Energetyka oparta na bioodpadach

Biogazownia to instalacja do fermentowania bioodpadów. Uzyskany w tym procesie biogaz służy do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Polska – jako kraj o rozwiniętym rolnictwie – ma wysoki potencjał do jego produkcji, który jest wykorzystywany tylko w niewielkim procencie. W dobie dynamicznych zmian w energetyce i rolnictwie przed branżą biogazu stoją zarówno wyzwania, jak i szanse. Czy biogaz może stać się punktem zwrotnym w transformacji energetycznej na polskich wsiach?

Rolnicy od dawien dawna wykorzystują owoce swojej pracy. To, co nie trafiło na stół, stawało się paszą lub nawozem. W miarę rozwoju rolnictwa na cele komercyjne przybywało produktów ubocznych, dlatego zaczęto stosować kompostowanie, aby zmniejszyć ilość resztek, zanim trafią na pole czy do kiszenia, aby zachować na dłużej wartości odżywcze roślin przeznaczonych na paszę. Ogólnie rzecz biorąc, rolnictwo zawsze działało zgodnie z naturą, czyli w ramach zamkniętego obiegu surowców.

Jak to wygląda obecnie? Duże gospodarstwa specjalizują się albo w uprawie roślinnej (i to często jednego gatunku roślin), albo w hodowli zwierząt. Takie gospodarstwa nie mogą więc korzystać z własnych zasobów do karmienia zwierząt, muszą kupować paszę od innych rolników. Jednocześnie ci zajmujący się tylko uprawą są zmuszeni do kupowania nawozów. Mimo że specjalizacja rolnictwa może zwiększać zyski, to gospodarstwa przestają działać w swoim naturalnym rytmie. Jednocześnie generują dodatkowe koszty operacyjne na wyżej wymienione potrzeby. 

Ponadto rozwój cywilizacji wiąże się z koniecznością zagospodarowania dwóch ważnych kwestii: utylizacji odpadów oraz odprowadzania i oczyszczania ścieków. Chyba nikt obecnie nie wyobraża sobie komfortowego funkcjonowania bez tych usług? Jest to też istotne z punktu widzenia ochrony ludzi i środowiska przed chorobami i chemikaliami, które mogą być przenoszone w odpadach i ściekach. Wykorzystywane współcześnie metody przetwarzania odpadów oraz oczyszczania ścieków wciąż pozostawiają wiele produktów ubocznych, które również wymagają zagospodarowania.

Podwaliną rozwoju przemysłu i poprawy jakości bytu ludzi jest upowszechnienie dostępu do energii elektrycznej. Obecnie energetyka przechodzi wiele przemian, które jednocześnie są konieczne i trudne. Ich wynikiem najczęściej są niestabilne ceny energii elektrycznej.

Metodą na pogodzenie tych wyzwań może być wykorzystanie naturalnego procesu, który powoduje rozkład żywej materii i odzysk energii. Taką możliwość oferuje biogazownia.

Natura we współpracy z technologią

Biogaz jest mieszanką metanu, dwutlenku węgla i śladowej ilości innych gazów, który powstaje w naturalnym procesie fermentacji. Bakterie w środowisku beztlenowym żywią się związkami węgla z biomasy i wydalają biogaz, tak jak ludzie wydychają dwutlenek węgla podczas oddychania. Proces ten zachodzi np. w pryzmach bioodpadów, w kompostownikach i na polach (w środku stosu odpadów brakuje tlenu i tam rozwijają się bakterie metanowe). Metan uwalniany do atmosfery wpływa na ocieplenie klimatu. Jednocześnie jest gazem palnym, to znaczy, że można z niego produkować energię, jest m.in. głównym składnikiem gazu ziemnego.

W biogazowni następuje przeniesienie tego procesu w miejsce odizolowane, dzięki czemu można wykorzystywać powstały tam biogaz do produkcji energii.

 

 

 

 

 

Bioodpady trafiają do komory fermentacyjnej, w której są podgrzewane i mieszane. Powstający biogaz wypełnia elastyczny dach komory, a następnie trafia do instalacji do oczyszczania ze związków siarki. Oczyszczony biogaz jest używany jako paliwo w silniku kogeneracyjnym. W ten sposób uzyskuje się dwa użyteczne rodzaje energii.

Silnik jest połączony z prądnicą, dzięki czemu powstaje energia elektryczna, oraz w wymienniki ciepła, dzięki czemu dodatkowo uzyskujemy ciepło. Czy wszystkie odpady, które trafiają do biogazowni, są przetwarzane? Otóż nie, bakterie metanowe żywią się głównie związkami węgla, pozostawiając związki azotu i fosforu. Powstaje tzw. poferment, który jest bogaty w azot i fosfor, a jednocześnie praktycznie bezwonny (ma zapach lekko torfowy). Można go użyć jako nawóz naturalny.

 

Jak to robimy, czyli biogaz w Polsce

W naszym kraju działa 187 biogazowni rolniczych (wykorzystujących substraty z rolnictwa), 195 biogazowni komunalnych (działających przy oczyszczalniach ścieków i składowiskach odpadów) oraz 65 mikrobiogazowni (niewielkie instalacje, głównie na gnojowicę lub osad ściekowy). Informacje o liczbie i mocy biogazowni rolniczych można znaleźć w rejestrze wytwórców biogazu rolniczego KOWR, biogazownie komunalne są ujęte w rejestrze małych instalacji OZE URE, a liczba mikrobiogazowni jest podawana przez KOWR na podstawie raportów od operatorów sieci dystrybucyjnych. 

Biogazownia Przybroda

Biogazownia Przybroda jest prowadzona przez Rolniczo-Sadownicze Gospodarstwo Doświadczalne Przybroda. Działa od 2019 r. Zbudowano ją dzięki polskim rozwiązaniom technologicznym. Choć ma charakter badawczy (np. sprawdza się w niej, jakie mieszanki substratu dadzą najwięcej biogazu), służy również okolicznym mieszkańcom. Od listopada 2022 r. biogazownia w Przybrodzie dostarcza energię cieplną do trzech bloków usytuowanych na terenie wsi. Inicjatywa sprawdza się na tyle dobrze, że kolejni mieszkańcy zostaną przyłączeni do sieci ciepłowniczej.

Ciepło z biogazowni jest tanie, ponieważ podczas pracy silnika kogeneracyjnego powstaje go więcej niż energii elektrycznej, ale jednocześnie nie da się go przesyłać na duże odległości. Dlatego inwestorzy, w przypadku sąsiedztwa np. bloków mieszkalnych, oferują mieszkańcom tanią energię cieplną. 

Biogazownia Michałowo

Biogazownia w podlaskim Michałowie powstała w 2015 r. Zamierzeniem było pozyskanie taniego ciepła do nowo powstałego Parku Wodnego, a dzięki współpracy z inwestorem biogazowni udało się obniżyć koszty zakupu tego medium o ok. 40%. Dodatkowo ogrzewano również pobliską szkołę.

Inwestor zachęcony tym sukcesem rozbudował biogazownię, dzięki czemu ciepło trafia do szkoły, pływalni, ratusza, przychodni, liceum ogólnokształcącego, gminnego ośrodka kultury oraz jednego z osiedli mieszkalnych. Planowana jest kolejna rozbudowa, tak aby biogazownia  zapewniła energię cieplną mieszkańcom innych osiedli.

Biogazownia Tychy

Biogazownia komunalna w Tychach działa przy oczyszczalni ścieków, a poza osadem ściekowym dodatkowo wykorzystuje odpady z przemysłu (m.in. skisłą serwatkę z mleczarni). Instalacja działa od 2006 r., a w roku 2018 została nawiązana strategiczna współpraca z Wodnym Parkiem Tychy. Nadwyżka produkowanego biogazu trafia gazociągiem do basenowej elektrociepłowni. Dzięki temu Park Wodny może produkować zarówno ciepło, jak i energię elektryczną. 

Biogazownie działające przy oczyszczalniach ścieków pozwalają im na zmniejszenie ilości powstających osadów ściekowych i na obniżenie rachunków za ciepło i prąd, których te instalacje zużywają bardzo dużo. Regionalne Centrum Gospodarki Wodno-Ściekowej w Tychach jest wyjątkowe na skalę europejską pod tym względem, że nie tylko pokrywa swoje potrzeby energetyczne w 100% z własnej instalacji biogazu, ale także nadwyżkę biogazu jest w stanie przekazywać właśnie do Parku Wodnego. 

Mikrobiogazownia

Choć polskie gospodarstwa rolne należą do najmniejszych w Europie, wciąż nie mamy zbyt wielu mikrobiogazowni. Nie zmienia to faktu, że takie instalacje działają. W zależności od rodzaju chowu najmniejsze mikrobiogazownie mogą przetwarzać gnojowicę pochodzącą od 80-140 szt. dojnych krów.

Jakie jest doświadczenie użytkowników mikrobiogazowni? Jak podaje strona producenta takich instalacji, Naturalna Energia.Plus, właściciele gospodarstwa o powierzchni 70 ha, posiadający 140 krów (dojnych i zasuszonych) oraz 350 sztuk młodzieży wspominają, że inwestycja w mikrobiogazownię jest opłacalna. Ponadto wykorzystanie pofermentu do nawożenia pól pozwoliło im na zmniejszenie stosowania nawozów sztucznych o połowę. Inni posiadacze mikrobiogazowni, w których wykorzystuje się gnojowicą świńską, podają, że udało im się obniżyć koszty prądu i ciepła o ⅓.

 Biometanownia

Od wielu lat przebiega proces gazyfikacji Polski. Gaz ziemny jest traktowany jako paliwo przejściowe, umożliwiające generowanie podstawy energii w miksie zamiast węgla. Większość gazu ziemnego jest importowana, co przy aktualnej sytuacji na świecie, szczególnie w spełnia bardzo ważną funkcję – może być magazynowany łatwiej, taniej i dłużej niż energia elektryczna. 

Natomiast biogaz zawiera 50-60% metanu. Po oczyszczeniu go z dwutlenku węgla otrzymuje się paliwo zwane biometanem. Może być on transportowany i używany jako zeroemisyjny zamiennik gazu ziemnego.

W tym roku pierwsze krople biometanu popłynęły polskimi gazociągami dzięki instalacji zbudowanej na rzecz cukrowni Südzucker.

Stabilizator energii ze słońca i wiatru

Warto wspomnieć, iż produkcja energii z biogazu nie jest uzależniona od pogody, tak jak ma to miejsce w przypadku energii słonecznej i wiatru. Większość udziału w polskim miksie energetycznym w przypadku odnawialnych źródeł energii ma energia z fotowoltaiki. Jest to sytuacja utrudniająca stabilną pracę systemu energetycznego, w którego podstawie są niesterowalne elektrownie węglowe. Sposób pracy instalacji biogazowej łączy stabilność bliższą elektrowniom konwencjonalnym, gdyż pracuje przez ok. 90% roku, oraz elastyczność, dzięki możliwości czasowego magazynowania biogazu w komorze fermentacyjnej. Biogazownię można prowadzić w tzw. systemie szczytowym. Biogaz jest magazynowany w ciągu dnia, a silnik zostaje włączony w nocy oraz w krótsze pochmurne dni. Umożliwia to dopasowanie profilu produkcji energii z biogazu do profilu produkcji energii ze słońca.

 

Przykład: Instalacja fotowoltaiczna o mocy 100 kW będzie pracowała ok. 10% czasu w roku. Wyprodukuje więc 10 kWh mocy. Biogazownia o mocy 100 kW pracuje ok. 90% roku (z wyłączeniem czasu niezbędnych serwisów), więc wyprodukuje 90 kWh mocy.

 

 

Biogazownie dobrze współdziałają również z zakładami przetwórstwa żywności, które wytwarzają ogromne ilości odpadów, a jednocześnie potrzebują taniej energii elektrycznej i cieplnej. Większość substratów używanych w biogazowniach pochodzi właśnie z tej gałęzi przemysłu.

 

Biogazownia – czy to na pewno rozwiązanie nowe i nieznane?

Pierwsza instalacja biogazu powstała w Bombaju już w 1859 r., a wcześniej proste przydomowe fermentatory biogazowe pojawiały się w Chinach. W Europie takich instalacji jest już 19 500, na świecie – ok. 50 000 000. Utrzymująca się produkcja bioodpadów i powszechne wykorzystywanie kanalizacji wpływają na ciągły rozwój powiązanych technologii, a co za tym idzie – zwiększanie liczby specjalistycznych instalacji. Aspekt bezpieczeństwa i stabilności energetycznej stanowi znaczącą wartość dodaną w perspektywie rozwoju rynku biogazu.

Polska jako kraj o dużej łącznej powierzchni gospodarstw rolnych oraz rozwiniętym przemyśle przetwórstwa żywności ma ogromny potencjał do produkcji biogazu.

 

 

Biogaz jest kluczowym elementem umożliwiającym rozwiązania części problemów, które dotykają polskie rolnictwo i przemysł. Nie bójmy się po niego sięgać!