better cut three times compared to cut twice. The highest yield was obtained in tall fescue swards cut twice and fertilized with N180. The total balance of greenhouse gas emissions showed their mitigation and ranged from 0.206 to 0.298 kg CO2 eq kWh-1