Potencijal iskorištenja ostataka nakon proizvodnje vina za dobivanje ...

880
Pomology, Viticulture and Enology
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%
44th Croatian & 4th International Symposium on Agriculture

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

882
Pomology, Viticulture and Enology
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
peletiranja (%)
Donja ogrjevna vrijednost
(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
44th Croatian & 4th International Symposium on Agriculture

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

884
Pomology, Viticulture and Enology
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.
44th Croatian & 4th International Symposium on Agriculture