Biogaz? Dlaczego nie!

0
272

Debaty toczące się w kontekście kryzysu energetycznego wywołanego wojną w Ukrainie w wielu wypadkach dotykają kwestii niewystarczającego wykorzystania energii płynącej ze źródeł odnawialnych. Słońce i wiatr są tu przywoływane najczęściej. Dziś jednak pochylimy się nad innym źródłem energii, źródłem, które zdaniem wielu znawców tematu, powinno w naszym kraju znaleźć szczególne warunki rozwoju. Póki co, biogaz, bo o nim będzie mowa, nie jest ani popularnym źródłem energii odnawialnej, ani nawet tematem licznie toczących się “energetycznych” dyskusji. W ramach poszerzania horyzontów poznawczych proponujemy dziś zatem garść informacji na temat energii pochodzącej z masy organicznej.

Czym jest biogaz

Biogaz jest mieszanką gazów powstającą w efekcie rozkładu materii organicznej w procesie beztlenowej fermentacji. Jego źródłem może być materiał roślinny, ale także ścieki miejskie, odpady komunalne, przemysłowe i rolno-spożywcze pochodzenia roślinnego albo zwierzęcego, tudzież odchody zwierzęce. 

Jego skład zależy od użytej substancji (substratów) oraz rodzaju zastosowanej technologii produkcji. Podstawowym składnikiem biogazu jest metan w ilości 35–70% objętości. To właśnie ilość tego gazu determinuje wartość energetyczną paliwa. Nad drugim miejscu znajduje się dwutlenek węgla (15–50% obj.). Wśród mniej znaczących składników biogazu należy wymienić parę wodną (0–10% obj.), azot (0–40% obj.), siarkowodór (0–2% obj.), tlenek węgla (0–3% obj.), tlen (0–5% obj.), wodór (0–3% obj.), amoniak (0–1% obj.), węglowodory oraz siloksany. 

Wykorzystanie biogazu

Biogaz stanowi doskonałe paliwo – metan i wodór znakomicie się palą generując energię wykorzystywaną do ogrzewania za pośrednictwem agregatów kogeneracyjnych, albo zasilania generatorów produkujących prąd elektryczny. 

Rozszerzając zastosowane biogazu, można go poddać oczyszczeniu (technologia oczyszczania biogazu sprowadza się do jego osuszenia i eliminacji zanieczyszczeń pod postacią dwutlenku węgla, siarkowodoru, siloksanów oraz innych składników), otrzymując biometan (98-99% obj.), spełniający standardy gazu ziemnego. Biometan może być wpuszczony i wykorzystywany w sieci gazu ziemnego, ale można go także w dalszej kolejności poddać sprężeniu, i pod postacią biopaliwa wykorzystywać w pojazdach mechanicznych (instalacje CNG). 

Produktem ubocznym podczas produkcji biogazu jest tzw. poferment. Ten poodpadowy odpad może być jednak wykorzystany w roli nawozu, znacznie lepszego i mniej szkodliwego od gnojowicy albo obornika z punktu widzenia wpływu środowiskowego.

W skrócie rzecz ujmując, produkcja biogazu pozwala na utylizację odpadów organicznych, przy jednoczesnych korzyściach wynikających z pozyskania energii cieplnej, elektrycznej, paliwa napędowego i nawozów organicznych.

Produkcja biogazu

Choć biogazownie często stosują mieszaniny kilku substratów w ramach poprawy parametrów paliwa otrzymywanego w wyniku procesu fermentacji, optymalizacji wydajności oraz stabilności produkcji i dostaw surowca (przykładowo, obok roślin typowo energetycznych, stosuje się mieszanki odchodów zwierzęcych z odpadami rolno-spożywczymi), można wyróżnić trzy podstawowe typy biogazowni, których podział przebiega według kryterium stosowanych substratów, co z kolei przekłada się na lokalizację obiektu.

Biogazownie rolnicze

Tego typu instalacje wykorzystują produkty/odpady pochodzące z gospodarstw rolnych (rośliny, odchody zwierzęce, odpady z produkcji rolnej i hodowli zwierząt). Takie biogazownie rozwiązują problem odpadów rolniczych, ich składowania oraz zanieczyszczeń atmosfery gazami uwalnianymi w wyniku niekontrolowanego procesu fermentacji składowanej biomasy. Dodatkowo mogą stać się lokalnym źródłem, wspomnianego już, cennego nawozu.

Biogazownie przy oczyszczalniach ścieków

W tym przypadku do produkcji biogazu wykorzystywane są tzw. osady ściekowe, czyli produkty uboczne powstałe w procesie oczyszczania ścieków. Instalacja biogazowe tego rodzaju przyczyniają się oczywiście do ochrony środowiska (szerzej o środowisku za chwilę), ale także generują konkretne oszczędności w wydatkach, których źródłem jest wykorzystanie biogazu do produkcji energii na potrzeby oczyszczalni.

Biogazownie na wysypiskach

Pewna ilość biogazu powstaje w sposób samoczynny i spontaniczny na każdym składowisku odpadów organicznych (biogaz składowiskowy). Jest to zjawisko niebezpieczne (możliwość samozapłonu i wybuchu metanu), ale także szkodliwe ze względu na zachodzący proces uwalniania do atmosfery gazów cieplarnianych odpowiadających za zmiany klimatyczne (metan, dwutlenek węgla). Aby “odgazować” składowiska stosuje się systemy “wentylacyjne” i spalające powstające biogazy. Niestety w tym przypadku nie są osiągane żadne korzyści energetyczne. Istnieją jednak bardziej skomplikowane systemy (system przewodów, pomp ssących i pokryw uszczelniających wysypiska) pozwalające na zagospodarowanie generowanego przez składowiska biogazu.

Wpływ na środowisko

Zastępując produkcję energii z wykorzystaniem paliw kopalnych energią pochodzącą z materii organicznej, biogazownie traktowane są jako czyste źródło energii odnawialnej. Dlaczego “czyste” skoro wpływ spalania biogazu na środowisko nie jest oczywiście zerowy? Istotny jest tutaj neutralny bilans emisji dwutlenku węgla. Biogaz traktowany jest bowiem jako produkt materii organicznej, która wcześniej przyswoiła dwutlenek węgla z atmosfery. Generując CO2 w procesie produkcji biogazu zachowana zostaje równowaga pomiędzy ilością węgla uwalnianego, a ilością węgla pochłoniętego wcześniej z atmosfery. “Odnawialność” tego źródła energii związana jest oczywiście z odnawialnością materii organicznej wykorzystywanej do produkcji biogazu w powtarzalnym cyklu produkcyjnym.

Nie bez znaczenia w przypadku działalności biogazowni pozostaje oczywiście kwestia redukcji wszelkiego typu odpadów organicznych. Biogazownie pomagają utylizować resztki rolno-spożywcze oraz hodowlane, a także zmniejszyć zanieczyszczenie wód i gleby wszelkimi odpadami zwierzęcymi i ludzkimi, co oczywiście przekłada się na podniesienie poziomu czystości środowiska. 

Istotna jest także redukcja ilości metanu przedostającego się do atmosfery w procesie rozkładu szczątków organicznych. Metan, jako gaz cieplarniany, przyczynia się do zmian klimatycznych. Kontrolując jego transfer do środowiska mamy możliwość ograniczania i przeciwdziałania niekorzystnym zmianom, które wywołuje.

Jak wspomnieliśmy, produktem ubocznym podczas produkcji biogazu jest poferment, który może być wykorzystywany przez rolnictwo w roli nawozu. Jego zastosowanie jest korzystne i wywołuje w środowisku znacznie mniej szkód niż tradycyjny obornik (łatwiejsza przyswajalność przez rośliny, mniejsze przenikanie do wód gruntowych, mniejsza możliwość zachwaszczenia i skażenia mikroorganizmami chorobotwórczymi, utrzymanie odpowiedniej ilości humusu), jest także dużo mniej uciążliwe (mniejszy fetor), dając przy tym większe plony. Korzyści w postaci ograniczenia emisji CO2 pojawiają się także w wyniku redukcji ilości nawozów sztucznych i zastąpienia ich biogazowym pofermentem.

Niezwykle korzystny wpływ na środowisko stawiają biogaz w roli niemal idealnego źródła będącego elementem współczesnego miksu energetycznego. Skoro tak, dlaczego zatem u nas biogazownie rozwijają się tak słabo?

Rozwój biogazowni

Posiadamy obecnie ponad 300 biogazowni z czego około ⅓  stanowią obiekty rolnicze. To niewiele w porównaniu z liczbą biogazowni na terenie Niemiec (ok. 10 000), europejskiego lidera w tym obszarze produkcji energii. Tymczasem zdaniem wielu ekspertów dysponujemy bardzo dobrymi warunkami dla rozwoju tego rodzaju instalacji. Biorąc pod uwagę, że Polska jest wciąż krajem upraw i hodowli oraz istnieją duże możliwości efektywnego wykorzystania lokalnie dostępnych surowców, potencjał biogazowy tkwiący w odpadach powstających w rolnictwie oraz przemyśle rolno-spożywczym jest ogromny.

Co zatem przeszkadza w rozwoju biogazowni? Eksperci zwracają uwagę na brak odpowiednio przejrzystych regulacji prawno-administracyjnych, co wraz z wymogiem pozyskania szeregu różnych dokumentów formalnych stanowi istotną przeszkodę w rozwoju tego rodzaju instalacji (możliwość łatwego przyłączania do sieci gazowej, odpowiedni poziom cen referencyjnych).

Brak wsparcia inwestycyjnego ze strony państwa oraz odpowiedniej polityki kredytowej przy niepewnej rentowności przedsięwzięcia także nie sprzyja większemu zaangażowaniu przedsiębiorców (biogazownie wymagają dużych nakładów inwestycyjnych przy długim okresie zwrotu poniesionych kosztów).

Istotne są także uwarunkowania lokalno-infrastrukturalne (odpowiednia lokalizacja, przesył energii) oraz trudny do implementacji efekt synergii: połączenie zapotrzebowania na energię z bliską dostępnością taniego substratu (taki surowiec często trzeba sprowadzać z daleka, a transport podnosi koszty prowadzenia działalności). Problematyczna jest także konieczność zagwarantowania odbioru powstałego w wyniku spalania biogazu ciepła, np. przez lokalnych użytkowników (stąd pomysł budowy instalacji w pobliżu zakładów produkcyjnych, co nie zawsze jest oczywiście wykonalne), jeśli nie jest możliwy/korzystny transfer energii na odległość. Innymi słowy czynniki, które w określonych przypadkach sprzyjają rozwojowi (infrastruktura, odbiorcy, dostawcy), w innych mogą być przeszkodą.

Protesty społeczności mieszkających w miejscu ewentualnej lokalizacji biogazowni także nie pozostają bez znaczenia. Z brakiem zgody często związana jest opinia o uciążliwości tego typu inwestycji. Chodzi o generowanie nieprzyjemnych zapachów, co na ogół (przy właściwie wykonanej instalacji) nie ma potwierdzenia w rzeczywistości, a wygłaszanie tego rodzaju opinii jest bezzasadne.

Czy biogaz otrzyma szansę trwałego udziału w krajowym miksie energetycznym? Wydaje się, iż zielone światło dla elektrycznych samochodów zamyka drogę dla biopaliw wykorzystywanych przez silniki spalinowe. Inne sposoby wykorzystania energii biogazu wciąż jednak pozostają w mocy. Czy jednak fotowoltaika i wiatraki nie są lepszym rozwiązaniem? Być może, jednak wydaje się, że idea dywersyfikacji źródeł energii jest wciąż jak najbardziej zasadna, a wsparcie OZE powinno dotyczyć wszystkich jej rodzajów, także instalacji biogazowych. Zwłaszcza, że ani energetyka słoneczna, ani wiatrowa nie zagospodarują odpadów generowanych przez produkcję roślinną i zwierzęcą (o nieciągłym charakterze tych źródeł nie wspominając). Konieczność wsparcia rozwoju inwestycji biogazowych jako jednego z wariantów OZE, jest widoczna zwłaszcza w kontekście wzrostu cen energii ze źródeł kopalnych spowodowanego wojną w Ukrainie, zaś zaistniałe niedawno kłopoty polskiego sektora produkcji nawozów sztucznych pozostają tu szczególnym przyczynkiem do działania.