Technologie przetworzenia biomasy

KIERUNEK STUDIÓW : BIOGOSPODARKA / ECTS: 6 /semestr: 5

Profil: ogólnoakademicki / Forma i poziom: SI

status: kierunkowy

Wymagania wstępne: brak

Wzrost liczby ludności świata jest przyczyną wyraźnego zwiększania się potrzeb żywnościowych, w tym produktów wysoko przetworzonych, a także innych niezbędnych w różnych gałęziach gospodarki. W tym aspekcie szczególnego znaczenia nabierają zasoby biomasy oraz technologie jej przetwarzania. Oprócz energii nuklearnej i dużych, choć ograniczonych zapasów węgla, realnym źródłem energii może być biomasa organiczna (rolnicza, leśna i większość odpadów bytowych, przetwórczych i komunalnych). Szczególne znaczenie wiąże się z procesami technologicznymi wykorzystywanymi w przypadku transformacji biomasy ubocznej lub odpadowej. W ramach przedmiotu podjęto zagadnienia dotyczące technologii transformacji biomasy, a także ewentualnych zagrożeń z tym związanych.

Wykłady:

1 – 2. Fizjologia drobnoustrojów. Omówienie przemian biochemicznych zachodzących w mikroorganizmach.

3 – 4. Mikroorganizmy wykorzystywane w przemyśle rolno-spożywczym.

5 – 6. Mikroorganizmy w żywności i żywieniu

7 – 8. Fermentacja. Rodzaje, cele i sposoby. Morfologia i fizjologia drobnoustrojów używanych w fermentacji. Dobór drobnoustrojów.

9 – 10. Teoretyczne podstawy powstawania biogazu. Warunki prowadzenia procesu, produkty procesu fermentacji.

11 – 13. Biopaliwa stałe, płynne, biogaz. Paliwa II i III generacji. Synteza bioalkoholi z gliceryny i celulozy.

14 – 15. Soapstock jako źródło wyższych kwasów tłuszczowych. Zastosowanie metod chemicznych i biotechnologicznych wykorzystywanych w rozkładzie soapstocku.

16 – 17. Biomasa i możliwości jej wykorzystania w rolnictwie i ochronie środowiska. Znaczenie biomasy w odnawianiu zasobów glebowej materii organicznej poprawie właściwości gleb.

18 – 19. Transformacja biomasy w procesie kompostowania, warunki prowadzenia procesu, technologie.

20 – 21. Kompost, parametry jakościowe, możliwości wykorzystania.

22 – 23. Mechaniczno-biologiczne przetwarzanie biomasy odpadowej, technologia a możliwości praktyczne zastosowania.

24 – 25. Biowęgiel, technologia produkcji właściwości fizyczne i chemiczne, jakość.

26 – 27. Biowęgiel - możliwości wykorzystania

28 – 30. Biologiczne i termiczne przetwarzanie biomasy – skutki środowiskowe.

Ćwiczenia:

1 – 3. Bezpieczeństwo i higiena pracy na ćwiczeniach z technologii przetwarzania biomasy. Metody izolacji drobnoustrojów i zasady ich hodowli. Przypomnienie metod barwienia drobnoustrojów. Barwienie proste i złożone. Morfologia i fizjologia drobnoustrojów wykorzystywanych w procesach fermentacyjnych. Zasady diagnostyki bakterii i drożdży. Selekcja drobnoustrojów użytkowych.

4 – 6. Projektowanie i konstrukcja stanowiska badawczego. Dobór mikroorganizmów o wysokiej wydajności w procesach rozkładu. Przygotowanie inokulum do założenia fermentacji.

7 – 9. Mycie i sterylizacja biofermentora. Założenie procesu fermentacji (produkcja metanu). Przygotowanie hodowli drożdży do założenia fermentacji (pozyskiwanie wyższych kwasów tłuszczowych z soapstocku - metodą biotechnologiczną).

10 – 12. Mycie i sterylizacja biofermentora. Założenie fermentacji soapstocku (źródło wyższych kwasów tłuszczowych).

13 – 15. Zakończenie fermentacji, pozyskanie wyższych kwasów tłuszczowych uzyskanych w procesie fermentacji. Mycie fermentora

16 – 18. Wymagania dotyczące biomasy przeznaczonej do biologicznej obróbki.

19 – 21. Określenie zdolności biomasy odpadowej do fermentacji i stopnia jej przefermentownia.

22 – 24. Komposty – dojrzałość i jakość na podstawie parametrów chemicznych.

25 – 27. Ocena możliwości przyrodniczego wykorzystania stałych produktów obróbki biologicznej biomasy na podstawie wskaźników biologicznych.

28 – 30. Charakterystyka uwolnień i transferu zanieczyszczeń z instalacji w aspekcie PRTR oraz określenie powierzchni użytków dla zagospodarowania powstałych produktów obróbki biologicznej.

31 – 37. Instalacje do przetwarzania biomasy na cele konsumpcyjne i paszowe.

38 – 45. Instalacje do przygotowania i transformacji biomasy typu agro oraz biomasy odpadowej.

Struktura aktywności studenta:

zajęcia realizowane z bezpośrednim udziałem prowadzącego 85 godz., ECTS** 2,8

w tym:

wykłady 30 godz.

ćwiczenia i seminaria 45 godz.

konsultacje 6 godz.

udział w badaniach 0 godz.

obowiązkowe praktyki i staże 0 godz.

udział w egzaminie i zaliczeniu 4 godz.

e-lerning 0 godz.

Praca własna (2,2 ECTS**) 65 godz.

Podstawowa:

1. Jędrczak A. 2007. Biologiczne przetwarzanie odpadów. PWN, 2007

2. Kacprzak A., Michalska K., Romanowska-Duda Z., Grzesik M. 2012. Rośliny energetyczne jako cenny surowiec do produkcji biogazu. Kosmos 61, 2 (295), 281-293

3. Pimentel, D. (Ed.) 1980. CRC Handbook of energy utilization in agriculture. (Boca Raton: CRC Press)

Lynn Ellen Doxon. The Alcohol Fuel Handbook. InfinityPublishing.com. ISBN 0-7414-0646-2

4. Witold M., Lewandowski M.: 2006. Proekologiczne odnawialne źródła energii. Warszawa: WNT, 350-372

5. Richards B., Herndon F. G., Jewell W. J., Cummings R. J., White T. E. 1994. In situ methane enrichment in methanogenic energy crop digesters. Biomass and Bioenergy 6 (4): 275–274

Uzupełniająca

1. Richards B., Cummings R., White T., Jewell W. 1991. Methods for kinetic analysis of methane fermentation in high solids biomass digesters. Biomass and Bioenergy 1 (2): 65–26

2. Gondek K., Tabak M., Koncewicz-Baran M., Kopeć M. 2015. Effect of the addition of foils produced from polyethylene and maize starch to composted biomass on quantitative and qualitative composition of humic compounds and optic parameters of humic acids. Pol. J. Environ. Stud. 24, 6, 2397-2403. DOI: 10.15244/pjoes/59490.

Wiedza:

- student definiuje cele i zadania bezpiecznego przetwarzania różnej biomasy oraz jej efektywnego wykorzystania

- student zna metody ograniczania uwolnień zanieczyszczeń do środowiska z instalacji do przetwarzania biomasy

- student zna i opisuje technologie wykorzystywane w przetwarzaniu biomasy

Umiejętności:

- student potrafi zaprojektować i skonstruować stanowisko badawcze

- student umie analizować dane procesowe w celu ich korekty dla zapewnienia optymalnej jakości produktu

- student potrafi samodzielnie (na podstawie otrzymanych danych) sporządzić raport dotyczący uwolnień i transferu zanieczyszczeń z instalacji

Kompetencje:

- student ma świadomość konieczności kontroli jakości biomasy w kontekście jakości produktu

- student ma świadomość roli biomasy w środowisku

Zaliczenie części wykładowej - egzamin pisemny ograniczony czasowo

Zaliczenie części ćwiczeniowej - zaliczenie raportu lub sprawozdania

Ocena końcowa z ćwiczeń: średnia uzyskana z poszczególnych ćwiczeń.

1. Ocena niedostateczna (2,0): wystawiana jest wtedy, jeśli w zakresie co najmniej jednej z trzech składowych (W, U lub K) przedmiotowych efektów kształcenia student uzyska mniej niż 50% obowiązujących efektów dla danej składowej.

2. Ocena dostateczna (3,0): wystawiana jest wtedy, jeśli w zakresie każdej z trzech składowych (W, U lub K) efektów kształcenia student uzyska przynajmniej 50% obowiązujących efektów dla danej składowej.

3. Ocena ponad dostateczna (3,5): wystawiana jest na podstawie średniej arytmetycznej z trzech składowych (W, U lub K) efektów kształcenia (średnio 61-70%).

4. Podobny sposób obliczania ocen jak przedstawiony w pkt. 3 przyjęto dla ocen dobrej (4,0 - średnio 71-80%), ponad dobrej (4,5 - średnio 81-90%) i bardzo dobrej (5,0 - średnio >90%).

Ocena końcowa = 0,5 x ocena z części wykładowej + 0,5 x ocena z części ćwiczeniowej

UWAGA: Prowadzący zajęcia, na podstawie stopnia opanowania przez studenta obowiązujących treści programowych danego przedmiotu, w oparciu o własne doświadczenie dydaktyczne, formułuje ocenę, posługując się podanymi wyżej kryteriami formalnymi.