Kaip racionaliai ir efektyviai išnaudoti išteklius, tinkamai pasirinkti žaliavas ar jų mišinius, atsižvelgiant į jų energinį potencialą, optimizuoti energijos gavybos procesą - verslininkams itin aktualūs klausimai, į kuriuos atsakymų dažnai ieškoma mokslo laboratorijose. Šiame straipsnyje kviečiame praverti Aleksandro Stulginskio universiteto Biodujų ir Biomasės paruošimo, logistikos ir kieto kuro procesų laboratorijų duris.

Biosistemų inžinerijos, biomasės energetikos ir vandens išteklių centrui priklausančios laboratorijos pastaraisiais metais sulaukė nemažai investicijų: jos perkeltos į erdvias patalpas naujai rekonstruotuose rūmuose, įsigyta modernios įrangos. Taip pagerintos mokslininkų darbo sąlygos, sudarytos galimybės išsamesniems tyrimams atlikti, magistrantūros ir doktorantūros studijoms vykdyti.

Daug įrangos turinti ir įvairias paslaugas teikianti Biomasės paruošimo, logistikos ir kieto kuro procesų laboratorija įsikūrusi penkiose didžiulėse patalpose, be to, specialiai laboratorijos reikmėms ant rūmų stogo suprojektuota erdvi lauko aikštelė, kurioje stovi įvairių tipų saulės kolektoriai. Biodujų laboratorijos mokslininkai ypač džiaugiasi kokybiška patalpų ventiliacijos sistema, kuri per kelias minutes panaikina atsiradusius kvapus.

Dėmesys biokurui

Biomasės paruošimo, logistikos ir kieto kuro procesų laboratorijos vadovas prof. habil. dr. Algirdas Raila pasakoja, kad mokslinės laboratorijos veiklos ištakose daug dėmesio buvo skirta termoenerginiams, vykstantiems sandėliuojamų augalininkystės produktų sluoksnyje, ir termodinaminiams procesams produktų džiovinimo, paruošimo ir perdirbimo technologijose analizuoti, jiems modeliuoti, taip pat termoenerginių procesų valdymo problemoms spręsti. Domėtasi ir produktų laikymo, jų kokybės išsaugojimo, ventiliacijos sistemų projektavimo, mikroklimato formavimo gamybiniuose pastatuose klausimais. Šie dalykai laboratorijos mokslininkams aktualūs ir dabar, tik dar labiau išplėstas mokslinių interesų ratas.

„Minėti technologiniai procesai neatsiejami nuo didelių energijos sąnaudų, todėl, pakilus energijos išteklių kainoms, teko ieškoti pigesnių ir aplinkai draugiškesnių jos išteklių - mūsų klimato zonoje gausių biomasės ir saulės energijos išteklių", - sako A. Raila. Tad prieš kelerius metus universitete buvo inicijuotas biomasės paruošimo energetikai projektas, Žemės ūkio inžinerijos fakultete įregistruota nauja biomasės inžinerijos studijų programa, fakulteto mokslininkai parengė biomasės inžinerijos vadovėlius, mokomąsias knygas ir kitą studijoms reikalingą metodinę medžiagą. Kartu išplėsta ir ne vienos laboratorijos veikla. Taip Biomasės paruošimo, logistikos ir kieto kuro procesų laboratorijoje pradėtos kurti inovatyvios įvairių rūšių kieto biokuro paruošimo ir biomasės termocheminės konversijos energetinėms reikmėms technologijos, o tarp teikiamų paslaugų atsirado ir įvairių biokuro savybių tyrimai.

Kadangi energetinių augalų naudojimas biokurui - vis dar daug klausimų kelianti tyrimų sritis, laboratorijos mokslininkai bendradarbiauja su LAMMC Žemdirbystės instituto mokslininkais ir kartu ieško būdų, kaip išauginti stabilų energetinių augalų derlių, vykdo biomasės cheminės sudėties ir termocheminės konversijos tyrimus. „Svarbu ne tik kokia biokuro šiluminė vertė, bet ir koks energetinis efektas - kiek sunaudojame energijos augindami ir kiek gauname, koks galutinis balansas. Žinoma, būtina įvertinti ir poveikį aplinkai", - sako laboratorijos vadovas. Anot jo, vienas iš biokuro naudojimo energijai gaminti privalumų yra tai, kad šiltnamio efektą sukeliančių dujų, anglies dioksido (CO₂) balansas yra nulinis, t. y. kiek deginant biokurą išmetama į aplinką CO₂, tiek jo pasisavina iš aplinkos augdami energetiniai augalai.

Kuria energiją taupančias sistemas

Teikdami pirmenybę atsinaujinančios energijos šaltiniams ir siekdami sumažinti energijos sąnaudas laboratorijos mokslininkai sugalvojo, kaip efektyviai saulės šilumos energiją panaudoti džiovinimo technologijose, ir laboratorijoje sukurtą modulį pritaikė praktiškai. Vienas didžiausių šios srities projektų - netoli Merkinės, Pilnų namų bendruomenėje Panaroje, suprojektuota viena moderniausių šalyje džiovyklų, kur vaistiniams ir prieskoniniams augalams džiovinti naudojama saulės energija. Šioje džiovykloje džiovinimo procesų valdymas ir kontrolė patikėta kompiuteriui, kuris uoliai tai atlieka pagal mokslininkų sudarytą algoritmą. Mobilią džiovyklą vaistažolėms džiovinti su saulės kolektoriais ir šiluminės energijos akumuliavimo sistema mokslininkai suprojektavo ir Vilkyškių bendruomenėje, panaši džiovykla praėjusią vasarą pradėjo dirbti ir Molėtų rajone. Šiose ekologiškose džiovyklose elektros energiją naudoja tik ventiliatoriai reikiamam oro srautui sukurti.

Laboratorijos vadovas džiaugiasi, kad mokslininkų sugalvotas inovatyvus saulės energijos panaudojimas biotechnologijose Valstybiniame patentų biure pripažintas išradimu. Nauja tai, kad naudojant saulės spinduliuotės energiją visą parą užtikrinamas nepertraukiamas džiovinimas.

Taupyti energiją - aktualu kiekvienam, todėl laboratorijos mokslininkai nuolat konsultuoja ūkininkus, žemės ūkio produktų gamintojus, perdirbimo pramonės atstovus, aktyviai bendradarbiauja su daržovių, grūdų augintojų ir perdirbėjų asociacijų įmonėmis. „Turbūt nėra rajono, kur nesame pridėję savo rankos", - šypsosi A. Raila ir priduria, kad gana dažnai tenka į automobilį susikrauti prietaisus ir vykti į gamybinius objektus atlikti įvairių matavimų ar vertinimų.

„Dažnai ūkininkams patariame negadinti savo produkto už savo pačių pinigus. Juk, pavyzdžiui, neracionaliai naudojant ventiliacijos sistemas, mokami pinigai už sunaudotą elektros energiją, o produktams tai kai kada net kenkia", - sako profesorius. Bendradarbiaudami su elektronikos įmonėmis mokslininkai yra sukūrę bulvių ir daržovių sandėlių ventiliacijos sistemos valdiklį. Pasak A. Railos, jis ypač pasiteisino, tai patvirtino ir įmonė, kurios viename sandėlyje yra sumontuota automatinė ventiliacijos valdymo sistema. Valdiklio nauda akivaizdi, nes 2,5-3 kartus sumažėjo elektros energijos sąnaudos, o sandėliuojamų produktų kokybė buvo geresnė negu sandėliuose, kur mikroklimatas valdomas rankiniu būdu. O esmė visai paprasta: automatikos jutikliai nuolat matuoja aplinkos, taip pat daržovių sluoksnio, temperatūrą, todėl jungia ventiliatorius tik tada, kai racionalu, ir stabdo, kai daržovės atvėsinamos.

„Neabejoju, kad kol Lietuvos ūkininkai augins, sandėliuos ir perdirbs produktus maistui, biokurą naudos mums taip reikalingai energijai išgauti, laboratorijos mokslininkų veikla modernizuojant aplinką tausojančias technologijas bus reikalinga", - baigdamas pokalbį sako laboratorijos vadovas A. Raila.

Gaminant biodujas tyrimai būtini

Biodujų gamyba - taip pat laboratoriniams tyrimams imli sritis, nes joms gaminti tinka įvairių energetinių augalų biomasė ir daugybė organinių atliekų, susidarančių žemės ūkio, gamybos ar perdirbimo srityse. Be to, dar prieš projektuojant jėgaines būtina iš anksto nustatyti atliekų, kurios bus naudojamos biodujoms gaminti, savybes ir energinį efektyvumą. Pasak Biodujų laboratorijos vadovo doc. dr. Kęstučio Navicko, beveik neįmanoma rasti identiškų biodujų jėgainių, todėl į jas investuoti planuojantys verslininkai, paieškoję ir neradę analogų užsienio šalyse, gana dažnai kreipiasi į laboratorijos mokslininkus. Čia atliekami ne tik konkrečių žaliavų ar jų mišinių savybių tyrimai, nustatomas energinis potencialas, bet ir optimizuojami biodujų gamybos technologinio proceso parametrai, analizuojama biodujų sudėtis, numatomos jų kokybės gerinimo galimybės.

„Laboratorijoje galime modeliuoti įvairius biodujų gamybos procesus, juos atlikti greičiau negu gamyboje ir parodyti, kaip tai veikia", - rodydamas laboratorinius bioreaktorius sako K. Navickas. Tačiau ir moksliniams tyrimams atlikti reikia nemažai laiko. Paprastai procesas viename reaktoriuje trunka porą trejetą savaičių, be to, tyrimus būtina kartoti mažiausiai tris kartus, o siekiant optimizuoti procesą, reikia išbandyti ir patikrinti daug variantų, todėl tyrimų trukmė gali užsitęsti.

Be mokslininkų konsultacijų ir laboratorinių tyrimų paprastai neapsieina ir jau veikiančių biodujų jėgainių savininkai, nes, K. Navicko žodžiais, dirbant su organinėmis atliekomis ir gyvais organizmais, kyla labai daug klausimų. Jis prisimena atvejį, kai kiaulių mėšlą ir maisto pramonės atliekas į biodujas perdirbantys gamybininkai pradėjo patys eksperimentuoti ir gerokai padidino atliekų kiekį, mat neblogai iš to uždirbdavo. „Prisidarė jie nemažai problemų, nes bakterijos negalėjo įsisavinti tokio srauto, todėl sumažėjo jų gyvybingumas. Prasidėjo nepageidaujami reiškiniai, padidėjo atliekų išeiga, sumažėjo biodujų gamybos efektyvumas. Tyrėme jų substratą ir žaliavas laboratorijoje, o gerokai sumažinę atliekų srautą gavome geresnį rezultatą negu jie", - pasakoja mokslininkas ir pabrėžia, kad atkurti visą procesą veikiančios jėgainės bioreaktoriuje nėra lengva.

Atlikdami bendrą mokslinį projektą su Baltarusijos mokslininkais, sako, pastebėję, kad, pasitelkus mokslą ir žinias, galima greičiau išspręsti biodujų gamyboje kylančias problemas. „Nors Baltarusijos žemės ūkyje veikia gerokai daugiau biodujų jėgainių, tačiau jų rezultatai prastesni negu mūsų, nes šalyje labai trūksta šios srities žinių, mokslo, konsultacijų", - pastebi K. Navickas. Nors šis projektas ekonomiškai nenaudingas, tačiau, jo teigimu, labai svarbus. „Buvo laikas, kai aš stažavausi ir mokiausi dabartinės Europos Sąjungos valstybėse, dabar tarsi atiduodame skolą dirbdami su Baltarusijos mokslininkais", - šypteli pašnekovas ir prisipažįsta, kad teko konsultuoti nemažai biodujų jėgainių projektuotojų ir statytojų, dirbančių Baltarusijoje ir Rusijoje.

Ilgalaikiai projektai padeda rasti geriausią sprendimą

K. Navickas neslepia, kad įdomiausi būna ilgalaikiai projektai, nes galima rimtai išanalizuoti problemą ir gauti geriausią rezultatą. „Nors mes inžinieriai ir mums labiau rūpi technologijos, energetika, aplinkosauginiai kriterijai, bet, dirbant su biologiniais subjektais, nėra greitų procesų, todėl įdomiau dirbti, kai gali labiau įsigilinti", - sako laboratorijos vadovas, prisimindamas trejus metus vykdytą ES projektą APROPOS. Šio projekto nauda - ne tik naujos žinios ir patirtis, bet ir įgytas užsienio partnerių pasitikėjimas.

Biodujų laboratorijos mokslininkams buvo labai naudingas ir Lietuvos mokslo tarybos inicijuotas ilgalaikis projektas su LAMMC Žemdirbystės institutu. Mokslininkai domėjosi mažai Lietuvoje tyrinėta tema - energetinių augalų potencialu biodujoms gaminti. „Tyrėme gana plačiai, siekėme įvertinti ne tik biodujų gavybos potencialą, bet ir viso biomasės gamybos ciklo energijos sąnaudas - nuo sėklų išbėrimo iki galutinio produkto (biodujų) gavimo ir jo šalutinių produktų panaudojimo, pvz., tręšimui. Skaičiavome, kiek visa tai atsieis energijos vienetais. Pastebėjome, kad energijos arba globalios taršos požiūriu (anglies dvideginio emisijos) naudoti daugiametes žoles perspektyvu", - tyrimą trumpai apibendrina K. Navickas. Anot jo, daugiamečiai augalai, taip pat pievų ir parkų žolė, yra pats geriausias garantas žaliavų bazėje biodujoms gaminti.

Naujos žaliavos - nauji iššūkiai

Rodydamas laboratorinę įrangą vadovas pasakoja, kad dalį jos pagamino Lietuvos įmonė „Sinkroteksas", tačiau kai kuriuos įrenginius tenka iš atskirų detalių ir patiems su studentais konstruoti. „Viena, nesame tokie turtingi, kad galėtume samdyti įmones šiam darbui atlikti, antra, konstruodami studentai išmoksta patys kurti, geriau perpranta procesą", - nauda neabejoja mokslininkas ir prisimena, kad kažkada su doktorantu pagal Vokietijoje darytą nuotrauką net pirmąjį bioreaktorių susikonstravę.

Pastaraisiais metais Biodujų laboratorijos mokslininkai ypač daug dirba su privačiais užsakovais, įmonėmis. Tokie projektai ir gerokai įdomesni nei ministerijų ar fondų užsakyti darbai. „Privačiam užsakovui neužtenka vien tik ataskaitos, su jais bendradarbiaujame ir tyrimo projektui pasibaigus, jie ir vėliau konsultuojasi", - tvirtina K. Navickas.

Mokslininkams ilgokai teko darbuotis, kol nustatė gyvūninių atliekų perdirbimo į biodujas galimybes. Tai gana sudėtinga žaliava, nes kyla biologinė rizika išplatinti ligas, todėl šias atliekas pirmiausia būtina termiškai apdoroti. Kaip teigia laboratorijos vadovas, gyvūninės atliekos, kaip žaliava, yra labai patrauklios, nes turi didelį energinį potencialą, tačiau skylant baltymams išsiskiria medžiagų (azoto, sieros junginių), kurios slopina bakterijų veiklą. „Laboratorijoje du tris mėnesius tyrėme gyvūnines atliekas ir staiga biodujų gavybos procesas užgeso. Mus tai sutrikdė, bet radome sprendimą, maišydami jas su kitomis organinėmis atliekomis ir augalų biomase", - pasakoja K. Navickas. Tyrimų ir mokslininkų konsultacijų rezultatas - prieš gerus metus Biržų r. įrengta biodujų jėgainė, kurios savininkai - didelę skerdyklą turinti bendrovė „Agaras".

Šiuo metu Biodujų laboratorijoje tiriamas komunalinių atliekų potencialas - bioreaktoriuje daromi eksperimentai su išrūšiuotomis organinėmis atliekomis, taip tikimasi gauti biodujas ir kompostą. Pernai laboratorijos mokslininkai ir magistrantai sukonstravo įrenginį, kuris imituoja komunalinių atliekų perdirbimo procesą, ir pradėjo šios srities tyrimus. „Tai ypač aktuali tema, kuri Lietuvoje dar netyrinėta. Nors projektai diegiami, tačiau kyla visokių niuansų", - pastebi K. Navickas.

Kadangi yra kelios biologiškai skaidžių komunalinių atliekų perdirbimo technologijos - visas jas mokslininkai numatę išbandyti ir palyginti, kad galėtų įvertinti efektyvumą.

Neatsitiktinai nemažą laboratorijos darbų dalį sudaro vertinimas, apgintos jau dvi šios srities disertacijos. Perdirbant bet kokias atliekas, svarbu išsiaiškinti, koks balansas, ar nesunaudojama energijos daugiau negu gaunama. Aplinkosauginiuose projektuose, kai reikia atliekas sutvarkyti, balansas gali būti ir neigiamas, tačiau verslui svarbu pagaminti tiek energijos, kad padengtų sąnaudas ir dar liktų parduoti. Be energinio vertinimo, pastaruoju metu vis didesnę reikšmę įgyja ir gana sudėtingas aplinkosauginis anglies dvideginio emisijos vertinimas, ir visų procesų poveikio aplinkai analizė.

Mokslininkas džiaugiasi, kad pamažu keičiasi ir visuomenės požiūris į atliekas, į jų tvarkymą. Ypač dideles šios srities perspektyvas mato energetikai, todėl stengiasi įtraukti ir gyvulių augintojus, nes mėšlas yra labai gera bazinė žaliava. Puikus pavyzdys - bendrovė „Modus energija", kuri kiaulininkystės ūkiuose yra numačiusi pastatyti net kelias biodujų jėgaines (trys jau veikia). „Į dujas tik mėšlą perdirbanti jėgainė nėra rentabili, nes per mažas energinis potencialas, o investicijos į įrangą didžiulės. Tad tokių jėgainių statytojai yra priversti ieškoti papildomų žaliavų", - K. Navickas neabejoja, kad taip bus sutvarkyta daugybė organinių atliekų. Be to, jis viliasi, kad Kaimo plėtros 2014- 2020 m. programoje numatyta parama biodujų sektoriui paskatins ir Lietuvos ūkininkus diegti jėgaines savo ūkiuose.