Біологічні системи: теорія та інновації

Біотехнологічні аспекти утворення дигестату при метановому зброджуванні та його утилізації

Катерина Щурська, Олександра Неділько*

nedilko.olexandra@lll.kpi.ua

Завантажити статтю
Анотація

Актуальність дослідження зумовлена стрімким розвитком біоенергетичної галузі, а саме біогазової сфери в Україні, що зумовлює утворення значних обсягів одного з побічних продуктів анаеробного зброджування – дигестату, що є цінним в багатьох аспектах. Метою статті було дослідження основних етапів метанового бродіння та чинників, що впливають на склад та якість дигестату, а також огляд традиційних та новітніх методів його утилізації. Аналіз наявної літератури показав, що сучасні способи зберігання утвореного дигестату є неефективними та виступають як тимчасовий спосіб його накопичення, враховуючи зростаючі з кожним роком та в подальшому майбутньому масштаби його утворення. У статті детально розглянуто кожен із чотирьох етапів анаеробного розщеплення (гідроліз, ацидогенез, ацетогенез, метаногенез) та охарактеризовано специфічні групи мікроорганізмів, які беруть участь у цих процесах. Визначено взаємозв'язок між складом вихідної сировини та кінцевими фізико-хімічними характеристиками утвореного дигестату. Представлено вплив складу вихідної сировини на особливості складу та основних характеристик утвореного дигестату. В роботі проаналізовано результати сучасних досліджень в галузі переробки та утилізації дигестату за допомогою біотехнологічних методів з метою забезпечення основних цілей сталого розвитку та дотримання принципів циркулярної економіки. Особлива увага приділялася ключовим характеристикам утвореного дигестату, що чинять переважний вплив на вибір подальших методів та технологій його утилізації. На основі проведеного аналізу інформацію було систематизовано та представлено у вигляді узагальнюючих таблиць. Результати цієї оглядової статті мають практичну цінність і можуть бути використані для підбору та впровадження технологій переробки дигестату на існуючих підприємствах

Ключові слова

зброджений залишок; анаеробне зброджування; переробка; біогаз; циркулярна економіка; сталий розвиток

ЦИТУВАТИ
Shchurska, K., & Nedilko, O. (2026). Biotechnological aspects of digestate production during methane fermentation and utilisation. Biological Systems: Theory and Innovation, 17(3), 69-83. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2026.69
Використані джерела
  1. Aguilar-Paredes, A., Valdés, G., Araneda, N., Valdebenito, E., Hansen, F., & Nuti, M. (2023). Microbial community in the composting process and its positive impact on the soil biota in sustainable agriculture. Agronomy, 13(2), article number 542. doi: 10.3390/agronomy13020542.
  2. Ahmad, A., Hassan, S.W., & Banat, F. (2022). An overview of microalgae biomass as a sustainable aquaculture feed ingredient: Food security and circular economy. Bioengineered, 13(4), 9521-9547. doi: 10.1080/21655979.2022.2061148.
  3. Bajpai, P. (2017). Basics of anaerobic digestion process. In Anaerobic technology in pulp and paper industry (pp. 7-12). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-10-4130-3_2.
  4. Cathcart, A., Smyth, B.M., Lyons, G., Murray, S.T., Rooney, D., & Johnston, C.R. (2023). Optimising mechanical separation of anaerobic digestate for total solids and nutrient removal. Journal of Environmental Management, 345, article number 118449. doi: 10.1016/j.jenvman.2023.118449.
  5. Chojnacka, K., & Moustakas, K. (2024). Anaerobic digestate management for carbon neutrality and fertiliser use: A review of current practices and future opportunities. Biomass and Bioenergy, 180, article number 106991. doi: 10.1016/j.biombioe.2023.106991.
  6. Czekała, W., Lewicki, A., Pochwatka, P., Czekała, A., Wojcieszak, D., Jóźwiakowski, K., & Waliszewska, H. (2020). Digestate management in polish farms as an element of the nutrient cycle. Journal of Cleaner Production, 242, article number 118454. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118454.
  7. de Carvalho, J.C., et al. (2022). Agro-industrial wastewaters for algal biomass production, bio-based products, and biofuels in a circular bioeconomy. Fermentation, 8(12), article number 728. doi: 10.3390/fermentation8120728.
  8. Dincă, M.-N., Ferdeș, M., Zăbavă, B.-Ș., Ionescu, M., Moiceanu, G., & Paraschiv, G. (2025). Effective valorization of anaerobic digestate – a sustainable approach to circular economy. Applied Sciences, 15(16), article number 8939. doi: 10.3390/app15168939.
  9. Elgarahy, A.M., Eloffy, M.G., Priya, A.K., Yogeshwaran, V., Yang, Z., Elwakeel, K.Z., & Lopez-Maldonado, E.A. (2024). Biosolids management and utilizations: A review. Journal of Cleaner Production, 451, article number 141974. doi: 10.1016/j.jclepro.2024.141974.
  10. Feiz, R., Carraro, G., Brienza, C., Meers, E., Verbeke, M., & Tonderski, K. (2022). Systems analysis of digestate primary processing techniques. Waste Management, 150, 352-363. doi: 10.1016/j.wasman.2022.07.013.
  11. Geletukha, G.G., Hyvel, M.M., & Kucheruk, P.P. (2024). Opportunities of advanced biomethane production from microalgae grown on biogas plant digestate. Part 1. Thermophysics and Thermal Power Engineering, 46(4), 60-73. doi: 10.31472/ttpe.4.2024.7.
  12. Induchoodan, T.G., Haq, I., & Kalamdhad, A.S. (2022). Factors affecting anaerobic digestion for biogas production: A review. In C. Hussain & S. Hait (Eds.), Advanced organic waste management: Sustainable practices and approaches (pp. 223-233). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-323-85792-5.00020-4.
  13. Jameel, M.K., et al. (2024). Biogas: Production, properties, applications, economic and challenges: A review. Results in Chemistry, 7, article number 101549. doi: 10.1016/j.rechem.2024.101549.
  14. Katariya, H.G., & Patolia, H.P. (2023). Advances in biogas cleaning, enrichment, and utilization technologies: A way forward. Biomass Conversion and Biorefinery, 13, 9565-9581. doi: 10.1007/s13399-021-01750-0.
  15. Kovačić, D., Lončarić, Z., Jović, J., Samac, D., Popović, B., & Tišma, M. (2022). Digestate management and processing practices: A review. Applied Sciences, 12(18), article number 9216. doi: 10.3390/app12189216.
  16. Lee, M.E., Steiman, M.W., & St. Angelo, S.K. (2021). Biogas digestate as a renewable fertilizer: Effects of digestate application on crop growth and nutrient composition. Renewable Agriculture and Food Systems, 36(2), 173-181. doi: 10.1017/S1742170520000186.
  17. Malhotra, M., et al. (2022). Biorefinery of anaerobic digestate in a circular bioeconomy: Opportunities, challenges and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 166, article number 112642. doi: 10.1016/j.rser.2022.112642.
  18. Nowak, M., & Czekała, W. (2024). Sustainable use of digestate from biogas plants: Separation of raw digestate and liquid fraction processing. Sustainability, 16(13), article number 5461. doi: 10.3390/su16135461.
  19. Pilarski, K., & Pilarska, A.A. (2025). Kinetics and energy yield in anaerobic digestion: Effects of substrate composition and fundamental operating conditions. Energies, 18(23), article number 6262. doi: 10.3390/en18236262.
  20. Polishchuk, V., Derevianko, D.A., Shvorov, S., Dvornyk, Ye.O., & Davidenko, T.S. (2020). Efficiency of digestat of biogas plants. Machinery & Energetics, 11(4), 107-115. doi: 10.31548/machenergy2020.04.107.
  21. Proskynitopoulou, V., Garagounis, I., Vourros, A., Toursidis, P.D., Lorentzou, S., Zouboulis, A., & Panopoulos, K. (2024). Nutrient recovery from digestate: Pilot test experiments. Journal of Environmental Management, 353, article number 120166. doi: 10.1016/j.jenvman.2024.120166.
  22. Ragályi, P., Szécsy, O., Uzinger, N., Magyar, M., Szabó, A., & Rékási, M. (2025). Factors influencing the impact of anaerobic digestates on soil properties. Soil Systems, 9(3), article number 78. doi: 10.3390/soilsystems9030078.
  23. Rasheed, R.N., Pourbakhtiar, A., Allaf, M.M., Baharlooeian, M., Rafiei, N., Aratboni, H.A., Morones-Ramirez, J.R., & Winck, F.V. (2023). Microalgal co-cultivation -recent methods, trends in omic-studies, applications, and future challenges. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 11, article number 1193424. doi: 10.3389/fbioe.2023.1193424.
  24. Ries, J., Chen, Z., & Park, Y. (2023). Potential applications of food-waste-based anaerobic digestate for sustainable crop production practice. Sustainability, 15(11), article number 8520. doi: 10.3390/su15118520.
  25. Rivera, F., Muñoz, R., Prádanos, P., Hernández, A., & Palacio, L. (2022). A systematic study of ammonia recovery from anaerobic digestate using membrane-based separation. Membranes, 12(1), article number 19. doi: 10.3390/membranes12010019.
  26. Rossi, S., Mantovani, M., Marazzi, F., Bellucci, M., Casagli, F., Mezzanotte, V., & Ficara, E. (2023). Microalgal cultivation on digestate: Process efficiency and economics. Chemical Engineering Journal, 460, article number 141753. doi: 10.1016/j.cej.2023.141753.
  27. Sani, M.N.H., Amin, M., Bergstrand, K.-J., Caspersen, S., Prade, T., & Yong, J.W.H. (2025). Harnessing biostimulants from biogas digestates for high-value resource recovery: A review. Environmental Chemistry Letters, 23, 139-164. doi: 10.1007/s10311-024-01801-8.
  28. Tambone, F., Terruzzi, L., Scaglia, B., & Adani, F. (2015). Composting of the solid fraction of digestate derived from pig slurry: Biological processes and compost properties. Waste Management, 35, 55-61. doi: 10.1016/j.wasman.2014.10.014.
  29. Thoré, E.S.J., Muylaert, K., Bertram, M.G., & Brodin, T. (2023). Microalgae. Current Biology, 33(3), 91-95. doi: 10.1016/j.cub.2022.12.032.
  30. UABIO. (n.d.). Retrieved from https://uabio.org/en/.
  31. Uddin, M., & Wright, M. (2023). Anaerobic digestion fundamentals, challenges, and technological advances. Physical Sciences Reviews, 8(9), 2819-2837. doi: 10.1515/psr-2021-0068.
  32. Vuković, A., Velki, M., Ečimović, S., Vuković, R., Čamagajevac, I.Š., & Lončarić, Z. (2021). Vermicomposting – facts, benefits and knowledge gaps. Agronomy, 11(10), article number 1952. doi: 10.3390/agronomy11101952.
  33. Yang, D., Chen, Q., Liu, R., Song, L., Zhang, Y., & Dai, X. (2022). Ammonia recovery from anaerobic digestate: State of the art, challenges and prospects. Bioresource Technology, 363, article number 127957. doi: 10.1016/j.biortech.2022.127957.
  34. Zielińska, M., & Bułkowska, K. (2024). Sustainable management and advanced nutrient recovery from biogas energy sector effluents. Energies, 17(15), article number 3705. doi: 10.3390/en17153705.
  35. Zielińska, M., & Bułkowska, K. (2025). Use of membrane techniques for removal and recovery of nutrients from liquid fraction of anaerobic digestate. Membranes, 15(2), article number 45. doi: 10.3390/membranes15020045.