Hidrológiai Közlöny 1957 (37. évfolyam)

4. szám - Naszályi László: A trágyalé-gazdálkodás, mint az energiatermelés segédforrása

Naszályi L.: Biogáz termelés Hidrológiai Közlöny 37. évf. 1957. 4. sz. 367 évszázadban ezt a megállapítást tették, az energetikai kérdések messze nem érték el a mai jelentőségüket. Mindenesetre érdekes, hogy az idősebb Schloesing, a mezőgazdasági kémia egyik úttörője, már abban az időben felvette a trágyaerjedés nitrogén mérlegét, és megállapította, hogy az istállótrágyából szakszerűen vezetett metánerjesztés közben a nitrogénben veszteség nem áll elő. Berthelot professzor pedig — a kalorimetrálás egyik elindítója — megvizsgálta a kérdést energetikai szempontból és a keletkezett kalória mennyiséget összehasonlította egyéb erjedések hőleadásával. Mindezek azonban nem vitték előbbre a kérdés gyakorlati megoldását sem energetikai téren, sem pedig a trágyalé-gazdálkodás szempontjából. A helyzet azonban gyökeresen megváltozott a két világháború között, különösen pedig a második világháború óta. Az ipar és a mezőgazdaság fejlesztéséhez sok energia, a föld hozamának megjavításához pedig sok istállótrágya és műtrágya szükséges. Ilyen körülmények folytán került előtérbe ismét a cellulóze, elsősorban az istállótrágya szakszerű erjesztése, a belőle keletkezett gáz felhasználása és a visszamaradt istállótrágya mezőgazdasági hasznosítása. A cellulózéből való metánerjesztés kémizmusa : C

6H,

0O

5 + HoO = 3 CH, + 3 C0

2 + 45,6 kalória (1) vagyis más szóval a cellulóze víz jelenlétében mérsékelt oxidációt szenved és azonos mennyiségű metánra és széndioxidra bomlik, csekély hőfejlesztés mellett. A fenti egyenlet két reakciónak az összevonása, mert valószínű, hogy a cellulóze előbb hidrolízis következtében hexozzá alakul át és a hexoz bomlik metánná és szénsavvá : C

6II

l

0O

5 + II

20 = C

6Il

1

2O

0 (2) A kérdést még bonyolultabbá teszi az a körülmény, hogy a természetben ritkán találunk t iszta cellulózét (szűrőpapír, vatta stb.). A cellulóze egyéb anyagokkal együtt alkot mezőgazdasági terményt, vagy ipari hulladékanyagot. Ilyen anyagok a zsírok, fehérjék, a szervetlen ásványi sók stb., amelyek együttvéve alkotják pl. a gabonafélék szalmáját, de amelyek esetleg maguk is elbomlanak bakteriális hatásra. A gyakorlat azt mutatja, hogy a friss szalma a fenti reakció értelmében nem erjeszthető el egyszerűen metánná és széndioxiddá, hanem csak a kémiai reakció bakteriológiai előfeltételeinek teljesítése után indul meg a reakció, sőt két, egymásnak bizonyos fokig ellentmondó reakciónak kell lefolynia, hogy jóminőségű gázt kaphassunk. A legelső feltétel a levegő jelenlétében lefolyó égés, ami a cellulózét körülvevő cukorszerű anyagokat fellazítja, azokat többé-kevésbé eloxidálja szénsavvá és ezzel lehetővé teszi, hogy a metánfejlesztő baktériumok a cellulózéhoz hozzáférhessenek. Ez az aerob erjedés egész jelentékeny hőfejlődéssel jár, az istállótrágya nem ritkán 70—80 C°-ra is felmelegszik. Az erjedés másik, a mi szempontunkból hasznos része a metánfejlesztés. Tulajdonképpen itt is több reakció folyik le egyszerre, amennyiben a metán termelésével egyidejűleg a cellulóze egy része hidrogénné és szénsavvá bomlik. Ennek a két erjedésnek közel azonosak az előfeltételei : a megfelelő hőmérséklet, a gyengén lúgos közeg és a szükséges baktériumok jelenléte. A szokásos adottságok szerint ezek a feltételek általában önmaguktól biztosítottak. A kísérletek azt igazolták, hogy az erjedés jobban folyik le a kísérő baktériumok jelenlétében mint az ún. tiszta kultúrában. Hőmérséklet tekintetében is elég széles a lehetőség és ma úgy látják, hogy általában 55 C°, illetőleg 35 C° a különböző metánbaktériumok optimális működésének hőfoka. A lúgosság (pH) elsősorban az állati tápláléktól függ és az is a szokásos etetési körülmények között önmagában beáll a kívánt értékre. A hidrogénfejlesztő baktériumok általában a fentieknél nagyobb hőmérsékleten tenyésznek, azonban kisebb mértékben életképesek kisebb hőmérsékleten is, és ezért a termelt gázban 2—10% hidrogén többnyire található. Meg kell még emlékeznünk a kénhidrogén gázról is, amely a fehérjék bomlásából keletkezik. Ennek mennyisége ettől az utóbbi anyagtól függően, több, vagy kevesebb. Minél több az almozásra felhasznált szalma, annál kevesebb kénhidrogén gázt találhatunk. Az istállótrágya három alkatrészből tevődik össze : a vizelethői, az ürülékből és a kettő felszívására szolgáló anyagból, általában szalmából. Mind a háromnak jut az istállótrágya érlelésénél szerep, bár ezek a szerepek többé-kevésbé átfedik egymást. Az állati vizelet sótartalmát az 7. táblázatban közöltük. A vizelet szerepe a trágya érlelésénél, a gázfejlesztésnél kettős. Elsősorban biztosítja a metán-fejlesztéshez szükséges nedvességet, másrészt pedig a benne oldott szervetlen sók a baktériumok fejlődéséhez szükséges táptalajt adják. Az 1000 g bélsárban található ásványi sókat a 2. táblázatban foglaltuk össze. 2. táblázat N ; ív».-. K

2O CaO .VlgO 1 S0

4 Cl g/l Ló 5,60 3,00 | 3,30 2,30 1,00 0,50 0,10 Szarvasmarha 5,90 2,80 1,40 I 2-40 1,80 1,20 0,10 Sertés (1,00 0,00 5,00 1 0,50 0,20 0,60 0,10 A szorosan vett bélsárban 7—800 g víz, 150—300 g szervesanyag és mintegy 15—20 g ásványi anyag van 1000 g-ként. Szerepe a metánerjesztésnél hármas. Egyrészt magával hozza a bakteriális miliő egy részét, másrészt a szervesanyag tartalma részben elerjed, tehát gázt termel, végül pedig csekély részben hozzájárul a baktériumok tenyészetéhez szükséges anyagok fedezéséhez. Utoljára vizsgáljuk az istállótrágyának nem kevésbé fontos alkatrészét, a szalmaféleséget, a cellulóze hordozót (3. táblázat). Ennek a szerepe a metán termeléséhez szükséges nyersanyag biztosítása.