CZ29112U1 - Přípravek pro silážování nadměrně vlhkých rostlin jako suroviny pro výrobu bioplynu - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

Přípravek pro silážování nadměrně vlhkých rostlin jako suroviny pro výrobu bioplynu

Oblast techniky

Řešení se týká konzervačního přípravku pro silážování nadměrně vlhkých rostlin jako suroviny pro výrobu bioplynu. Je určen pro ekonomicky a energeticky efektivní produkci siláže jako kvalitní dlouhodobě skladovatelné suroviny pro biozplynování, a to z méně vhodné rostlinné hmoty z hůře silážovatelných nebo nedozrálých plodin, případně nedostatečně zavadlé rostlinné hmoty se sušinou menší než je doporučené optimum pro dané plodiny nebo kategorii produkované rostlinné hmoty. Například v případě kukuřice sklízené vcelku na zelenou hmotu se jedná o sušinu menší než 29 % hmotn., při dělené sklizni palic kukuřice se jedná o sušinu menší než 49 % hmotn. a v případě trav, jetelotrav nebo čistých jetelovin se jedná o sušinu menší než 39 % hmotn.

Dosavadní stav techniky

Je všeobecně známo, že účelem konzervace silážováním je potřeba dlouhodobého uchování kvality pícnin při minimalizaci ztrát výživných látek, které je v přírodních podmínkách zajištěno především mléčně-kyselou anaerobní fermentací čerstvé nebo zavadlé rostlinné hmoty. Kvalitní průběh silážování je podmíněn vytvořením optimálního prostředí pro dominantní růst bakterií mléčného kvašení, který závisí na vlastnostech suroviny a podmínkách fermentace. Mezi rozhodující vlastnosti rostlinné suroviny patří především obsah sušiny (hlavně organické), obsah vodou rozpustných cukrů a pufrovací kapacita. Zkvašením cukrů na kyselinu mléčnou, případně další organické kyseliny se vytvoří podmínky pro dostatečné snížení pH, obvykle na hodnoty v rozmezí 3,8 až 4,6 jednotek pH, čímž se potlačí růst většiny nežádoucích a škodlivých mikroorganismů, především enterobakterií, klostridií, kvasinek a plísní.

Při silážování méně kvalitní rostlinné hmoty nebo méně vhodných rostlin se doporučuje použití rozličných konzervantů, a to jak chemických, tak i biologických nebo kombinovaných. Výběr vhodných přípravků pro konzervaci pícnin je omezen potřebou zabezpečení vyhovující krmné kvality výsledné siláže, zejména přístupnosti konzervované hmoty trávicímu systému hospodářských zvířat neboli tzv. stravitelnosti. Často se stává, že zvýšení kvality silážování z hlediska efektivity konzervace pícnin, zejména s využitím přídavných látek není ku prospěchu jejich dietetické kvalitě nebo dokonce zdravotní nezávadnosti.

Výběr vhodných konzervačních přípravků k usměrnění fermentačního procesu konzervovaných krmiv pro uchování organických živin se stal limitujícím faktorem ekonomické efektivnosti produkce a využití pícnin při chovu skotu, zejména dojnic. Příčinou této situace je výrazné zvýšení mléčné užitkovosti dojnic v posledních letech, kdy se ukázalo, že kvalita konzervovaných krmiv zásadně ovlivňuje produkční účinnost celé krmné dávky. V poslední době k tomuto problému lze přiřadit i problematiku výroby konzervovaných rostlin jako suroviny pro produkci bioplynu.

V prvopočátcích řešení problematiky se mnozí odborníci domnívali, že fermentace v bachoru dojnic je totožná s fermentací v bioplynových stanicích. Díky novým poznatkům výzkumu a praxe ohledně podstaty biozplynování resp. produkce metanu se zjistilo, že krmivá pro výrobu metanu se musí připravovat s odlišnou kvalitou. Hlavní důvod vidíme v tom, ze produkce metanu v bachoru dojnic je považována za ztrátu organických živin, přičemž vzniklý plyn uniká do ovzduší a patří k vysoce škodlivým skleníkovým plynům, kdežto při bioplynové fermentací je metan hlavní cílový produkt. Proto v oblasti výživy zvířat existují dokonce projekty, které řeší minimalizaci produkce metanu v bachoru dojnic a tím maximalizaci konverze živin do živočišných výrobků (maso, mléko).

V oblasti výroby bioplynu potřebujeme naopak produkci metanu jako hlavní energetické složky maximálně podpořit. Z těchto důvodů lze očekávat odlišné nároky jak na kvalitu původních surovin, tak i na technologické postupy jejich úpravy, včetně použití konzervantů. Hodnocení krmiv z pohledu nutriční kvality je běžnou praxí, avšak hodnocení krmiv z pohledu tvorby bio-1 CZ 29112 U1 plynu není zcela běžné a postupně se ve výzkumných pracích hledají nové ukazatele, které by přispěly k predikci kvality vyrobené siláže z hlediska produkce bioplynu.

V oblasti výroby bioplynu se tvrdilo, že při použití chemických přípravků dochází k potlačení metanogenní fermentace a tím i ke snížení produkce metanu. Např. u některých chemických přípravků se zjistilo snížení příjmu krmivá u zvířat, avšak to neznamená, že se současně sníží výtěžnost metanu. Např. zvýšený obsah organických kyselin, zejména mravenčí, octové a máselné negativně působí na krmnou kvalitu siláže, ale v případě bioplynu nemusí mít negativní důsledky, protože do bioplynové stanice se krmivo dávkuje v malém množství a fermentující hmota dokáže přidanou surovinu úspěšně zneutralizovat. Konzervační chemické látky, které snižují stravitelnost krmiv a příjem živin a které nelze použít ve výživě zvířat, mohou být tedy pro produkci bioplynu dokonce prospěšné. To znamená, že podobné konzervační látky mohou být s úspěchem použity k úpravě rozličných rostlinných surovin na siláž jako suroviny pro bioplyn.

Hlavní důvody pro využití konzervantů jsou následující: 1) příznivé ovlivnění průběhu fermentace nebo jeho zastoupení přímou konzervací; 2) omezení ztráty organické sušiny a živin během fermentace; 3) stabilizace siláže během skladování; 4) omezení ztráty aerobní degradací zvýšením aerobní stability; 5) zachování dietetické hodnoty siláže v případě použití na krmení. Poslední důvod není nutné zohledňovat v případě využití siláže výhradně pro produkci bioplynu.

V tomto případě potřebujeme místo zachování krmivářské hodnoty zabezpečit maximální výtěžnost bioplynu.

Podmínka zachování dietetické kvality a zdravotní nezávadnosti siláží pro zvířata je významným omezujícím faktorem ve výběru látek vhodných pro využití jako silážních konzervantů. Možnost ignorovat tento požadavek zvyšuje sortiment potenciálně vhodných látek pro konzervaci rostlinné hmoty jako suroviny pro výrobu bioplynu. Na druhou stranu, výběr vhodných konzervantů je v tomto případě omezen potřebou dodržení podmínky, že použité přípravky nepoškodí proces samotné anaerobní bioplynové fermentace, tj. nezahubí mikroorganizmy prospěšné pro produkci metanu.

V současné době se jako chemické konzervanty nejvíce používají kyselina mravenčí (hlavně na nadměrně vlhkou rostlinnou hmotu, vykazuje především antibakteriální účinek), kyselina propionová (na nadměrně suchou rostlinnou hmotu, vykazuje především fungicidní účinek) a dále kyseliny benzoová, sorbová nebo jejich soli (působí na bakterie, kvasinky a zejména na plísně). Jelikož účinky jednotlivých pojmenovaných látek na spektrum nežádoucích organizmů jsou odlišné, většina v současné době nabízených chemických konzervačních přípravků obsahuje různé kombinace těchto látek nebo jejich solí, čímž stoupá univerzálnost použití výsledných směsných přípravků.

Z hlediska použití siláží jako suroviny pro výrobu bioplynu vzniká problém, že vhodnost využití těchto chemických konzervantů je posuzována především z hlediska krmivářské kvality výsledných siláží. Dalším problémem použití těchto, z krmivářského hlediska osvědčených silážních přípravků v případě konzervace rostlinné hmoty pro biozplynování, je jejich poměrně vysoká cena. Proto hledání nových technologicky a ekonomicky vhodnějších konzervačních přípravků pro silážování rostlinné hmoty jako suroviny pro výrobu bioplynu, zejména pro silážování nadměrně vlhkých rostlin, má v současné době vysokou prioritu.

Problémem silážování nadměrně vlhkých rostlin je obtížnost dosažení vysoké kvality siláže a potenciální hrozba tvorby silážních šťáv, s kterými se mohou ztrácet živiny a energie. Proto se často přistupuje k zavadání posečených rostlin s nadměrně vysokou vlhkostí, zejména v případě plodin méně vhodných pro silážování. Jedná se především o trávy, jetelotravní směsky a jeteloviny. Obvykle se doporučuje, aby doba zavadání posečených rostlin nebyla delší než 24 až 36 hodin. Problémem je, že při sklizni uvedených plodin na zelené krmivo, která v podmínkách mírného klima obvykle probíhá v květnu až červnu, se často vyskytuje nestabilní počasí s možnosti výskytu srážek. Při ponechání posekané rostlinné hmoty dlouho na poli, což se většinou stává z důvodu jejího zmoknutí, poměrně často dochází k nebezpečné kontaminaci nežádoucími mikroorganismy, především hnilobnými bakteriemi a mikroby z rodu Clostridia. Poslední patří

-2CZ 29112 U1 mezi nej škodlivější mikroorganismy v siláži a způsobují zhoršení krmné kvality a významnou ztrátu živin a energie. Působení klostridií se snadno odhalí přítomností kyseliny máselné v siláži s velmi charakteristickým nepříjemným pachem žluklého másla.

Škodlivé mikroorganizmy se do silážované hmoty dostávají především z půd nebo statkových hnojiv. Při pokládání posečených rostlin za účelem zavadnutí se prakticky nelze vyhnout jejich kontaminaci těmito mikroorganizmy. Následně vyrobená siláž z tohoto materiálu se může projevit špatným fermentačním procesem, kdy dojde k vytvoření nechtěné kyseliny máselné a amoniaku, který reaguje s kyselinami a zvyšuje pH. V krajních případech může dojít až k tak zvanému „zvrhnutí siláže“, kdy pH dosáhne hodnot vyšších než 5,5 jednotek, což umožní intenzivní ίο rozvoj nežádoucích a škodlivých mikroorganizmů a tím se siláž zkazí a stává se nepoužitelnou pro krmné účely. Účinným způsobem, jak se tomu vyhnout, je použití chemických konzervantů, nejlépe na rostlinnou hmotu sklizenou řezačkou přímo do valníku bez pokládání na zem.

Dostatečně kyselé prostředí (tj. nízké pH) zneaktivňuje hnilobné bakterie a klostridie, avšak čím menší je sušina silážované rostlinné hmoty, tím nižší by mělo být pH. Například při pro trávy a jeteloviny optimální sušině 40% stačí pro zabránění tvorby kyseliny máselné dosáhnout hodnot pH menších než 4,8, kdežto v případě sušiny 20 %, což je běžná sušina v optimálních stádiích růstu trav a jetelovin z hlediska kvality píce, je nutno silážovanou rostlinnou hmotu okyselit na pH nižší než 4,2. Právě proto jsou na nadměrně vlhké rostliny tak účinné okyselující konzervanty. Čím rychleji je dosaženo okyselení silážované rostlinné hmoty, tím více dokonalá j e j ej í konzervace.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje směsný chemický konzervační přípravek určený pro silážování rostlinné hmoty, zejména s nadměrným obsahem vlhkosti, jako suroviny pro výrobu bioplynu. Základem konzervačního přípravku je směs kyseliny sírové (15 až 45 % hmotn.) a octové (20 až 60 % hmotn.) doplněná do 100 % hmotn. vodou, přičemž celkový obsah vody ve směsi nesmí být nižší než 30 % hmotn. Do této základní směsi mohou být dále přidány amonné soli uvedených kyselin, buď jednotlivě nebo společně, a to za účelem snížení koncentrace čistých kyselin a tím i snížení korozívních vlastností přípravku.

Koncentrace těchto solí ve směsi nepřevyšuje 20 % hmotn., neboť jejich účinnost je samozřejmě významně nižší ve srovnání s čistými kyselinami. Takové složení směsí je schopné zajistit zvýšení efektivity účinnosti jejích jednotlivých složek jak na proces konzervace rostlinné hmoty, tak i na výtěžnost bioplynu, a to díky synergickému efektu působení společné směsi uvedených složek. Je to dáno především tím, že při smíchání kyselin sírové a octové vzniká tzv. superkyselina s významně vyšším oxidačním a okyselujícím efektem, než mají obě kyseliny samostatně před jejich smícháním. Konzervační přípravek je tekutý a aplikuje se na silážovanou rostlinnou hmotu běžnými postupy s využitím pomůcek a techniky odolné vůči korozívnímu působení kyselin a při dodržení příslušných bezpečnostních předpisů osobní ochrany personálu. Použité stroje a postupy musí zajistit dokonalé promísení přípravků se silážovanou rostlinnou hmotou. Složení konzervačního přípravku dle tohoto řešení a rovněž doporučené dávky lze měnit v poměrně širokém rozmezí v návaznosti na sušinu rostlinné hmoty, druh plodiny, technologické parametry sklizně a úpravy rostlin v průběhu silážování.

Příklady uskutečnění technického řešení

Následující příklady provedení přípravku technické řešení pouze dokládají, aniž by ho jakkoliv omezovaly.

Příklad 1

Konzervační přípravek byl připraven smícháním 30 % hmotn. koncentrované kyseliny sírové, 45 % hmotn. koncentrované kyseliny octové a 25 % hmotn. vody. Tento přípravek byl v dávce

-3 CZ 29112 U1 odpovídající v přepočtu 5 kg na 1 tunu rostlinné hmoty použit pro silážování nadměrně vlhkých kukuřice, trávy a vojtěšky, jejichž kvalitativní parametry jsou uvedeny v tabulce 1. Na základě provedených testů silážování těchto druhů plodin s použitím uvedeného přípravku a bez (kontrola) v laboratorním fermentoru po dobu 90 dnů a při teplotě 20 °C, a následných chemických analýzách kvality výstupní siláže byl zjištěn významný pozitivní efekt použitého konzervačního přípravku (viz tab. 2). Následně byly provedeny testy biozplynování obdržených siláží, a to pomocí laboratorních bioplynových fermentorů po dobu 35 dnů testů, přičemž zde se rovněž projevila kvalitativní převaha siláže s použitým konzervantem proti kontrole bez konzervantů (viz tab. 2)· ío Příklad 2

Konzervační přípravek byl připraven smícháním 20 % hmotn. koncentrované kyseliny sírové, 40 % hmotn. koncentrované kyseliny octové, 5 % hmotn. octanu amonného a 35 % hmotn. vody. Tento přípravek byl stejně jako v příkladu 1 v dávce odpovídající v přepočtu 5 kg na 1 tunu rostlinné hmoty použit pro silážování nadměrně vlhké kukuřice, trávy a vojtěšky, jejichž kvalitativní parametry jsou uvedeny v tabulce 1. Obdobným způsobem jako v příkladu 1 byly provedeny fermentační zkoušky na silážování a biozplynování výstupní siláže. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2. V tomto případě se rovněž projevila kvalitativní převaha siláže s použitým konzervantem oproti kontrole bez konzervantů, a to jak z hlediska kvality siláže tak i výtěžnosti bioplynu a metanu.

Tabulka 1: Základní vlastnosti původní hmoty silážovaných plodin

Parametr	Vojtěška	Trávy	Kukuřice
Sušina, % původní hmoty	20,6	24,7	27,0
Organická sušina, % sušiny	85,4	90,1	95,5
Hrubá vláknina, % sušiny	29,3	24,2	20,1
Hrubé proteiny, % sušiny	18,2	14,1	7,5
Škrob, % sušiny	n/a	n/a	22,9
Cukry, % sušiny	1,8	13,4	7,5

Tabulka 2: Základní vlastnosti siláže jednotlivých plodin včetně výtěžnosti bioplynu

Parametr, měrná jednotka	Vojtěška	Trávy	Kukuřice
kontr.1	SK-12	SK-23	kontr.	SK-1	SK-2	kontr.	SK-1	SK-2
Sušina, % pův. hm.	19,4	21,6	21,0	21,5	23,8	23,4	24,7	26,2	25,9
Ztráty sušiny, % pův. hm.	14,1	4,62	7,18	12,9	3,73	5,43	8,56	2,95	3,92
pH	6,12	4,62	4,75	5,74	4,21	4,43	5,16	3,92	4,05
Kys. mléčná (g/kg pův. hm.)	n/d	12,4	8,62	1,68	5,81	4,29	2,83	6,25	5,37
Kys. octová (g/kg pův. hm.)	11,3	7,86	8,54	12,8	8,12	9,36	6,34	7,32	7,08
Kys. máselná (g/kg pův. hm.)	9,31	n/d	0,08	2,56	n/d	n/d	0,83	n/d	n/d
Celk. výtěžnost BP, N/kg org. sušiny	388	450	425	525	621	604	518	648	613
Konc. CH4, % BP	53,8	55,1	54,6	54,9	55,7	55,3	54,2	55,4	55,1
Celk. výtěžnost CH4, lw/kg org. suš.	209	246	232	288	346	334	281	359	338

-4CZ 29112 U1

Poznámky: 1 - kontrola bez konzervantů; 2 - varianta s přidáním konzervantu dle příkladu 1;

- varianta s přidáním konzervantu dle příkladu 2.

Průmyslová využitelnost

Přípravek podle tohoto technického řešení je možno průmyslově vyrábět a používat pro silážo5 vání rostlinné hmoty, zejména nadměrně vlhkých rostlin jako suroviny vhodné pro výrobu bioplynu. Jeho využití v praxi může zajistit ekonomicky efektivní zvýšení kvality siláží a rovněž následnou produkci bioplynu. Výhodou použití přípravku je rychlé okyselení rostlinné hmoty a potlačení nežádoucích a škodlivých mikroorganismů. Efektivně potlačuje nežádoucí bakterie a plísně, částečně kvasinky a zajišťuje větší aerobní stabilitu siláže. Zajišťuje nejenom ío prodloužení skladovatelnosti a zachování živin v siláži, ale i zvýšení výtěžnosti bioplynu. Je nej vhodnější pro silážování nadměrně vlhkých rostlin se sušinou menší než 29 % hmotn., v případě sklizně celých rostlin kukuřice, nebo menší než 37 % hmotn., v případě trav, jetelotrav nebo čistých jetelovin. Výhodný je pro středně a obtížně silážovatelné plodiny, zejména v případě ztížení nebo znemožnění zavadnutí jejich rostlinné hmoty nepříznivým průběhem počasí.

Obzvlášť vhodný je pro ošetřování povrchu naskladněné silážované hmoty před uzavřením silážního žlabu nebo v případě přerušení navážení rostlinné hmoty. Při manipulaci s tímto přípravkem je nutno pečlivě dbát bezpečnostních předpisů, protože leptá kůži a používat korozi odolné pomůcky a techniku.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   20 1. Směsný chemický konzervační přípravek určený pro silážování rostlinné hmoty, zejména snadměrným obsahem vlhkosti, jako suroviny pro výrobu bioplynu, vyznačující se tím, že obsahuje 10 až 45 % hmotn. kyseliny sírové, 15 až 50 % hmotn. kyseliny octové doplněných do 100 % hmotn. vodou, přičemž celkový obsah vody ve směsi nesmí být nižší než 30 % hmotn.

   25 2. Směsný chemický konzervační přípravek určený pro silážování rostlinné hmoty, zejména snadměrným obsahem vlhkosti, jako suroviny pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje amonnou sůl kyseliny sírové nebo kyseliny octové nebo obě dvě společně, a to v koncentraci do 20 % hmotn.