Skuteczniejsza kontrola fermentacji anaerobowej
Biogaz może być produkowany w beztlenowych komorach gnilnych wykorzystujących bakterie do rozkładu materii organicznej w warunkach braku tlenu. Pomimo pozytywnego wpływu tych instalacji na środowisko, są one stosowane na niewielką skalę w Europie ze względu na wysokie koszty i małą opłacalność produkcji. Lepsza kontrola i monitorowanie produkcji biogazu pomogłyby w zwiększeniu dochodowości i stabilności. Celem projektu OPTI-VFA (Novel monitoring and process control system for efficient production of VFA and biogas in anaerobic digestion plant), finansowanego ze środków UE, było opracowanie prototypowego systemu monitorowania i kontroli w linii produkcyjnej, opartego na pomiarach ilości lotnych kwasów tłuszczowych (VFA) wytwarzanych w instalacjach do fermentacji anaerobowej. Prace rozpoczęto od przeprowadzenia ankiety wśród rolników i innych osób użytkujących instalacje do fermentacji anaerobowej w Europie, mającej na celu poznanie ich potrzeb i określenie znaczenia systemu monitorowania VFA. Przeprowadzono szeroko zakrojone pomiary związków modelowych przy pomocy komercyjnego instrumentu FTIR, aby wybrać odpowiednią technologię pomiarową oraz opracować modele kalibracyjne do monitorowania VFA w instalacjach do fermentacji anaerobowej. Do zastosowania w przyszłych prototypach wybrano wzbudzany piezoelektrycznie interferometr Fabry'ego-Perota, działający w średniej podczerwieni. Kolejnym krokiem było modelowanie różnych aspektów planowanej instalacji fermentacyjnej oraz zaprojektowanie odpowiedniego systemu pomiarowego, obejmującego prototyp instrumentu pomiarowego, sondę optyczną i system sterowania. Po zaprojektowaniu prototypu uczeni zbudowali i przetestowali go w laboratorium. W pracach nad urządzeniem uczestniczyli też partnerzy komercyjni. Prototyp opracowany w projekcie OPTI-VFA wykorzystuje spektroskopię podczerwieni i modele kalibracyjne do wykrywania zmian stężenia VFA w komorze fermentacyjnej, a kontrola jest możliwa dzięki przyjaznemu dla użytkownika interfejsowi oprogramowania. Testy laboratoryjne pokazały, że system umożliwia dokładny pomiar stężenia VFA w czasie rzeczywistym. Opracowano ogólną metodologię opartą na symulacjach, przeznaczoną do projektowania i testowania automatycznych kontrolerów konwencjonalnych instalacji do fermentacji anaerobowej. Przetestowano i zademonstrowano strategię kontrolowania dla laboratoryjnego systemu dwufazowego. Omawiany prototyp powinien mieć pozytywny wpływ na rozwój przemysłu biogazu i ekologicznych chemikaliów.
Słowa kluczowe
Fermentacja anaerobowa, rolnicy, biogaz, OPTI-VFA, monitorowanie i kontrola procesu, lotne kwasy tłuszczowe, pomiary optyczne, kalibracja, symulacja i modelowanie procesów
