Effects of temperature, particle size and enzyme addition on biogas production in-vitro

Abstract

Biogas is an anaerobically produced ecofriendly renewable form of energy which can address the harmful effects associated with conventional source of fossil fuels. The objectives of present study were to examine effects of temperature, particle size and enzymes on biogas production. Moose (Alces alces) thrives in woody browse in semi arctic region and it was presumed that it hosts unique micro-organisms capable of producing fibrolytic enzymes. An experiment was conducted in the laboratory of INN, Blæstad. Cow manure with 5% dry matter content and wheat straw with 3 different particle size were treated with 3 dose of Moose rumen bacteria (MRB) culture along with 3 temperature settings. A cubical model was selected according to DoE (Design of experiments) and 11 treatments with different combinations of temperature, particle size and enzymes were tested. 100ml Erlenmeyer flasks were used as reactors, whereas gas was collected in 100 ml syringes. Wheat straw was ground and sieved to 1, 3 and 5mm particle size. MRB was applied at 0, 2.5 and 5% v/v of enzyme and substrate. 20, 30 and 40°C temperature were maintained in room, water bath and in heating cabinet respectively. Specified treatments were applied in 11 reactors provided with 30g manure solution and 3g of wheat straw substrate. Amount of gas collected in all the syringe were measured five times during a 48h period. The data were then analyzed using MODDE pro and MS Excel. The study shows that increase in temperature and enzyme has positive main effects and interaction effects for achieving a high rate of biogas production. However, particle size was found indifferent in biogas rate conformed by the large error bars. The study reveals the positive effect of using of MRB culture on the production of biogas since it contains novel microorganisms able to promote biomass digestion.

Biogass er en miljøvennlig energiform som er produsert anaerobt uten de skadelige effektene som er koblet til konvensjonelle fossile energikilder. Målene med dette forsøket var å undersøke effekten av temperatur, partikkelstørrelse og enzymer på produksjonen av biogass. Elg (Alces alces) trives på skogsbeite i halvarktiske områder og det ble derfor antatt at dyret kan ha spesielle mikroorganismer som muliggjør produksjon av fibrolyttiske enzym. Et forsøk ble gjennomført i laboratoriet på Høgskolen Innlandet, Blæstad. Husdyrgjødsel fra storfe med 5% tørrstoff og hvetehalm med tre ulike partikkelstørrelser ble behandlet med tre ulike konsentrasjoner av bakteriekultur fra vomma av elg (MRB) og ved tre ulike temperaturforhold. En kubisk modell ble valgt som forsøksdesign hvor 11 behandlinger med kombinasjoner av temperatur, partikkelstørrelse og enzymer ble testet. 100ml Erlenmeyer flasker ble brukt som reaktorer og gass ble samlet opp i 100ml sprøyter. Hvetehalm ble knust og siktet i fraksjoner med partikkelstørrelser på 1, 3 og 5mm. MRB ble tilsatt i 0, 2.5 og 5% v/v av enzym og substrat. Temperatur på 20, 30 og 40°C ble opprettholdt i henholdsvis laboratorierom, vannbad og oppvarma kabinett. De spesifikke behandlingene ble brukt for de 11 reaktorene som ble tilført 30g husdyrgjødsel og 3g av hvetehalm-enzym substratet. Mengden gass som ble samlet opp i de ulike sprøytene ble målt over en 48-timers periode. Data ble deretter analysert gjennom MODDE pro og MS Excel. Forsøket viser at temperatur og enzym begge har positive hovedeffekter og det finnes også en samspillseffekt mellom faktorene i forhold til å oppnå en høy produksjonsrate av biogass. Derimot viste partikkelstørrelse ikke å påvirke produksjonsraten og dette henger sammen med store feilkilder og variasjon. Forsøket viser en positiv effekt av MRB kultur på produksjonen av biogass og dette kan skyldes dets innhold av unike mikroorganismer som øker nedbrytningen av biomassen.