Szacuje się, że w czasie zakiszania kiszonek w silosach tracone jest od 25 do aż 40% suchej masy! [1] Z czego nawet do jednej trzeciej tych strat wynika z niewłaściwych praktyk podczas rozładunku samej kiszonki. Z tego powodu warto przyjrzeć się bliżej najlepszym praktykom na każdym etapie procesu zakiszania w celu minimalizacji strat.
Osobliwość kiszonek
Używając tej samej kiszonki, z tego samego silosu, w tej samej biogazowni i w identycznych warunkach fermentacji, ilość wytwarzanego metanu może się zmieniać w czasie. Wynika to z tego, że proces zakiszania to również proces fermentacji, tylko że przebiega wolniej, niż ten w fermentorach. A proces fermentacji to nic innego jak rozkład dużych cząstek w małe, tak aby mikroorganizmy mogły je wykorzystać na własne potrzeby energetyczne.
Na przykład: jeśli zrobimy test BMP (z ang. Biochemical methane potential, czyli badanie, ile metanu można uzyskać z danej biomasy) tuż po zakiszeniu, to partie A, B i C z tego samego silosu, pokażą zbliżone wyniki. Ale jeśli zrobimy ten sam test kilka miesięcy później, te wyniki na pewno będą się od siebie różniły. Dlaczego? W miarę upływu czasu i utraty węgla do atmosfery mniej węgla pozostanie w kiszonce, więc dana ilość kiszonki będzie produkować mniej metanu. Przyczyny takiego niekontrolowanego utleniania są z pewnością znane rolnikom (i wszystkim, którzy z jakichś powodów zakiszają biomasę roślinną):
- myszy i ptaki przebijają membranę pokrywającą kiszonkę, umożliwiając dostęp powietrza,
- trudność w codziennym szczelnym zamykaniu frontu silosu,
- mniejsze lub większe ubicie kiszonki i powietrze uwięzione podczas operacji zakiszania.
W poniższym artykule wyróżniliśmy osiem najważniejszych obszarów, w których można zapobiec stratom energetycznym kiszonek, oraz przedstawiliśmy nasze najlepsze wskazówki dotyczące postępowania na każdym etapie – od zbioru rośliny, przez układanie w silosach, aż po podawanie go do fermentora.
1. Okres zbioru
Oprócz wyboru odmiany i gatunku rośliny, które wykazują się dobrą wydajnością biogazu, roślinę należy zbierać w optymalnym stadium wzrostu, aby maksymalizować zawartość energii i tym samym zoptymalizować plon suchej masy.
Dla typowej kukurydzy oznacza to, że cała roślina powinna mieć od 32 do 36% suchej masy. Wcześniejszy zbiór oznacza utratę potencjału plonu, a bardziej “swieże” rośliny tracą więcej płynu już podczas samego ścięcia czy w procesie zakiszania. Z kolei późniejszy zbiór, gdy roślina zawiera więcej włókna, może skutkować gorszym rozkładem w fermentorze, utrudniając pracę mieszadeł, na co potrzebujemy wydatkować energię elektryczną, a w dodatku obciążone mieszadła oddają dużo ciepła do fermentora, skutecznie podwyższając temperaturę roboczą fermentacji, co może być niekiedy niebezpieczne dla stabilności produkcji. Tego typu, jak i podobne przypadki omawialiśmy w szkoleniu o roli temperatury i amoniaku w fermentacji metanowej. W razie wątpliwości co do suchej masy kiszonki lepiej zebrać trochę wcześniej niż za późno.
Kontekst naukowy:
Główne kryteria wyboru roślin do kiszonek na biogaz to wysoki plon suchej masy na hektar, wysoka zawartość aktywnie fermentujących składników (cukrów, skrobi) oraz łatwość przechowywania. W Niemczech i Danii aż 45% substratów biogazowych stanowią rośliny energetyczne, głównie w formie kiszonek. Kukurydza jest najczęściej stosowanym substratem ze względu na wysoki plon, łatwość zakiszania i stabilną fermentację. Optymalny czas zbioru kukurydzy to moment, gdy sucha masa wynosi 30–35%, na etapie napełniania kolb, gdy zawartość skrobi jest najwyższa, a lignoceluloza jeszcze ograniczona, co zapewnia wysoką wydajność biogazu. W przypadku kiszonek z traw najlepsze wyniki uzyskuje się, gdy roślinę ścina się w fazie kłoszenia, czyli kiedy jej sucha masa wynosi do 30–40% suchej masy.
2. Długość cięcia
Kukurydza na biogaz jest zwykle siekana na krótsze kawałki niż do paszy; optymalna długość to 4–6 mm. Duża powierzchnia kontaktu kawałków kiszonki sprzyja szybkiej degradacji bakteryjnej w fermentorze, dlaczego więc nie ciąć na jak najmniejsze możliwe kawałki? Zbyt krótkie cięcie może utrudniać zagęszczanie i ubijanie świeżej biomasy w silosie, a ponadto im drobniejsze kawałki biomasy, tym większy wydatek energii – stąd kompromis w długości wynoszący 4-6 mm.
Długość cięcia zależy też od dojrzałości rośliny. Dla kukurydzy można to sprawdzić, ściskając garść skoszonego materiału – jeśli wypływa dużo płynu, należy opóźnić zbiór lub wydłużyć cięcie tak do 8-10 mm. Jeśli natomiast materiał po ściśnięciu nie utrzymuje formy i szybko się rozpada, cięcie należy skrócić. Dla kiszonek z traw zalecana długość cięcia to 4–8 mm.
Kontekst naukowy:
Wyższy stopień rozdrobnienia zwiększa powierzchnię działania bakterii, bo dosłownie więcej bakterii może osiąść na danych substracie, maksymalizując produkcję metanu. Zbyt krótkie kawałki mogą jednak utrudniać ubijanie i powodować powstawanie kieszeni powietrznych, co zwiększa ryzyko zepsucia kiszonki. [2]
3. Dodatki do kiszonki
Dodatki pomagają zapewnić skuteczną fermentację i działają jak polisa ubezpieczeniowa przeciwko zepsuciu kiszonki, np. przez drożdże i pleśnie.
Dodatki do kiszonek odgrywają kluczową rolę we wzmacnianiu procesu fermentacji i poprawie ogólnej jakości kiszonki. Dodatki te zazwyczaj zawierają pożyteczne bakterie, które pomagają przyspieszyć fermentację, obniżają poziom pH i hamują wzrost niepożądanych mikroorganizmów.
Dostępne są różne rodzaje dodatków do kiszonek, w tym inokulanty bakteryjne, enzymy i kwasy. Inokulanty bakteryjne są najbardziej powszechne i są często stosowane w celu zwiększenia populacji bakterii kwasu mlekowego, które są niezbędne do wydajnej fermentacji. Enzymy pomagają rozkładać złożone węglowodany, czyniąc je bardziej dostępnymi dla bakterii, podczas gdy kwasy mogą szybko obniżyć pH, konserwując kiszonkę.
Wybierając dodatki, ważne jest, aby wziąć pod uwagę konkretne potrzeby kiszonki i cele związane z produkcją biogazu. Konsultacja z ekspertem może pomóc w określeniu najskuteczniejszych dodatków dla danej operacji – zapraszamy do kontaktu :).
Kontekst naukowy:
Dodatki do kiszonek, zwłaszcza bakterie kwasu mlekowego heterofermentacyjne, przyspieszają fermentację i zwiększają produkcję kwasu octowego (bezpośrednio wykorzystywanego przez metanogeny). Fermentacja cukrów roślinnych przez bakterie kwasu mlekowego produkuje kwas mlekowy (główny konserwant), kwas octowy, inne lotne kwasy tłuszczowe i alkohole – wszystkie cenne dla produkcji biogazu. Proces fermentacji mlekowej powinien być ukierunkowany na zwiększenie produkcji kwasu octowego i lotnych kwasów tłuszczowych, które są przekształcane w metan podczas fermentacji beztlenowej. Dodatki zapobiegają także wtórnej (tlenowej) fermentacji, która może powodować znaczne straty cennych składników odżywczych i potencjału biogazowego. [3]
4. Terminowe zapełnianie silosów
Aby zapobiec stratom suchej masy spowodowanym przez bakterie tlenowe żywiące się sokiem roślinnym (który od pierwszego ścięcia rośliny wypływa praktycznie bez przerwy, a najwięcej w pierwszych dniach), ważne jest jak najszybsze stworzenie warunków beztlenowych – najlepiej w ciągu trzech dni. Opóźnienie procesu zakiszania o 24 godziny zwiększa ryzyko rozwoju niepożądanej mikroflory oraz grzybów i obniża wartość energetyczną kiszonki [4]. Minimalizacja czasu pomiędzy zbiorem a napełnieniem silosów jest więc kluczowa.
Aby zminimalizować straty suchej masy, zaleca się:
- Tempo zbioru powinno odpowiadać wydajności prasowania i zagęszczania w silosie. Rozplanuj dostawy przyczep tak, aby umożliwić terminowe rozkładanie materiału
- Odpowiednia logistyka – Dzielenie dużych partii, poprzez rozłożenie dostaw pozwala na równomierne rozłożenie i natychmiastowe prasowanie warstw.
Pamiętaj! Dla bezpieczeństwa podczas poboru kiszonki z silosu unikaj napełniania jej na wysokość powyżej 4 m i nigdy nie przekraczaj określonego poziomu projektowego.
5. Zagęszczenie kiszonki
Niedostateczna kompakcja prowadzi nie tylko do strat energii, ale również zwiększa ryzyko rozwoju patogenów i mikotoksyn, co zagraża mikroorganizmom metanogennym po wrzuceniu do fermentora tak zakażonej kiszonki.
Prawidłowe zagęszczenie substratów stanowi fundament udanej fermentacji metanowej. Kukurydza jest prawidłowo ugnieciona, jeśli jej gęstość w suchej masie wynosi 225-265 kilogramów w metrze sześcienny, co przekłada się na 700-750 kg świeżego materiału na m3 (oczywiście wszystko zależy od suchej masy podczas zbiorów).
Substraty takie jak kukurydza o zawartości suchej masy powyżej 38% wymagają specjalnego podejścia. W takich przypadkach rekomenduje się cięcie cząstek na długość 6-8 mm, co zwiększa powierzchnię aktywną dla bakterii i ułatwia eliminację tlenu. Ciekawym rozwiązaniem są zagęszczarki z systemem wibracyjnym, które redukują opór materiału o 25%, osiągając gęstość do 780 kg/m³. Należy przy tym pamiętać, że przekroczenie 40% suchej masy dramatycznie zwiększa ryzyko namnażania się Aspergillus flavus, produkującego inhibitujące proces zakiszania aflatoksyny.
Kluczowym elementem technologicznym jest systematyczne zagęszczanie silosu warstwami o grubości 15–20 cm. W tym celu konieczne jest zaangażowanie co najmniej dwóch maszyn: jednej dedykowanej wyłącznie do ubijania materiału, a drugiej do precyzyjnego rozkładania kolejnych warstw. Taka organizacja pracy minimalizuje przerwy technologiczne i zapewnia ciągłość procesu.
Szczególną uwagę należy zwrócić na idealne wyrównanie powierzchni. Nawet niewielkie wgłębienia (powyżej 2 cm) zmniejszają szczelność okrycia folią o 30%, tworząc strefy aerobowe sprzyjające rozwojowi Clostridium spp.. W praktyce oznacza to wzrost strat suchej masy nawet o 15% w skali całego silosu.
Do osiągnięcia powtarzalnych wyników niezbędne jest wykorzystanie maszyn zaprojektowanych wyłącznie do zagęszczania. Przyjmuje się zasadę, że masa walca (ciągnika ugniatającego kiszonkę) powinna stanowić 25% godzinowego dowozu kiszonki. Dla przykładu: przy dostawie 24 ton materiału na godzinę, optymalna masa urządzenia to 6 ton. Taka proporcja gwarantuje nacisk na poziomie 300 kPa.
Najczęstsze błędy przy ugniataniu kiszonki to:
- Zbyt gruba warstwa do ugniatania.
- Za mała masa lub ilość sprzętu ugniatającego.
- Zbyt szybkie przejazdy.
- Buksowanie kół na podjazdach np. ciągnika wciągającego przyczepę.
- Niedostateczne ugniatanie boków pryzmy. Najlepsze rozwiązanie: Tak zaplanować konstrukcję silosa, czy układ pryzmy, aby ugniatanie było bezpieczne.
- Maksymalna grubość warstwy do ugniecenia nie powinna być grubsza niż 30 centymetrów. Grubsze warstwy narażają kiszonkę na zagrzewanie i psucie się.
6. Zabezpieczenie kiszonki
Gdy pryzma zostanie całkowicie napełniona, należy ją niezwłocznie przykryć, aby stworzyć beztlenowe warunki niezbędne do prawidłowej fermentacji i zapobiec dalszym stratom spowodowanym dostępem powietrza.
W tym miejscu nie warto oszczędzać, ponieważ odpowiednie folie do przykrycia silosu stanowią kilka procent wartości kiszonki, a straty przy nieprawidłowym przykryciu mogą sięgać powyżej 30%.
Jak już wspominaliśmy, najważniejszym celem zabezpieczenia jest jak najszybsze wykluczenie tlenu z masy kiszonki. Nawet dobrze ugnieciona kiszonka umożliwia penetrację powietrza na głębokość 20-30 cm.
- Zaleca się stosowanie dwóch warstw folii:
- Pierwsza warstwa: Folia o grubości około 40 mikrometrów. Jest ona cieńsza i lepiej dopasowuje się do materiału, skutecznie wykluczając tlen. Nie warto stosować folii o nieznanych parametrach przepuszczalności powietrza.
- Druga warstwa: Folia zabezpieczająca o grubości około 150 mikrometrów. Jej głównym zadaniem jest ochrona przed opadami, promieniowaniem UV i uszkodzeniami mechanicznymi.
- Uszczelnianie krawędzi: Należy szczególnie zadbać o uszczelnienie wszystkich punktów styku kiszonki ze ścianą silosa za pomocą folii krawędziowych oraz zastosowania odpowiednich zakładek – co najmniej 1 metr odstępu. Dotyczy to zarówno dolnej, jak i górnej warstwy. W przypadku porowatych ścian, zalecamy zastosowanie takiej folii na całej powierzchni ściany, aby zapobiec psuciu się kiszonki na styku ze ścianą.
- Siatka zabezpieczająca: Na dobrze przykryty silos zaleca się stosowanie siatki zabezpieczającej, która jest dobrze obciążona, co nie tylko utrzyma ją na miejscu, ale także pomoże ograniczyć straty z górnej powierzchni pryzmy. Obciążniki powinny być rozmieszczone w równoległych liniach względem czoła pryzmy, w odstępach od jednego do dwóch metrów – w zależności od jej rozmiaru. Podczas otwierania pryzmy, należy zdejmować osłonę stopniowo, warstwa po warstwie, aby zapewnić ciągłą ochronę.
7. Otwieranie silosu
Najważniejszą kwestią podczas otwierania pryzmy jest zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom i osobom znajdującym się w pobliżu. Tak jak pisaliśmy, dobrą praktyką jest nieprzekraczanie 4 metrów wysokości kiszonki. Nigdy nie należy podkopywać czoła pryzmy, ponieważ może to doprowadzić do jej zawalenia, co stwarza poważne zagrożenie dla ludzi oraz może uszkodzić sprzęt.
Nie należy otwierać pryzmy zbyt wcześnie. Zazwyczaj należy odczekać co najmniej osiem tygodni od momentu przykrycia. Zastosowanie dodatków do kiszonki, może jednak przyspieszyć proces fermentacji, umożliwiając otwarcie już po dwóch tygodniach.
Nie zostawiaj folii zwisającej z przodu pryzmy, ponieważ sprzyja to rozwojowi pleśni. Zamiast tego zroluj ją na wierzch pryzmy i dobrze obciąż przednią krawędź. Jeśli kiszonka stanowi ponad 40% wkładu substratów do Twojej biogazowni, usuń wszelkie słabej jakości resztki z boków i czoła pryzmy (do 30 cm), ponieważ często mogą być one przyczyną niestabilności fermentacji w biogazowni.
8. Pobieranie kiszonki z pryzmy
Pobieraj tylko tyle materiału, ile jest potrzebne i natychmiast podawaj go do fermentora. Nie ściągaj zapasu na dwa dni i nie zostawiaj go w gdzieś “na boku”, ponieważ kontakt z powietrzem zapoczątkuje proces rozkładu, prowadząc do utraty biomasy. Pamiętaj, że okrywa pełni również funkcję ochronną przed opadami, co wpływa na suchą masę w kiszone (mokra kiszonka z opadów będzie po prostu miała niższą suchą masę).
Należy dokładnie sprzątać kiszonkę i nie pozostawiać luźnej kiszonki na dnie silosu. Na takiej luźnej kiszonce mogą rozwijać się niepożądane grzyby i bakterie. Usuwamy wszelkie zepsute resztki i rozsypany materiał, aby nie zanieczyścić wartościowej kiszonki.
Najlepszą metodą wybierania kiszonki jest użycie frezu. Prowadzony z góry na dół, minimalizuje napowietrzenie. W przypadku braku frezu, przy użyciu ładowarki należy zawsze „golić” kiszonkę z góry na dół, a następnie wybierać luźną kiszonkę z dna silosu. Niestety, ładowarka powoduje większe napowietrzenie niż frez, ale wybieranie od góry do dołu i tak znacznie ogranicza straty.
Wycinaki mogą być wygodne, ale często nie zapewniają odpowiedniego tempa wybierania na całej ścianie, a także napowietrzają kiszonkę. Jeśli decydujemy się na ich użycie, należy wybierać takie z ostrzami pracującymi w poziomie i całą konstrukcją posuwającą się z góry na dół. Pamiętajmy, że noże chwytaka muszą być ostre — tępe ostrza mogą naruszyć strukturę czoła pryzmy i dopuścić powietrze, zwłaszcza w przypadku suchszej kiszonki.
Najlepszym dowodem na prawidłowe wybieranie kiszonki jest gładka ściana kieszonki. Nierówna ściana zwiększa powierzchnię kontaktu z tlenem i prowadzi do większych strat. Aby uzyskać gładką ścianę i minimalizować straty, konieczne jest wybieranie kiszonki w tempie minimum 30 centymetrów na całej powierzchni.
Nie odsłaniaj większej powierzchni niż to konieczne, ponieważ wystawiona na działanie powietrza kiszonka szybko traci suchą masę. Z drugiej strony chcemy jak najrzadziej naruszać strukturę pryzmy, ponieważ każda manipulacja wpuszcza powietrze. Z tego względu, zaleca się przesuwać się w głąb pryzmy nie mniej niż 1 metr tygodniowo w chłodniejszych warunkach (<15*C) i co najmniej 1,5–2 metry tygodniowo w cieplejszych temperaturach (>15*C).
Dostęp powietrza do kiszonki umożliwia rozwój drożdży i pleśni, które zaczynają “zjadać” kiszonkę, co się objawia wzrostem jej temperatury. Wzrost temperatury o 10°C, może prowadzić do strat energetycznych kiszonki rzędu 3% dziennie. W przypadku zagrzewania się kiszonki można zastosować oprysk mieszaniną kwasów organicznych, np. kwasem propionowym.
Wnioski
Chociaż nie da się przewidzieć wszystkich zdarzeń, takich jak nagła zmiana pogody podczas zbiorów, dobre planowanie i dbałość o szczegóły pozwalają zminimalizować skutki takich zakłóceń. Nawet niewielkie straty suchej masy na poszczególnych etapach mogą się kumulować, prowadząc do istotnego spadku produkcji biogazu. Stosując najlepsze praktyki na każdym etapie – od zbioru, przez zakiszanie, aż po podawanie do fermentora – masz pewność, że w pełni wykorzystujesz potencjał substratu do produkcji biogazu. A jeżeli chcesz zgłębić swoją wiedzę na temat tak istotnego substratu w produkcji biogazu jak kiszonka z kukurydzy, czy kiszonka z traw i innej biomasy, koniecznie sprawdź ofertę naszego szkolenia Substraty – ich charakter, obróbka i wpływ na produkcję biogazu. W szkoleniu odpowiadamy na pytanie czym charakteryzuje się wykorzystanie kiszonek w produkcji biogazu, jakie są ich cechy, w jaki sposób wykorzystać ich potencjał i jakich błędów unikać.
[1] – https://www.fas.scot/article/minimising-dry-matter-losses-in-clamped-silage/
[2] https://www.silageconsultant.co.uk/blog/silage-chop-length-for-ad-plants
