Izvorni znanstveni rad Potencijal iskorištenja ostataka nakon proizvodnje vina za dobivanje toplinske energije Neven Voša, Tajana Kriţka, Vanja Jurińiš, Tea Brlek Saviš, Ana Matin Agronomski fakultet Sveuĉilišta u Zagrebu Zavod za poljoprivrednu tehnologiju, skladištenje i transport Svetošimunska 25, Zagreb, Hrvatska e-mail: nvoca@agr.hr Saţetak U ovom radu še se istraņiti energetski potencijal doraťene vinske komine sorte Ņlahtina i Syrah u svrhu proizvodnje toplinske energije. Laboratorijskim peletiranjem vinske komine dobit še se proizvod veše gustoše, bolje volumetrijske ogrjevne vrijednosti, ńto ima za posljedicu smanjenje trońkova transporta i skladińtenja te kvalitetnije izgaranje prilikom proizvodnje toplinske energije. Kvaliteta peleta kao biogoriva ne moņe se definirati bez utvrťivanja njenih fizikalno-kemijskih, odnosno gorivih svojstava. Utvrdit še se energetski potencijal vinske komine i mogušnost njezinog korińtenja kao energenta u proizvodnji toplinske energije. Kljuţne rijeţi: vinska komina, peletiranje, energetska vrijednost, toplinska energija Uvod Vinari su od pamtivijeka iz vinske komine proizvodili jaka alkoholna piša. MeŤutim, prevelike koliţine jakih alkoholnih piša iz vinske komine na svjetskom trņińtu dovele su do znaţajnog smanjenja njene cijene. To je za vinare znaţilo smanjenje dodatnih prihoda od prerade vinske komine, uz dodatne trońkove koje je iziskivalo nakupljanje komine.vińe od 20% vinarske proizvodnje ţini otpad, odnosno peteljke, sjemenke i talog. MeŤutim, najveši problem vinara predstavljaju velike koliţine vinske komine, koja, ukoliko se ne tretira propisno, moņe predstavljati veliki rizik za okoliń, poţevńi od povrńinskih i dubinskih zagaťenja do neugodnih mirisa koji se razvijaju tijekom njezina stajanja. Naime, velike nakupine komine privlaţe ńtetoţine i muhe te mogu dovesti do pojave i ńirenja raznih bolesti. Otopina tanina i ostalih komponenti vinske komine, koja se tijekom stajanja izdvaja, moņe prouzroţiti smanjenje udjela kisika u tlu, ali moņe i prodrijeti u tlo i podzemne vode (Licul i Premuņiš, 1993). Nadalje, pojavio se i problem zbog sve stroņih ekolońkih propisa u posljednjih desetak godina pa je tako, primjerice, odlaganje organskog otpada koje ima vińe od 5% organskog ugljika zabranjeno u EU. Takav otpad odlaņe se na odlagalińtima otpada, ńto ţini cijeli postupak neekonomiţnim.upravo iz tog razloga, posljednjih godina predloņen je niz razliţitih metoda sanacije otpada u vinarskoj industriji, poput korińtenja u proizvodnji hrane za ņivotinje. Ovaj materijal je neprikladan za upotrebu kao hrana za preņivaţe zbog male nutritivne vrijednosti i slabe probavljivosti te visokog udjela lignina, kalija i fenola. Stoga su zamah dobile ostale metode reciklaņe i ponovne upotrebe vinske komine, i to u proizvodnji kvasaca te izolaciji fenolnih tvari i ulja iz sjemenki. S druge strane, zbog visokog udjela organske tvari i kalija te znaţajnih koliţina duńika i fosfora ovaj materijal moņe se koristiti kao biognojivo, ali i u proizvodnji energije (Arvanitoyannis et al., 2006) 1. Na kakvošu groņťa, a samim time i na kakvošu komine, utjeţu sorta groņťa, klima, agrotehnika, sastav tla, bolesti i ńtetnici vinove loze, tuţa, naţin berbe, prijevoz i drugo. Primjerice, vinska komina od crnog groņťa sastoji se od 23,7-24,2% peteljki, 43,5-54,0% 880
Vodarstvo, vinogradarstvo i vinarstvo pokoņice i 22,3-32,3% sjemenki. Komina ima pribliņno 55-69% vode, a u suhoj tvari prisutne su komponente od kojih su najvaņniji ńešer i vinska kiselina te ulje koje se nalazi u sjemenkama. Zbog navedenih svojstava, kvalitetno korińtenje komine ima veliku vaņnost u svrhu bolje ekonomske bilance proizvodnje vina. U prilog iskorińtenju ostataka poljoprivredne i prehrambene proizvodnje ide i ţinjenica da se odlaganje tih ostataka na odlagalińtima otpada naplašuje te dodatno opterešuje ekonomsku bilancu odreťene proizvodnje (Arvanitoyannis et al., 2006) 2. Vinska komina se sastoji od pribliņno 55-60% vode (ovisno o primijenjenoj tehnologiji), dok ostatak ţini suha tvar. Upravo zbog visokog udjela vode, ovaj organski ostatak ima vrlo ograniţeno vrijeme skladińtenja, od svega nekoliko dana. Iz tog razloga, vinska komina mora proši kroz proces dorade, odnosno otklanjanja suvińne vode (primjerice suńenjem zagrijanim zrakom), kako tijekom dugotrajnijeg skladińtenja ne bi dońlo do znaţajnijih negativnih promjena u njezinom kemijskom sastavu (Gögüs i Maskan, 2006). Ukoliko se koristi vinska komina u proizvodnji toplinske energije putem spaljivanja, jedan od glavnih tehniţkotehnolońkih problema pri njezinom energetskom iskorińtavanju je mala energetska vrijednost po jedinici mase (mala nasipna masa), ńto zahtijeva velike prostore skladińtenja. Kao najjednostavniji postupak obrade vinske komine za potrebe energije je peletiranje. Peletiranje se definira kao termoplastiţni proces oblikovanja istiskivanjem, u kojem fino razdijeljene ţestice brańnate sirovine formiraju kompaktne pelete, pogodne za rukovanje. Najveši znaţaj peletiranja biomase u proizvodnji energije je dobivanje proizvoda veše gustoše, bolje volumetrijske ogrjevne vrijednosti, ńto ima za posljedicu smanjenje trońkova transporta i skladińtenja (Celma et al, 2007). Iz sveg navedenog, ideja rada je novi ekolońki i energetski pristup u rjeńavanju problema sanacije vinske komine kao nusproizvoda u proizvodnji vina. Sukladno sve vešoj ekolońkoj svijesti, istraņit še se nova mogušnosti potpunog iskorińtenja organskog otpada na naţin da se vinska komina sa smanjenim udjelom vode koristi kao sirovina u procesu proizvodnje toplinske energije. Materijal i metode Vinska komina korińtena u ovom istraņivanju je ostatak nakon proizvodnje vina dobivenog iz sorte Ņlahtina i Syrah uzgojene na otoku Krku i osuńene na ravnoteņnu vlaņnost od 12%. Postupci koji prethode procesu peletiranja biomase obuhvašaju suńenje visokovlaņne sirovine i zatim usitnjavanje i kondicioniranje. Materijal se prije peletiranja mora suńiti jer suńenjem znaţajno povešava ogrjevna vrijednost biomase. Iz tog razloga obavit še se laboratorijsko suńenje vinske komine pri temperaturi od 40 C koji neše negativno utjecati na kemijska svojstva komine. Nakon procesa suńenja, mljevenja i kondicioniranja vinske komine pristupa se peletiranju, nakon kojeg dobivamo pelete koje su nakon hlaťenja spremne za upotrebu. Pelete koje se dobivaju termiţkom obradom biomase, pravilnog su oblika, promjera od 5 do 15 mm i duņine 10 do 30 mm. Oblik peletirane biomase ima niz prednosti prilikom izgaranja za potrebe dobivanja toplinske energije, poput automatskog dovoda sirovine i poboljńanih gorivih svojstava prilikom spaljivanja peletirane biomase. Kvaliteta pelete kao goriva ne moņe se definirati bez utvrťivanja njenih gorivih svojstava, primjerice donje i gornje ogrjevne vrijednosti. Za veše sustave izgaranja, tvrdoša pelete je manje vaņna, meťutim bolja svojstva peleta u smislu njihove tvrdoše i ţvrstoše, omogušuje bolja manipulativna svojstva i smanjenje trońkova transporta i skladińtenja. Velik utjecaj na peletiranje i kvalitetu peleta ima fizikalno-kemijska razliţitost biomase koja se peletira. Za utvrťivanje gorivih svojstava peleta utvrdit še se gornja i donja ogrjevna vrijednost, vlaga, pepeo, hlapive tvari, sagorljive tvari, C-fix, koks, sumpor sagorljivi, sumpor vezani te analiza stabilnosti peleta uz sastav dimnih plinova prilikom izgaranja (ISO 5068; ISO 1171; ISO, 562; ISO 1928). 44. hrvatski i 4. međunarodni simpozij agronoma 881
Rezultati i rasprava Vinsku kominu u svjeņem stanju nije moguše peletirati. Iz tog razloga potrebno ju je osuńiti na pribliņno 12% udjela vode, kako bi peletiranje bilo uţinkovito i bez upotrebe dodatnih veziva. Istraņivana vinska komina se osuńila u horizontalnoj suńari do navedenog udjela vode te usitnila na mlinu ţekišaru, kako bi se kvalitetno pripremila za daljnji postupak peletiranja. Nakon suńenja i mljevenja, a u svrhu odreťivanja kemijskog sastava vinske komine napravljene su analize na organski ugljik, vodik, duńik i sumpor. Rezultati tih analiza prikazane su u tablici 1. Tablica 1. Analiza vinskog tropa na ukupni dušik, ugljik, sumpor i vodik Uzorak Ukupni duńik (%) Ukupni ugljik (%) Ukupni sumpor (%) Ukupni vodik (%) Ņlahtina 1,86 50,93 0,32 5,45 Syrah 2,26 51,93 0,38 5,37 Tek suhe i hladne pelete vinske komine imaju mehaniţka svojstva potrebna za manipulaciju bez znaţajnih ońtešenja i korińtenje kao gorivo. Takva peleta se postiņe nakon prolaza hladnjaka. U tablici 2 prikazan je udio vode u peletama nakon peletiranja, gustoša proizvedenih peleta i njihova ogrjevna vrijednost. Navedene vrijednosti udjela vode i gustoše imaju vrijednosti koje se nalaze u okviru literaturnih podataka. Tablica 2. Gustoća, udio vode i ogrjevna vrijednost proizvedenih peleta vinske komine Uzorak Gustoša peleta (g/cm 3 Udio vode nakon Donja ogrjevna vrijednost ) peletiranja (%) (kj/kg) Ņlahtina 1,2654 6,24 19.261 Syrah 1,2095 5,21 19.922 Iz tablice 2 je vidljivo da su veše energetske vrijednosti peletirane vinske komine utvrťene kod sorte Syrah. Oţito je da svojstva sirovina znaţajno utjeţu na rezultate procesa peletiranja te da je potrebno obaviti dodatna istraņivanja u svrhu potvrťivanja navedene pretpostavke. Ogrjevna vrijednost goriva je koliţina topline koja se oslobaťa pri potpunom izgaranju jedinice koliţine nekog goriva, kada se dimni plinovi ohlade na temperaturu s kojom se zrak i gorivo dovode u loņińte. Iz tablice 2 je vidljivo da istraņivane komine vinove loze imaju ogrjevnu vrijednost goriva koja se oslobaťa pri potpunom izgaranju ţak i vešu od iste koja se oslobaťa od mrkog ugljena (17.000 kj/kg). Vrlo je vaņno da sagorijevanjem vinske komine navedenih kulitvara nema sumpora koji utjeţe na zagaťenje okolińa i stvaranje ńljake nakon gorenja (C fix i koks su u propisanim granicama). Vrlo visok sadrņaj hlapljivih sastojaka (volatila) u suhoj gotovo bezpepeljastoj masi omogušava besprijekornu upotrebu u loņińtima. U tablici 3 prikazan je kemijski sastav istraņivanih sorata vinske komine. Tablica 3. Kemijski sastav istraţivanih vinskih komina Peletirana vinska komina Ņlahtina Syrah Ukupna vlaga (%) 3,09 2,71 Pepeo (%) 4,92 4,29 Hlapive tvari (%) 71,18 71,71 Sagorive tvari (%) 91,98 93,00 Cfix (%) 20,80 21,29 Koks (%) 25,72 25,58 Sumpor sagorljivi (%) Nema Nema Sumpor vezani (%) Nema Nema 882
Vodarstvo, vinogradarstvo i vinarstvo Rezultati iz prethodnih tablica ukazuju da bi se i te kako trebalo u izraţun isplativosti proizvodnje vina uraţunati i vrijednost komine dobivene nakon tijeńtenja vinove loze kao energenta. Svakako da takvo gorivo zahtijeva i posebna loņińta. MeŤutim, znajuši gore navedene podatke mogu se odrediti loņińta u kojima še ista biomasa se najbolje energetski iskoristiti. Izravno spaljivanje biomase i organskih ostataka je uhodana tehnologija za konverziju biomase u toplinu na komercijalnoj razini. Vruši plinovi izgaranja nastaju pri spaljivanju biomase u kontroliranim uvjetima i mogu se koristiti izravno za suńenje, ali se njihova toplina ţeńše prenosi na zrak, vodu ili paru. Izgaranje se provodi na reńetki koja omogušuje mijeńanje goriva i kontrolirani dotok zraka. Reńetke su konstruirane tako da se biomasa ubacuje na jednom kraju i izgara u sloju koji se postepeno pomeše prema sustavu za izbacivanje pepela na drugom kraju te se takvom tehnologijom omogušuje korińtenje goriva razliţitih svojstava (udio vlage i veliţina ţestica). Danańnji razvoj usmjeren je na maksimalno smanjenje emisije stakleniţkih plinova, a ta je tendencija dovela i do razvitka tehnologije izgaranja u fluidiziranom sloju, kao glavne alternative sustavima s reńetkom. U postrojenju sa izgaranjem u fluidiziranom sloju, gorivo izgara u sloju inertnog materijala uz upuhivanje zraka. Sloj se stalno mijeńa i dolazi do brzog izgaranja i izmjene topline pri ţemu su problemi zbog razlike u kvaliteti goriva svedeni na najmanju mogušu mjeru (El Bassan, 1991; Beronja, 1994). Zakljuĉak Koliţine vinske komine i naţin njezinog korińtenja mogu dati uvjerljive dokaze za profitabilno komercijalno korińtenje kao obnovljivi izvor energije. Navedeni postupci sanacije vinske komine u svrhu proizvodnje energije dovest še do dodatnog iskorińtenja komine, koja še tada postati dodatni izvor zarade proizvoťaţima vina i pripomoši pozitivnoj ekonomskoj bilanci proizvodnje vina. Sukladno energetskim potencijalom te optimalnom obradom, od vinske komine se oţekuje da še biti odliţnog radnog uţinka u modernim sustavima za proizvodnju toplinske energije za zagrijavanje privatnih i poslovnih objekata. Primjenom tehnologije proizvodnje i korińtenja peleta vinske komine poboljńat še se energetska uţinkovitost proizvoťaţa vina, povešat še se domaša proizvodnja energije, ostvarit še se pozitivan utjecaj na okoliń, otvorit še se novo trņińte opreme te poticat še se opši razvitak ruralnih krajeva. Literatura Beronja M. (1994). Using of biomass from agriculture. X International symposium of drying and storing of agriculutre products, Symposium proceedings, Stubiţke Toplice, Croatia: 145-156. El Bassam, N. (1991) Renewable energy: Potential energy crops for Europe and the Mediterranean region. REU Tech. Ser. 46, FAO, Rome, Italy. Licul, R.; Premuņiš, D. (1993). Praktiţno vinogradarstvo i podrumarstvo, Knjiga, Nakladni zavod Znanje, Zagreb Arvanitoyannis, I.S.; Ladas, D.; Mavromatis, A. (2006) 1. Wine waste treatment methodology. International Journal of Food Science and Technology. 41: 1117 1151 Arvanitoyannis, I.S.; Ladas, D.; Mavromatis, A. (2006) 2. Potential uses and applications of treated wine waste: a review. International Journal of Food Science and Technology. 41, 475 487 Gögüs, F.; Maskan, M (2006). Air drying characteristics of solid waste (pomace) of olive oil processing. Journal of Food Engineering 72: 378 382 Celma,A.R; Rojas, S. Lopez-Rodrıguez, F. (2007). Waste-to-energy possibilities for industrial olive and grape by-products in Extremadura. Biomass and Bioenergy 31: 522 534 44. hrvatski i 4. međunarodni simpozij agronoma 883
The potential of utilisation of residue after wine production for obtaining thermal energy Abstract In this paper the energetic potential of processed grape marc from sort's Ņlahina and Syrah will be investigated, with the purpose of obtaining thermal energy. By laboratory pelleting of grape marc a product of high density and better volumetric energy value will be produced, which will result in decrease of transport and storing cost, and better quality of combustion when producing thermal energy. The quality of pellets as a biofuel can not be defined without determining their physical and chemical properties namely combustion characteristics. The energetic potential of grape marc will be determined as well as the possibility for its usage as a energy-generating product in producing thermal energy. Key words: grape marc, pelleting, energetic value, thermal energy. 884