Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG.KPOD.01.19-IP.04-00-15/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Laboratorium badań środowiska glebowego”.
Cel projektu: Modernizacja Laboratorium badań środowiska glebowego
Opis projektu:
Europejski Zielony Ład zawiera plan działań umożliwiających bardziej efektywne wykorzystanie zasobów dzięki przejściu na gospodarkę o obiegu zamkniętym, przeciwdziałaniu utracie różnorodności biologicznej i zmniejszeniu poziomu zanieczyszczeń. Zakłada również zmniejszenie śladu środowiskowego i klimatycznego sektora produkcji żywności w UE. Do celów EZŁ należy znaczne zmniejszenie stosowania pestycydów i ryzyka z tym związanego oraz ograniczenie stosowania nawozów i strat składników nawozowych. Osiągniecie tych celów jest możliwe jedynie poprzez połączenie wielu jednoczesnych działań, takich jak precyzyjne rolnictwo, wdrożenie gospodarki obiegu zamkniętego, stosowanie w rolnictwie rozwiązań opartych na mechanizmach biologicznych, a przede wszystkim regeneracja i pełne wykorzystanie naturalnego potencjału gleb. Dbałość o zdrowie gleb oraz wykorzystanie bionawozów jako alternatywy dla nawozów mineralnych, ma bardzo duże znaczenie również w sytuacji wysokich cen nawozów. Kluczowe znaczenie będzie zatem miała rozbudowa potencjału analitycznego instytutów naukowych w zakresie oceny zdrowia gleby oraz bezpieczeństwa wykorzystania bionawozów i biopreparatów.
Projekt zakłada rozbudowę potencjału Instytutu w zakresie laboratorium badań środowiska glebowego. Zakup wymienionej we wniosku aparatury naukowo-badawczej jest niezbędny do wszechstronnej oceny zdrowia gleb, na które składają się między innymi poziom zanieczyszczeń, poziom materii organicznej, oraz bioróżnorodność i aktywność biologiczna gleby. Dodatkowo projekt zwiększy potencjał w zakresie oceny bezpieczeństwa związanego ze stosowaniem bionawozów i biopreparatów, których jakość wpływa bezpośrednio na stan gleby.
Projekt zakłada zakup następującej aparatury naukowo – badawczej:
- analizator całkowitego węgla organicznego, niezbędny do pomiaru zawartości węgla w szerokim zakresie zawartości w glebach, nawozach, środkach wspomagających uprawę roślin i odpadach.
- wysokociśnieniowy system chromatografii jonowej (gradientowy chromatograf jonowy) niezbędny do oznaczania kationów i anionów nieorganicznych, w tym fosfonianów, nadchloranów i siarczków oraz Cr (VI) w matrycach różnego pochodzenia (wody, gleby, nawozy, środki wspomagające uprawę roślin, rośliny). Konieczność takich analiz wynika z obecnych oczekiwań Komisji Europejskiej w zakresie monitorowania tych zanieczyszczeń. Wg aktualnej wiedzy ocenę ryzyka związanego z zanieczyszczeniem chromem należy opierać na oznaczeniach Cr (VI), który ma działanie rakotwórcze. Posiadanie odpowiedniego sprzętu pozwoli na rozszerzenie możliwości oceny gleb a szczególnie bezpieczeństwa związanego ze stosowaniem bionawozów.
- analizator węgla i azotu niezbędny do oceny zawartości węgla i azotu w biomasie mikroorganizmów glebowych metodą fumigacji-ekstrakcji zgodnie z normą PN-ISO 14240-2 wraz z wyposażeniem. Jest stosowany w ocenie stanu biologicznego gleb.
- biofermentor do namnażania czystych szczepów bakteryjnych w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności niezbędny w ocenie i opracowaniu nowych biopreparatów zawierających komponent mikrobiologiczny na potrzeby racjonalnego nawożenia i ochrony roślin w rolnictwie ekologicznym i konwencjonalnym.
- spektrometr mas sprzężony z plazmą wzbudzaną indukcyjnie ICP-MS niezbędny do pomiaru zawartości potencjalnie toksycznych pierwiastków śladowych (PTPŚ) w glebie, wodzie, nawozach, odpadach i roślinach. Poziom PTPŚ w glebie decyduje o jakości gleb i sposobie wykorzystania gruntu a określanie ich zawartości w odpadach i nawozach ma podstawowe znaczenie dla oceny bezpieczeństwa wykorzystania alternatywnych źródeł materii organicznej i składników nawozowych w rolnictwie. Pomiary w roślinach i wodach pozwalają na bezpośrednią ocenę ryzyka dla zdrowia ludzi.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 30.11.2024 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 2.875.724,62 zł
ZADANIA:
- Analizator całkowitego węgla organicznego
Zakup analizatora całkowitego węgla organicznego jest niezbędny do pomiaru zawartości całkowitego węgla organicznego w szerokim zakresie pomiarowym w glebach, nawozach, środkach wspomagających uprawę roślin i odpadach. Analizator działa w oparciu o technikę wysokotemperaturowego rozkładu (spalania) katalitycznego na katalizatorze platynowym i detekcję w podczerwieni. Stanowi alternatywne zastąpienie stosowanej często w laboratoriach metody Tiurina z wykorzystaniem dichromianu potasu.
Jednym z podstawowych składników fazy stałej gleby jest materia organiczna, która wpływa na szereg właściwości fizycznych i chemicznych oraz żyzność i urodzajność gleby. W skład materii organicznej gleb wchodzą zróżnicowane produkty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, będące w różnych fazach przeobrażenia, oraz żywe organizmy
- Wysokociśnieniowy system chromatografii jonowej (Gradientowy chromatograf jonowy)
Zakup wysokociśnieniowego systemu chromatografii jonowej (gradientowy chromatograf jonowy) jest niezbędny do oznaczania kationów i anionów nieorganicznych, w tym fosfonianów, nadchloranów i siarczków oraz Cr (VI) w matrycach różnego pochodzenia (wody, gleby, nawozy, środki wspomagające uprawę roślin, rośliny). Konieczność takich analiz wynika z obecnych oczekiwań Komisji Europejskiej w zakresie monitorowania tych zanieczyszczeń. Wg aktualnej wiedzy ocenę ryzyka związanego z zanieczyszczeniem chromem należy opierać na oznaczeniach Cr (VI), który ma działanie rakotwórcze. Posiadanie odpowiedniego sprzętu pozwoli na rozszerzenie możliwości oceny gleb a szczególnie bezpieczeństwa związanego ze stosowaniem bionawozów.
- Analizator węgla i azotu do oceny zawartości węgla i azotu w biomasie mikroorganizmów glebowych
Zakup analizatora węgla i azotu jest niezbędny do oceny zawartości węgla i azotu w biomasie mikroorganizmów glebowych metodą fumigacji-ekstrakcji zgodnie z normą PN-ISO 14240-2. Analiza ta jest szeroko stosowana w ocenie stanu biologicznego gleb oraz ocenie aktywności biologicznej oraz bioróżnorodności środowiska glebowego. Metodę tą stosuje się do oznaczania biomasy mikroorganizmów glebowych przez pomiar całkowitego wyekstrahowanego materiału organicznego biomasy, głównie z mikroorganizmów. Metodę tę można również stosować do oceny zawartości azotu w biomasie mikroorganizmów i zawartości azotu reagującego z ninhydryną w glebie.
Celem oznaczania biomasy drobnoustrojów glebowych jest oszacowanie ciągłości zachowania żyzności gleby, potencjalnej zdolności do rozkładu dodawanych substancji organicznych oraz wpływu dodawanych substancji na naturalna populację mikroorganizmów. Metodę fumigacji-ekstrakcji (FE) stosuje się do oceny gleb tlenowych i beztlenowych w całym zakresie pH.
Powyższe założenia projektu wpisują się także w tzw. Europejską Strategię Bioróżnorodności. Do 2050 r. różnorodność biologiczna oraz usługi ekosystemowe w Unii Europejskiej będą chronione i zostaną odpowiednio odtworzone ze względu na wartość różnorodności biologicznej samej w sobie oraz ich fundamentalnego udziału w zapewnianiu dobrobytu człowieka i koniunktury gospodarczej, tak aby uniknąć katastrofalnych zmian wywołanych przez utratę bioróżnorodności biologicznej. Kompleksowe analizy środowiska glebowego zarówno pod kątem analiz chemicznych jak i biologicznych stanowią rzetelną odpowiedź o stanie jej jakości i żyzności. Ocena środowiska glebowego w zakresie ochrony gleb użytkowanych rolniczo, ze szczególnym uwzględnieniem znaczenia bioróżnorodności mikroorganizmów glebowych oraz ich udziału w poprawie jakości i żyzności gleb stanowi bardzo ważny aspekt. Jakość użytków rolnych w Polsce jest niższa niż średnia w Europie. Większość gleb jest lekkich, zawierających mało próchnicy, kwaśnych i bardzo kwaśnych. W wyniku stosowania intensywnych metod uprawy w wielu rejonach kraju następuje zmniejszenie żyzności gleb, charakteryzujące się m.in. ograniczeniem bioróżnorodności, nagromadzeniem w glebach mikroorganizmów szkodliwych i patogenów roślin, akumulacją pozostałości pestycydów, ich pochodnych i innych toksyn. Zjawiska te będą się także nasilały wskutek zmian klimatycznych m.in.: wysokiej temperatury w okresach wegetacji, wydłużających się okresów suszy, gwałtownych opadów i innych anomalii pogodowych. Wyniki szeregu badań środowiska glebowego stanowią podstawę do planowania odpowiedniego nawożenia a także kompleksowej informacji o poziomie aktywności biologicznej tych gleb.
- Biofermentor do namnażania czystych szczepów bakteryjnych
Zakup biofermentora do namnażania czystych szczepów bakteryjnych w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności jest niezbędny w ocenie i opracowaniu nowych biopreparatów zawierających komponent mikrobiologiczny na potrzeby racjonalnego nawożenia i ochrony roślin w rolnictwie ekologicznym i konwencjonalnym. Zakup ten przyczyni się do podniesienia jakości badanych szczepów bakteryjnych. Produkcja nawozów wzbogacanych mikrobiologicznie jest obecnie jednym z najszybciej rozwijających się segmentów rynku rolno-spożywczego. Obecna strategia UE, Europejski Zielony Ład, zakłada zwiększenie powierzchni upraw ekologicznych do 25% do roku 2030. Wzrastająca świadomość konieczności ograniczania nadmiernej chemizacji rolnictwa spowodowała, że znacząco zwiększyło się zainteresowanie naturalnymi środkami produkcji stosowanymi w rolnictwie. Jedną z takich obecnie prowadzonych koncepcji jest wykorzystanie biotechnologicznych cech i praktycznych właściwości mikroorganizmów do produkcji bionawozów, biostymulatorów lub biologicznych środków ochrony roślin, których czynnikiem aktywnym są mikroorganizmy. Rynek dla tego typu preparatów stale rośnie ze względu na coraz większe zainteresowanie producentów oraz możliwość stosowania w uprawach gatunków o dużym znaczeniu gospodarczym. Ponadto z dniem 1 grudnia 2022 r. na mocy rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi (Dz. U. z 2022 poz. 2490) IUNG-PIB został upoważniony jest do prowadzenia wykazu nawozowych produktów mikrobiologicznych.
W planie etapowym przewidziano następujące zobowiązania do 2030 r. do których m.in. możemy zaliczyć, a z którymi nierozerwalnie wiążą się analizy środowiska glebowego:
- ograniczenie o 50% stosowania pestycydów chemicznych i związanego z tym ryzyka, a także ograniczenie o 50% stosowania bardziej niebezpiecznych pestycydów;
- objęcie co najmniej 25% gruntów rolnych rolnictwem ekologicznym i znaczące podwyższenie poziomu stosowania praktyk agroekologicznych.
- Spektrometr mas sprzężony z plazmą wzbudzaną indukcyjnie ICP-MS
Zakup spektrometru mas sprzężony z plazmą wzbudzaną indukcyjnie ICP-MS jest niezbędny do pomiaru zawartości potencjalnie toksycznych pierwiastków śladowych (PTPŚ) w glebie, wodzie, nawozach, odpadach i roślinach. Poziom PTPŚ w glebie decyduje o jakości gleb i sposobie wykorzystania gruntu, potrzebach wprowadzania działań naprawczych ograniczających ryzyko związane z zanieczyszczeniem a określanie ich zawartości w odpadach i nawozach ma podstawowe znaczenie dla oceny bezpieczeństwa wykorzystania alternatywnych źródeł materii organicznej i składników nawozowych w rolnictwa. Pomiary w roślinach i wodach pozwalają na bezpośrednią ocenę ryzyka dla zdrowia ludzi i wskazywanie obszarów wymagających remediacji. Zawartość PTPŚ jest jednym z podstawowych kryteriów oceny zdrowia gleby. Wnioskowana aparatura będzie służyć zarówno pomiarom całkowitej zawartości PTPŚ, która decyduje o spełnianiu przez aktualnym norm określonych dla zanieczyszczeń, jak i zawartości rozpuszczalnych form PTPŚ, którą są pomocne w ocenie ryzyka rozprzestrzeniania się pierwiastków w środowiska i ich pobierania przez rośliny oraz ocenie efektywności działań naprawczych (remediacja).
Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG.KPOD.01.19-IP.04-00-14/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Laboratorium badań jakościowych płodów rolnych i biomasy ”.
Cel projektu: Modernizacja laboratorium badań jakościowych płodów rolnych i biomasy
Opis projektu:
Projekt ma na celu poszerzenie zakresu badań laboratoryjnych o dodatkowe analizy cech jakościowych płodów rolnych, pasz, biomasy energetycznej i odpadowej. Zakupiona aparatury pozwoli na kompleksową analizę podstawowego składu materiału roślinnego, czyli zawartości makroskładników: białka ogólnego, tłuszczu surowego, węglowodanów strukturalnych i niestrukturalnych. Ponadto, aparatura umożliwi wysokospecjalistyczną analizę jakościową surowców roślinnych pod kątem zawartości związków biologicznie aktywnych, cennych ze względów żywieniowych oraz substancji szkodliwych dla zdrowia ludzi i zwierząt, a także substancji mogących mieć wpływ na proces fermentacji metanowej wykorzystywanej do produkcji biogazu.
Zakup ultrasprawnego chromatografu cieczowego z technologią 2D sprzężonego z detektorem fotodiodowym oraz spektrometrem mas typu podwójny kwadrupol (UHPLC-PDA-TQD-MS/MS) istotnie podniesie efektywność jakościowej i ilościowej analizy substancji obecnych w badanych roślinach oraz umożliwi rozwój nowych badań nad procesem fermentacji metanowej. Nowa aparatura zapewni niezbędną stabilność w prowadzeniu prac badawczych realizowanych w Instytucie, w tym we współpracy z innymi jednostkami naukowymi w kraju i zagranicą oraz przedsiębiorcami i rolnikami.
Planowane w projekcie poszerzenie zakresu działalności laboratorium o badania nad procesem fermentacji metanowej w trybie ciągłym, umożliwi lepsze odzwierciedlenie procesu zachodzącego w biogazowni. Ponadto, prowadzone będą badania nad uzyskiem biogazu z różnych surowców roślinnych, w tym z biomasy odpadowej z przetwórstwa rolno-spożywczego. W trakcie procesu monitorowana będzie jakość biogazu (pomiar zawartości wysokokalorycznego metanu oraz kontrola ewentualnej zawartości szkodliwych gazów tj. siarkowodoru, amoniaku). Produkcja biogazu w fermentorach o pojemności 15 L, umożliwi otrzymanie odpowiedniej ilości i jakości osadu pofermentacyjnego, który następnie będzie badany jako nawóz.
Dodatkowym przedmiotem badań z wykorzystaniem zakupionego sprzętu badawczego, będzie ocena wpływu nawożenia osadem pofermentacyjnym na żyzność gleb i jakość plonów. Osad pofermentacyjny, otrzymany w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych z określonego materiału roślinnego, będzie poddany szczegółowym badaniom zawartości substancji mogących mieć wpływ na właściwości gleb i wzrost roślin.
Badany będzie także wpływ surowca zastosowanego w procesie fermentacji na jakość pofermentu, stan gleb i jakość plonów roślin uprawnych. Konstrukcja fermentorów pozwoli na lepsze poznanie samego procesu fermentacji metanowej, dzięki możliwości pobierania i analizowania masy fermentacyjnej w trakcie trwania procesu, a także wprowadzania dodatków do fermentora, w celu oceny ich wpływu na poprawę efektywności procesu. Rozwój produkcji biogazu i wykorzystania pofermentu do nawożenia wpisuje się w cele
Europejskiego Zielonego Ładu, Polityki Klimatyczno-Energetycznej oraz gospodarki obiegu zamkniętego. Dotyczy to w szczególności ograniczenia zużycia zasobów nieodnawialnych oraz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Celem projektu jest także poszerzenie zakresu analiz metabolitów roślinnych m. in. o olejki eteryczne, do którego niezbędne jest doposażenie Instytutu w urządzenie do ekstrakcji lotnych produktów naturalnych. Pozwoli to na pełniejsze badanie olejków eterycznych pod kątem ich przydatności w ochronie roślin przed patogenami i owadami, co wpisuje się w założenia Europejskiego Zielonego Ładu dotyczące obniżenia stosowania syntetycznych środków ochrony roślin.
Wyposażenie Instytutu w nowoczesną aparaturę naukowo-badawczą wzmocni jego pozycję w konkursach na pozyskanie finansowania z projektów krajowych jak i międzynarodowych. Wyniki przeprowadzonych badań będą publikowane w czasopismach o zasięgu krajowym i międzynarodowym, a także prezentowane na konferencjach. Wnioskowana aparatur pozwoli również na wzmocnienie współpracy z otoczeniem gospodarczym.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 30.11.2024 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 3.042.702,50 zł
ZADANIA:
- Zakup ultra sprawnego chromatografu cieczowego z technologią 2D sprzężonego z detektorem fotodiodowym oraz spektrometrem mas typu podwójny kwadrupol (UHPLC-PDA-TQD-MS/MS)
Technika UHPLC-PDA-MS/MS jest obecnie szeroko wykorzystywana w badaniach jakości płodów rolnych, pasz, żywności oraz różnych bioaktywnych ekstraktów roślinnych (suplementy diety i farmacja) oraz metabolomice ukierunkowanej (ilościowe oznaczanie wykrytych biomarkerów różnicujących). Ponadto wiele nowych wytycznych UE oraz Farmakopealnych dotyczących badań tych materiałów już zaleca/lub wymaga stosowania precyzyjnych technik pomiarowych, takich jak MS/MS (monitorowanie reakcji i produktów rozpadu analitów).
Technika UHPLC-PDA-MS/MS umożliwia:
- identyfikację chemiczną substancji na podstawie uzyskanych danych spektroskopowych (w tym fragmentację jonu molekularnego i porównanie z bibliotekami metabolitów),
- jednoczesne oznaczenie zawartości wielu substancji w skomplikowanych mieszaninach próbek w relatywnie krótkim czasie (czas trwania pojedynczej analizy od kilku do kilkunastu minut), wraz z zapewnieniem dużej czułości wykrycia analitów (bardzo niskie granice oznaczalności),
- standaryzację analizowanych próbek substratów/półproduktów pod kątem zawartości substancji czynnych
- do wytworzenia produktów z różnych gałęzi przemysłu (suplementy diety, farmacja, kosmetyki),
- uzyskanie informacji o prozdrowotnych właściwościach badanego materiału (naturalne substancje o korzystnym działaniu), a także jego możliwej toksyczności dla zwierząt i człowieka (toksyny i zanieczyszczenia) oraz zafałszowaniu innymi substratami/półproduktami.
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy posiada odpowiednią infrastrukturę do instalacji aparatury, o którą wnioskuje, a także wysoko wykfalikowanych pracowników do jego obsługi, co oznacza, że będzie ona w pełni i efektywnie wykorzystywana. Zespół badawczy IUNG-PIB posiada duże doświadczenie w pracy z techniką UHPLC-MS, co jest potwierdzone wieloma publikacjami w czasopismach z wysokim IF oraz zdobytymi projektami naukowymi.
Aparat UHPLC-PDA-MS/MS (chromatograf generacji Premier oraz spektrometr masowy Xevo-TQS micro) pozwoli na kontynuowanie i usprawnienie bieżących aktywności badawczych Instytutu oraz rozszerzenie jego dotychczasowej działalności i oferty analitycznej (włączając zadania związane z analizą substratów i pozostałości w procesie produkcji biogazu). Wykorzystanie dwuwymiarowego chromatografu cieczowego (2D, LC × LC), poprzez zastosowanie dwóch różnych typów oddziaływań (np. HILIC × RPLC), umożliwi rozdzielenie i analizę jeszcze bardziej złożonych mieszanin związków oraz wykrycie i oznaczenie substancji śladowych poprzez zagęszczenie analitów ‘on-line’. Nowoczesne spektrometry mas typu podwójny kwadrupol (TQ) cechują się wysoką czułością, dużą szybkością skanowania oraz możliwością pracy w dwóch trybach jednocześnie (pełne skanowanie + skrining fragmentacyjny jonów molekularnych), co znacząco ułatwi i przyspieszy analizę próbek.
- Zakup urządzenia do ekstrakcji mikrofalowej lotnych produktów naturalnych wraz z wyposażeniem
Celem zadania jest zakup nowoczesnego i wydajnego urządzenia do mikrofalowej ekstrakcji lotnych składników (olejków eterycznych) z surowca roślinnego (np. roślin leczniczych i przyprawowych) w skali półpreparatywnej.
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy nie dysponuje obecnie zautomatyzowanym urządzeniem przeznaczonym do ekstrakcji lotnych substancji smakowych i zapachowych, dlatego planowany zakup uzupełni lukę w ważnym etapie przygotowania ekstraktów wzbogaconych w te składniki, co finalnie przyczyni się również do rozszerzenia spektrum badań prowadzonych w Instytucie o ten ważny jakościowo komponent płodów rolnych, pasz i żywności.
Konwencjonalną metodą olejki eteryczne otrzymuje się poprzez destylację z parą wodną (przy użyciu aparatu Derynga lub Clevengera), która jest niestety bardzo czasochłonna (proces trwa zazwyczaj kilka godzin) oraz wymaga zastosowania dużej ilości rozpuszczalnika (kilka litrów), który wpływa niekorzystnie na profil uzyskanego ekstraktu (utlenienie niektórych wrażliwych składników) oraz często wiąże się z koniecznością zastosowania etapu oczyszczania przed analizą techniką GC-MS. Dostępne na rynku nowoczesne i zautomatyzowane urządzenia (takie jak Ethos X) wykorzystują technikę ekstrakcji wspomaganej mikrofalami bez zastosowania dodatkowego rozpuszczalnika ekstrakcyjnego, która zaliczana jest do tzw. ‘zielonych technik’ (o zerowym lub minimalnym negatywnym oddziaływaniu na środowisko naturalne). Pozwalają one na szybkie i wydajne ekstrahowanie (czas trwania procesu zazwyczaj do 60 min) pożądanych związków z surowca roślinnego poprzez mikrofalowy mechanizm ogrzewania wody naturalnie obecnej w próbkach, zapewniając niezmieniony produkt wysokiej jakości. Otrzymane w ten sposób olejki eteryczne mogą być bezpośrednio analizowane z wykorzystaniem techniki GC-MS, bez dodatkowego etapu oczyszczania/zagęszczania próbki.
Wyposażenie Instytutu w aparat do mikrofalowej ekstrakcji substancji smakowych i zapachowych w skali półpreparatywnej (naczynia ekstrakcyjne o pojemności 2 litrów) znacząco ułatwi i przyspieszy etap przygotowania ekstraktów wzbogaconych w lotne składniki, umożliwiając ich rutynową analizę w próbkach i ocenę jakości płodów rolnych, roślin zielarskich i miododajnych oraz pasz i żywności. Ponadto nowe urządzenie będzie wykorzystane w badaniach nad waloryzacją biomasy odpadowej, poprzez ekstrakcję i oznaczenie profilu jakościowego i ilościowego jej lotnych składników.
- Zakup zestawu trzech fermentorów do fermentacji metanowej ciągłej
Celem zadania jest rozszerzenie zakresu analiz laboratoryjnych o badania nad procesem fermentacji metanowej w trybie ciągłym. Zaplanowano zakup aparatury, która zapewni kontrolę i utrzymanie zadanych parametrów procesu fermentacji takich jak temperatura, pH, potencjał oksydoredukcyjny oraz pomiar ilości powstającego w procesie biogazu.
Realizacja tego zadania pozwoli na prowadzenie kompleksowych badań nad procesem zachodzącym w mniejszej skali, lecz w analogicznych warunkach jak w biogazowni rolniczej. Możliwe będzie badanie różnych surowców pochodzących z rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego, jako potencjalnych substratów do produkcji biogazu. Ponadto, z zastosowaniem zestawu fermentorów będzie możliwość poboru masy fermentacyjnej do badań, a także dodatku substancji badanych do fermentora, bez zakłócenia przebiegu procesu. Duża objętość fermentorów (15 L) umożliwi otrzymanie osadu pofermentacyjnego o odpowiedniej ilości i jakości do dalszych badań poletkowych lub wazonowych, w celu oceny jego wpływu na wzrost roślin i jakość plonów.
Zrealizowanie tego zadania umożliwi wnioskodawcy współpracę z przemysłem i rolnikami, da możliwość wyjścia naprzeciw ich zapotrzebowaniu na badania biomasy pod kątem energetycznym i badania możliwości zagospodarowania osadu pofermentacyjnego. Rozwój tych badań jest istotny ze względu na dużą dostępność biomasy odpadowej i problem z jej utylizacją i zagospodarowaniem. Biomasa ta jest bogatym źródłem materii organicznej do produkcji biogazu, a pośrednio do produkcji biometanu i energii elektrycznej i ciepła w kogeneracji. Jednocześnie niejednokrotnie jest to materiał niejednorodny, o zmiennym składzie w trakcie roku, posiadający skład, który utrudnia rozkład w fermentorze lub też mogący zawierać substancje szkodliwe dla procesu produkcji biogazu. Zbadanie takiej biomasy w warunkach laboratoryjnych pomoże w jej lepszym poznaniu i przyczyni się do wzrostu jej wykorzystania.
Kolejnym problemem, wymagającym pilnego rozwiązania jest ograniczenie zużycia paliw kopalnych i emisji gazów cieplarnianych. Do jego rozwiązania potrzebny jest rozwój sektora biogazu, gdyż biogaz jest naturalnym i w pełni odnawialnym źródłem energii. Ponadto, wykorzystanie do produkcji biogazu biomasy odpadowej, w szczególności obornika i gnojowicy w sposób istotny ograniczy emisję gazów cieplarnianych (głównie metanu) z rolnictwa. Uważa się, że rozwój sektora biogazu przyczyni się do poprawy stabilności na rynku energetycznym, gdyż produkcja energii w biogazowniach odbywa się w sposób stabilny, a ilość wyprodukowanej energii jest niezależna od warunków pogodowych. Ponadto biogazownie mogą stać się pewnego rodzaju magazynami energii, gdyż biogaz może być w nich przechowywany przez pewien czas i wykorzystany do produkcji energii w okresie szczytowego zapotrzebowania.
Rozwój wykorzystania pofermentu jako nawozu przyczyni się do rozwiązania problemu z zagospodarowaniem tego odpadu, ale jednocześnie wpłynie na ograniczenie zużycia składników nawozów mineralnych pozyskiwanych z kopalin oraz na drodze syntezy chemicznej Dzięki badaniom nad produkcją biogazu z biomasy pochodzącej z rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego możliwy będzie rozwój gospodarki o obiegu zamkniętym, gdzie energia produkowana jest z pozostałości po produkcji żywności i produktów ubocznych z produkcji roślinnej, zaś pozostałość po produkcji energii (w tym przypadku poferment) jest wykorzystywany jako nawóz do produkcji tej żywności.
- Zakup analizatora elementarnego
Celem zadania jest zakup analizatora elementarnego, który pozwoli na poszerzenie zakresu badań laboratorium o analizy zawartości podstawowych pierwiastków wchodzących w skład związków organicznych: C, H, N, S, O. Analizator wykorzystuje metodę dynamicznego wysokotemperaturowego spalania próbek w piecu z elektronicznie sterowaną temperaturą, separację powstających gazów na kolumnie i ich detekcję na wysokiej czułości detektorze termoprzewodnościowym. Aparat umożliwia szybką i w pełni automatyczną analizę.
Szczególnie istotna z punktu widzenia procesu fermentacji metanowej jest znajomość stosunku C/N i C/N/P/S, które powinny mieścić się w granicach odpowiednio 25-30:1 i 600:15:5:1. Jest to związane z tempem wykorzystywania tych pierwiastków przez mikroorganizmy biorące udział w procesie. Niewłaściwy stosunek badanych pierwiastków powoduje zakłócenie przebiegu procesu, spadek jego wydajności, a niekiedy także całkowite zahamowanie. Analiza zawartości powyższych pierwiastków pomoże w ocenie przydatności badanych materiałów roślinnych do produkcji biogazu oraz uprzedzi o możliwych problemach w przebiegu procesu. Znajomość składu pierwiastkowego badanych surowców pozwoli na odpowiedni ich dobór do badań np. w postaci mieszanek różnych surowców, tak, aby zoptymalizować stosunek pierwiastków w całym reaktorze. Prowadzone w tym zakresie badania dadzą odpowiedź na pytanie, które surowce warto ze sobą łączyć i w jakich proporcjach. Analiza elementarna z wykorzystaniem zakupionej aparatury znajdzie zastosowanie również w określeniu zawartości pierwiastków biogennych w wytworzonym podczas produkcji biogazu osadzie pofermentacyjnym.
Z punktu widzenia jego wykorzystania jako nawozu bardzo istotna jest właściwa zawartości takich pierwiastków jak azot, siarka, ale także węgiel organiczny. Ponadto, na podstawie analizy zawartości azotu organicznego możliwe będzie wyznaczenie zawartości białka ogólnego w badanych płodach rolnych, paszach i biomasie. Zawartość białka ma istotny wpływ na wartość odżywczą żywności i pasz. Jego wysoka zawartość w paszach wspomaga wzrost i rozwój zwierząt.
Z punktu widzenia produkcji biogazu, białko jest wysokoenergetycznym składnikiem biomasy, którego fermentacja skutkuje wysokim udziałem metanu w biogazie. Jest składnikiem łatwiej rozkładalnym niż węglowodany strukturalne, czy tłuszcz. Jednocześnie zbyt wysoka zawartość białka może powodować inhibicję procesu fermentacji metanowej na skutek produkcji toksycznego dla metanogenów amoniaku. Stąd też kontrola zawartości białka w surowcach wykorzystywanych do produkcji jest niezbędnym etapem badań prowadzonych w projekcie. Znajomość składu elementarnego nieznanego związku, będzie pomocna przy ustaleniu jego wzoru rzeczywistego i w jego identyfikacji. Wspomoże to badania nad nowymi, dotąd nieizolowanymi związkami biologicznie czynnymi pochodzenia roślinnego, w tym z biomasy odpadowej.
- Zakup automatycznego analizatora włókna surowego
Zakup analizatora włókna surowego umożliwi analizę plonów rolnych, pasz i biomasy energetycznej pod kątem zawartości węglowodanów strukturalnych – włókna surowego oraz jego frakcji: NDF, ADF i ADL, celulozy, hemicelulozy i ligniny. Pośrednio aparat daje również możliwość oznaczenia zawartości tłuszczu surowego oraz sumarycznej zawartości węglowodanów niestrukturalnych. Parametry te są istotne do oceny jakości pasz, ale również surowca do produkcji biogazu. Zawartość włókna surowego i poszczególnych frakcji daje informacje o strawności danej paszy. Ponadto, surowce o wysokiej zawartości trudnorozkładalnych frakcji włókna surowego trudniej ulegają fermentacji metanowej i czas ich rozkładu jest dłuższy. Poznanie składu biomasy jest ważnym etapem realizacji badań nad proces fermentacji metanowej, umożliwiającym wyjaśnienie przebiegu procesu i końcowego uzysku biogazu.
Możliwość analizy zawartości włókna surowego i jego frakcji usprawni badania nad skutecznością różnych metod obróbki wstępnej materiału roślinnego przed jego fermentacją. Wiele substratów takich jak np. słoma, obornik, czy biomasa roślin wieloletnich charakteryzuje się wysoką zawartością trudnorozkładalnych składników. Poszukiwanie metod skuteczniej obróbki wstępnej (fizycznych, chemicznych, biologicznych) jest dużym wyzwaniem. Metody mają na celu rozbicie sztywnej struktury włókien ligninocelulozowych ścian komórkowych, w celu poprawy dostępu mikroorganizmów do składników znajdujących się wewnątrz komórek tkanki roślinnej. Celem takiej obróbki jest również poprawa rozkładu beztlenowego samej celulozy, hemicelulozy, a także ligniny, na skutek rozerwania długich łańcuchów i złożonej struktury i powstania związków o prostszej budowie, głownie cukrów.
Zbadanie zawartości wspomnianych składników w roślinach nawożonych osadem pofermentacyjnym, pozwoli na ocenę wpływu pofermentu jako nawozu, na jakość płodów rolnych.
- Zakup analizatora biogazu
Celem zadania jest zakup przenośnego analizatora biogazu wyposażonego w czujniki elektrochemiczne i na podczerwień, dzięki którym możliwy jest pomiar zawartości procentowej metanu, dwutlenku węgla, tlenu, siarkowodoru i amoniaku.
Przy użyciu analizatora kontrolowana będzie ewentualna obecność tlenu, którego brak jest wymogiem koniecznym dla prawidłowego przebiegu procesu fermentacji metanowej, która jest procesem beztlenowym. Pomiar składu biogazu otrzymanego w procesie fermentacji metanowej, która będzie prowadzona w fermentorach jest istotnym elementem oceny wydajności procesu. Oprócz ilości biogazu powstałego w procesie, bardzo ważna jest również jego jakość, a więc zawartość metanu, świadcząca o kaloryczności biogazu. O jakości biogazu świadczy także zawartość zanieczyszczeń takich jak siarkowodór i amoniak. Gazy te są balastem, który przeszkadza w wykorzystaniu biogazu jako paliwa w silnikach gazowych. Analiza składu biogazu jest istotna również z uwagi na możliwość uszlachetniania biogazu, czyli produkcję biometanu, poprzez oczyszczanie biogazu z dwutlenku węgla i siarkowodoru, do jakości gazu ziemnego. Zakup analizatora biogazu pozwoli na ocenę jakości biogazu powstałego z badanych surowców, a więc pośrednio także na ocenę przydatności tych surowców do produkcji biogazu. Znając zawartość metanu w biogazie, będzie można również obliczyć jego wartość energetyczną.
