W szczególnej sytuacji (dzięki dość wysokiej cenie wywoławczej dla aukcji) znalazły się instalacje biogazowe, które umożliwiają produkcję energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu oraz wysokiej jakości nawozu (pulpy pofermentacyjnej). Niestety, jak wynika z danych Agencji Rynku Rolnego, obecnie (2017 r.) w Polsce funkcjonuje tylko 95 biogazowni rolniczych o łącznej mocy elektrycznej 101,3 MW. Jest to liczba nieporównywalnie mała w stosunku do chociażby liczby instalacji w Niemczech (ponad 9,4 tys.), które posiadają podobny potencjał produkcji biogazu przy porównaniu powierzchni gruntów uprawnych (Niemcy mają trochę ponad 1 mln ha użytków rolnych mniej niż Polska). Należy jednak pamiętać, że na silny rozwój niemieckiego rynku biogazu wpływ miały przede wszystkim wysokie dotacje ze strony państwa (na poziomie 180-220 euro/MWh, a w przypadku małych instalacji 270 euro/MWh) na okres dwudziestu lat. Z drugiej strony trzeba podkreślić, że znacznie gorsze warunki finansowe na polskim rynku biogazu przyczyniły się do intensywnego rozwoju innowacyjnych technologii i rozwiązań – w tym również niespotykanych w innych krajach.

Produkcja biogazu z odpadów z przemysłu rolno-spożywczego

Jednym z najpowszechniej stosowanych substratów w Europie Centralno-Wschodniej w instalacjach biogazowych jest kiszonka z kukurydzy. Również w Polsce, pomimo wysokich kosztów zakupu, charakteryzuje się ona dość korzystnym (przy aktualnych cenach błękitnych certyfikatów) stosunkiem uzysku biogazu i metanu ze świeżej masy do ceny. Warto dodać, że w roku 2015, na cele energetyczne zużyte zostało ok. 400 tys. ton tego materiału. Należy jednak pamiętać, że w przypadku typowej instalacji opartej o technologię NaWaRo o mocy 1 MW energii elektrycznej dziennie należy dostarczyć ok. 60-70 ton substratu. Oznacza to, że do zasilenia jednej instalacji biogazowej konieczna jest uprawa kukurydzy na ponad 400 ha. Istniejące krajowe rozwiązania mogą zmniejszyć tę ilość do poziomu 40-45 t/dobę. Oczywiście oparcie produkcji biogazu głównie o kukurydzę nie jest korzystne z rolniczego i przyrodniczego punktu widzenia, może bowiem doprowadzić do wieloletniej monokultury upraw, a w konsekwencji do pojawienia się różnego rodzaju chorób. Jednocześnie logicznym jest, że kukurydza powinna być uprawiana w pierwszej kolejności na cele żywieniowe dla ludzi i zwierząt. Rozwiązaniem problemu „produkcja żywności czy energii” może być wykorzystanie w procesie fermentacji metanowej różnego rodzaju odpadów z przemysłu rolno-spożywczego. Obecnie na całym świecie obserwuje się wzrost wykorzystania tego rodzaju odpadów na cele energetyczne, a jednym ze światowych liderów tego trendu jest Polska. Tragicznie niski stopień finansowania sektora OZE w latach 2013-16 przyczynił się do rozwoju polskich technologii, które zdolne są do fermentacji niezwykle szerokiej gamy substratów – różnej biomasy rolniczej oraz odpadów organicznych.

Do odpadów z przemysłu rolno-spożywczego zalicza się przede wszystkim odpady z przetwórstwa żywności, cukrowni, rzeźni i ubojni, gorzelni, browarów, mleczarni oraz przeterminowaną żywność. Wielką wartość energetyczną mają też odpady kuchenne, ale nie wolno ich używać w biogazowniach rolniczych (traci się wówczas status instalacji „rolniczej”). Wzbogacone mogą być przez występujące w ilościach ponad 100 mln ton rocznie produkty uboczne z produkcji rolniczej jak gnojowica, obornik, słomy zbóż, rzepaku i kukurydzy. Substraty te charakteryzują się korzystnym stosunkiem wydajności produkcji biogazu do kosztów pozyskania, często zapewniając lepszą efektywność ekonomiczną. Biogazownie rolnicze mogą kupić ten materiał w relatywnie niskiej cenie, a w przypadku umiejscowienia instalacji przy zakładzie produkcyjnym nie ponoszą żadnych kosztów zakupu. Wartym podkreślenia jest również fakt, że omawiane powyżej substraty mieszczą się w definicji biomasy, dzięki czemu mogą być legalnie przetwarzane w biogazowniach rolniczych.

Z danych Agencji Rynku Rolnego wynika, że najczęściej stosowanym substratem w biogazowniach rolniczych w 2015 roku była gnojowica (ok. 600 tys. ton). Materiał ten charakteryzuje się niską zawartością suchej masy, dzięki czemu służy jako dobry rozcieńczalnik do substratów suchych. Warto w tym miejscy zaznaczyć, że maksymalna zawartość suchej masy we wsadzie podawanym przez system pomp może wynosić ok. 15-17 proc. Powyżej tej wartości materiał jest bardzo trudno pompowalny, co może doprowadzić nawet do zapchania pomp oraz długiej przerwy w dostarczaniu świeżego substratu i zmniejszenia produkcji biogazu i metanu. Innymi bardzo popularnymi substratami stosowanymi jako wsad w polskich biogazowniach są pozostałości z owoców i warzyw (ok. 500 tys. ton rocznie) oraz wywar gorzelniany (ok. 450 tys. ton rocznie). Są to substraty o wysokim potencjale energetycznym i jeśli instalacja znajduje się blisko źródła ich wytwarzania, mogą być także relatywnie tanie, co znacząco podnosi opłacalność biogazowni. Substraty te charakteryzują się szybkim tempem rozkładu i dużą zawartością łatworozkładalnych substancji. Może się to przyczynić do skrócenia hydraulicznego czasu retencji w reaktorze (do nawet 12-15 dni), a w konsekwencji do intensywnego zakwaszenia i zatrzymania produkcji biogazu. W typowej instalacji biogazowej spadek pH poniżej poziomu 6,8 oznacza w praktyce zakwaszenie fermentora i zatrzymanie produkcji metanu – nawet na wiele dni. Konieczne jest w tym przypadku odpowiednie przebadanie pod kątem dynamiki produkcji biogazu oraz parametrów fizykochemicznych danego substratu w specjalistycznym laboratorium oraz odpowiednia obsługa i nadzór technologiczny instalacji.

Tragicznie niski stopień finansowania sektora OZE w latach 2013-16 przyczynił się do rozwoju polskich technologii, które zdolne są do fermentacji niezwykle szerokiej gamy substratów – różnej biomasy rolniczej oraz odpadów organicznych

 Potencjał energetyczny odpadów rolno-spożywczych

Z obliczeń przeprowadzonych przez pracowników Instytutu Inżynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu wynika, że w Polsce możliwa jest produkcja ponad 13 mld m³ biogazu rocznie. Jednakże w objętości tej nie uwzględniono możliwości produkcji gazu z upraw celowych, np. kukurydzy, oraz frakcji organicznej odpadów komunalnych. Na tak duży potencjał produkcji biogazu, który może pokryć znaczną część ogólnego zapotrzebowania naszego kraju, składa się roczna produkcja ok. 90 mln ton obornika i gnojowicy oraz ok. 12 mln ton różnego rodzaju słomy. Ponadto, jak wynika z opublikowanego w 2010 roku raportu Komisji Europejskiej (http://ec.europa.eu/environment/eussd/pdf/bio_foodwaste_report.pdf), każdego roku w Polsce produkowane jest ponad 25 mln ton odpadów żywnościowych. Największą część stanowią odpady z produkcji żywności w rolnictwie (ok. 16,5 mln ton) oraz odpady wytwarzane w przemyśle (ok. 6,5 mln ton). Oznacza to, że nadal znaczna część odpadów może zostać zagospodarowana na cele energetyczne, a jednym z najlepszych rozwiązań może być budowa instalacji przy zakładzie produkcyjnym. W tabeli 1. przedstawiony został przybliżony potencjał energetyczny odpadów z przemysłu rolno-spożywczego i kiszonki z kukurydzy oraz możliwy do uzyskania przychód z racji sprzedaży energii elektrycznej oraz wykorzystania ciepła.

Tab. 1. Potencjał energetyczny odpadów z przemysłu rolno-spożywczego oraz kiszonki
z kukurydzy

Źródło: Na podstawie danych Pracowni Ekotechnologii Instytutu Inżynierii Biosystemów UP w Poznaniu

Z wykonanych obliczeń wynika, że odpady z przemysłu rolno-spożywczego mogą stanowić bardzo dobry substrat w procesie fermentacji metanowej. Przychód możliwy do uzyskania z tytułu sprzedaży wyprodukowanej energii elektrycznej i ciepła (liczony przy obecnych cenach świadectw pochodzenia, energii elektrycznej i ciepła: niebieski certyfikat PMOZE_BIO: 301,15 PLN/MWh, żółty certyfikat Ozg: 120 PLN/MWh, energia elektryczna 169,57 PLN/MWh, ciepło: ok. 25,00 PLN/GJ) dla 1 Mg substratu może wynosić od ok. 40 PLN/Mg (dla serwatki) do nawet ponad 500 PLN/Mg w przypadku słomy kukurydzianej. Konieczne jest jednak uwzględnienie kosztów zakupu danego substratu, które mogą wynieść od 50-100 PLN/Mg dla słomy kukurydzianej do nawet 140 PLN/Mg w przypadku kiszonki z kukurydzy.

Należy też dodać, że jeszcze lepsze wyniki ekonomiczne (ilość produkowanego metanu w stosunku do ceny zakupu – albo raczej przyjęcia odpadu) uzyskuje się w przypadku odpadów poubojowych oraz padliny. Substraty te – choć kłopotliwe w zagospodarowaniu jak np. pióra, krew, kości – przy odpowiedniej obróbce wykazują nieoczekiwanie wysoką wydajność biometanową, a uzyskany poferment posiada bardzo wartościowy skład z nawozowego punktu widzenia.

W związku z tym wykorzystanie odpadów w instalacjach znajdujących się przy zakładach produkcyjnych jest bardzo korzystne ze względu na znaczące podniesienie opłacalności inwestycji biogazowej. Rozwiązanie to pozwala na produkcję energii elektrycznej i ciepła na potrzeby technologiczne zakładu oraz biogazowni, natomiast nadwyżki mogą zostać sprzedane do sieci. Dodatkowo instalacja nie musi ponosić kosztów związanych z zakupem i transportem substratu oraz ma zapewnioną ciągłość dostaw świeżego wsadu, co ma bardzo duże znaczenie pod względem technologicznym.

Przyszłość biogazu w odpadach

Polska jest krajem o bardzo dużym potencjale produkcji biogazu. Wynika to przede wszystkim z dobrze rozwiniętego sektora produkcji żywności, a także dużej powierzchni użytków rolnych. Należy jednak pamiętać, że w procesie fermentacji metanowej powinny być wykorzystane przede wszystkim odpady organiczne i biomasa odpadowa z rolnictwa. Duża ilość odpadów generowanych przez przemysł rolno-spożywczy może przyczynić się do budowy wielu instalacji biogazowych znajdujących się przy źródle ich wykorzystania (zakładzie produkcyjnym). Rozwiązanie to ze względu na brak kosztów pozyskania substratu oraz możliwość wykorzystania produkowanej energii elektrycznej i ciepła na cele technologiczne zakładu jest korzystniejsze. Biorąc pod uwagę potencjał produkcji biogazu w skali kraju (ponad 8 mld m³ metanu rocznie – i to bez wykorzystania upraw celowych jak kukurydzy) rozwój sektora mógłby doprowadzić do bardzo znaczącej redukcji importu gazu ziemnego (w przypadku produkcji biometanu) lub pojawienia się w sieci elektroenergetycznej dodatkowo nawet 4 tys. MW stabilnej „zielonej” mocy elektrycznej (6 tys. MW w przypadku pracy w szczycie od 6:00 do 22:00). Takie rozwiązanie może skutkować inwestycjami na poziomie kilkudziesięciu mld zł, jak też pozwoli znacząco poprawić stan środowiska naturalnego w kraju poprzez ograniczenie niekontrolowanego rozkładu odpadów.

Zdjęcia: Jacek Dach

Tekst: Jacek Dach, Kamil Kozłowski

Instytut Inżynierii Biosystemów, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

1. Polskie rozwiązania pozwalają wyprodukować 1 MWh energii elektrycznej przy użyciu 800 kg kiszonki z kukurydzy uzupełnionej nawozami naturalnymi
2. Biogazownia w Międzyrzecu to przykład polskiej technologii dedykowanej do odpadów
3. Odpadowa biomasa rolnicza (np. złej jakości siano) powinna być przerabiana w biogazowniach
4. Słoma kukurydziana jest substratem powszechnie wykorzystywanym w biogazowniach chińskich

Odpady z przemysłu mięsnego jeszcze kilka lat temu najczęściej przetwarzano na mączkę mięsno-kostną oraz tłuszcz i spalano lub używano jako polepszacz gleby. Kosztowność tego procesu sprawiła jednak, że obecnie przemysł mięsny poszukuje nowych, alternatywnych metod utylizacji, o większej ekonomicznej opłacalności.

Cechą charakterystyczną odpadów poubojowych klasyfikowanych jako materiały wysokiego ryzyka czy materiały szczególnego ryzyka jest wysoka zawartość materii organicznej, co pozwala na ich wykorzystanie jako surowiec do produkcji biogazu.

Taki też zamysł stał za budową biogazowni działającej przy Zakładzie Mięsnym Mróz w wielkopolskich Borzęciczkach. Instalacja o mocy 1,2 MW uruchomiona w 2013 r. powstała z myślą o zagospodarowaniu odpadów rzeźnych (Grupa Mróz posiada 10 tys. ha ziemi, hodowlę 3,5 tys. krów, ok. 2,5 tys. sztuk bydła i 120 tys. świń rocznie) oraz zmniejszeniu uciążliwości położonej w okolicy chlewni. – Gnojowica, której przy takiej skali hodowli jak w Grupie Mróz jest bardzo dużo, stała się problemem dla okolicznych mieszkańców ze względu na zapach. Stąd pomysł na budowę biogazowni. Drugim argumentem było zagospodarowanie odpadów rzeźnych – uzasadnia inwestycję Leszek Sadowski, dyrektor w Mróz SA. Decyzja o lokalizacji zapadła po przeanalizowaniu dostępności substratów – poza bliskością gospodarstwa hodowlanego zdecydował duży areał gruntów pod uprawę kukurydzy. Zapewnienie odpowiedniego zaplecza dla funkcjonowania biogazowni jest kluczowe pod kątem jej rentowności, a brak stałego źródła tanich substratów to z reguły główna przyczyna problemów finansowych polskich instalacji biogazowych.

Rola społeczności lokalnej

Budowa biogazowni przy Zakładach Mięsnych Mróz w Borzęciczkach odbyła się bez protestów lokalnej społeczności i przy wsparciu tamtejszych władz, w czym największy udział miało samo przedsiębiorstwo. – Zabieraliśmy mieszkańców na wycieczki objazdowe po Polsce i do Niemiec, żeby pokazywać im już funkcjonujące obiekty i rozwiać wątpliwości co do ewentualnych problemów „zapachowych” czy środowiskowych, jakie może powodować biogazownia – mówi Leszek Sadowski. Jak dodaje, wszystkie procedury na szczeblu samorządowym poszły gładko, bez wątpienia także dlatego, że biogazownia miała zniwelować fetor z chlewni w Borzęciczkach. – Dziś to do nas przyjeżdżają osoby z innych regionów kraju, żeby zobaczyć, jak instalacja działa i że rzeczywiście nie generuje odorów. A jest ona zlokalizowana 500 metrów od najbliższych zabudowań – mówi Leszek Sadowski.

Zmiana substratu

Technologię potrzebną do uruchomienia instalacji dostarczyła firma Polnet Biogaz. – Uczyliśmy się obsługi biogazowni i z czasem zdecydowaliśmy o zmianie jej profilu na typowo rolniczą, zasilaną gnojowicą i kiszonką kukurydzianą – mówi Leszek Sadowski. Rezygnacja z odpadów rzeźnianych wynikała z rachunku ekonomicznego – firma musiała ponosić dodatkowe nakłady wynikające z kosztownej higienizacji odpadów poubojowych. Obecnie wsad do fermentatora stanowi gnojowica, w mniejszym stopniu kiszonka kukurydziana pochodząca z upraw własnych firmy Mróz i inne odpady przemysłu rolno-spożywczego, np. wysłodki i korzonki buraczane, przeterminowana żywność czy wywar pogorzelniany. Łącznie 30 ton substratu dziennie.

Aspekt finansowy i środowiskowy

Firma Mróz SA sama sfinansowała budowę biogazowni, choć starano się o wsparcie ze strony Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Z czasem pojawiły się przejściowe problemy finansowe wynikające ze spadku ceny energii elektrycznej sprzedawanej operatorowi. O ile w lutym 2014 r. wynosiła ona 201,35 zł/MWh, to kilka miesięcy później spadła do 180,55 zł/MWh, co w połączeniu z załamaniem na rynku zielonych certyfikatów (które utrzymuje się do dziś) doprowadziło do tego, że do inwestycji zaczęto dokładać. Bieżąca działalność Grupy Mróz umożliwiła takie rozwiązanie, ale wiele biogazowni rolniczych w Polsce przypłaciło gwałtowny spadek cen zawieszeniem działalności lub ogłoszeniem bankructwa. – Na biogazownię nie można patrzeć tylko pod kątem zarabiania pieniędzy. Okresowe przeglądy, serwisowanie, regeneracja turbin, awarie wynikające z eksploatacji – to wszystko inwestor musi uwzględnić, decydując się na budowę. W naszym przypadku ważne jest uniknięcie kosztów zagospodarowania odpadów rzeźnych i aspekt środowiskowy – wyjaśnia odpowiedzialny za projekt w Borzęciczkach Leszek Sadowski. Sytuacja finansowa biogazowni ustabilizowała się po przejściu na system błękitnych certyfikatów, jednak nadal nie ma mowy o zarabianiu pieniędzy. Ciepło wytwarzane przez instalację jest zużywane na jej własne potrzeby (podgrzewanie fermentatorów).

Wybicie: Budowa biogazowni przy zakładzie mięsnym jest więc interesującym i obiecującym kierunkiem rozwoju polskiego sektora biogazowego

Wykorzystanie odpadów w kolejnej biogazowni

Mróz SA przymierza się do budowy kolejnej biogazowni o mocy 1 MW. Przedsiębiorstwo dysponuje w regionie dwiema rzeźniami, w których ubija się 2 tys. sztuk świń na dobę, co generuje duże ilości odpadów rzeźnych wymagających skutecznego zagospodarowania, a zlecenie tego firmom zewnętrznym jest coraz droższe – utylizacja 1 tony to dziś koszt 350 zł. Biogazownia pomoże rozwiązać ten problem. Tym bardziej że pozostałości pochodzące z przetwórstwa rolno-spożywczego traktowane są jako odpad rolniczy, przez co instalacja biogazowa wykorzystująca tego typu substrat (i wybudowana po 1 lipca 2016 r.) ma w nowym systemie aukcyjnym zagwarantowaną cenę referencyjną na poziomie 550 zł za wyprodukowanie 1 MW „zielonej energii”.

─ Uważam, że wykorzystanie biogazowni pod kątem zagospodarowania odpadów przemysłu mięsnego to dobry kierunek. Nie tylko w kontekście utylizacji, ale też produkcji czystej energii – komentuje Leszek Sadowski. ─ Według mnie kluczowe jest nastawienie do tematu biogazu władz. Jeśli biogazownia będzie postrzegana jako źródło taniej energii, a jej efekt środowiskowy będzie traktowany jako oczywistość, to rozwój tej branży jest możliwy – dodaje.

Budowa biogazowni przy zakładzie mięsnym jest więc interesującym i obiecującym kierunkiem rozwoju polskiego sektora biogazowego, co wynika z uwarunkowań ekonomicznych: braku nakładów na surowiec energetyczny, przetwarzaniu odpadów na miejscu, co eliminuje wysokie koszty związane z ich zewnętrzną utylizacją, produkcją energii elektrycznej i ciepła wykorzystywanych na potrzeby zakładu, produkcją nawozu rolniczego (poferment), który można wykorzystać na własnych polach lub sprzedawać lokalnie.

Tekst: Jolanta Kamińska

Zdjęcia: Mróz SA

Poferment – powstawanie i właściwości

W biogazowniach rolniczych głównym produktem procesu fermentacji metanowej jest biogaz. Drugim zasadniczym produktem jest poferment, zwany inaczej pulpą pofermentacyjną. W skład pofermentu wchodzą przede wszystkim nierozłożone w procesie fermentacji metanowej związki organiczne, składniki mineralne oraz biomasa organizmów żywych. Skład pofermentu w głównej mierze warunkowany jest charakterystyką substratów wykorzystywanych do procesu produkcji biogazu. Innymi czynnikami mającymi wpływ na właściwości omawianej pozostałości są m.in. rozdrobnienie substratu, przebieg procesu fermentacji czy technologie wykorzystywane w biogazowniach rolniczych.

Nawozowe wykorzystanie pofermentu

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w kontekście zagospodarowania pulpy pofermentacyjnej jest jej wykorzystanie nawozowe. Rozwiązanie to jest praktykowane przede wszystkim ze względu na brak konieczności prowadzenia innych działań, takich jak separacja, suszenie czy konfekcjonowanie.

Najważniejszym aktem prawnym dotyczącym nawozowego wykorzystania pozostałości z procesu fermentacji metanowej jest Ustawa z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu (Dz.U. 2007 nr 147 poz. 1033). W przytoczonym akcie prawnym przedstawione są regulacje dotyczące m.in. warunków i trybu wprowadzania do obrotu środków wspomagających uprawę roślin oraz ich stosowania w rolnictwie. W myśl ustawy pod pojęciem nawozów rozumie się „produkty przeznaczone do dostarczania roślinom składników pokarmowych lub zwiększania żyzności gleb albo zwiększania żyzności stawów rybnych, którymi są nawozy mineralne, nawozy naturalne, nawozy organiczne i nawozy organiczno-mineralne”. W myśl dokumentu poferment może być traktowany jako nawóz organiczny bądź organiczno-mineralny. Kryterium klasyfikacji będzie m.in. zawartość materii organicznej w pofermencie. O tym, jak cennym i przydatnym w rolnictwie nawozem jest poferment, świadczą liczne wyniki badań, w tym badania własne, np. Czekała i in. 2017, „Composting potential of the solid fraction of digested pulp produced by a biogas plant”, Biosystems Engineering 160, 25-29.

Poferment może być wykorzystywany jako nawóz na polach, jednak należy przestrzegać pewnych warunków. Zabrania się między innymi stosowania nawozu na glebach zamarzniętych, zalanych wodą, nasyconych wodą, pokrytych śniegiem oraz w postaci płynnej podczas wegetacji roślin przeznaczonych do bezpośredniego spożycia przez ludzi. Pamiętać jednak należy, że jeżeli do fermentacji wykorzystano typowo rolnicze substraty, w tym gnojowicę, obornik czy produkty uboczne przemysłu rolno-spożywczego, to poferment jako nawóz uznaje się za bezpieczny dla środowiska.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 stycznia 2015 r. w sprawie procesu odzysku R10 (Dz.U. 2015 poz. 132) jest aktem prawnym, w którym zostały podane warunki dotyczące odzysku R10 – Obróbka na powierzchni ziemi przynosząca korzyści dla rolnictwa lub poprawę stanu środowiska. Jeden z najważniejszych zapisów dotyczy konieczności spełniania wymagań szczegółowego sposobu stosowania nawozów, określonego w przepisach wydanych na podstawie art. 22 pkt 1 ustawy z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu.

Innym aktem wykonawczym do Ustawy o nawozach i nawożeniu jest Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu (Dz.U. 2008 nr 119 poz. 765). W akcie tym podane są m.in. dopuszczalne zakresy zanieczyszczeń, które mogą być obecne w nawozach.

Liczne badania prowadzone w Polsce, jak i na świecie jednoznacznie wskazują na przydatność pofermentu w procesie wzrostu i rozwoju roślin. W praktyce właściciele biogazowni rolniczych zazwyczaj zbywają poferment za niewielkie sumy pieniędzy, nieadekwatne do wartości nawozowej charakteryzującej omawianą pozostałość.

Alternatywne kierunki zagospodarowania pofermentu
Mimo że bezpośrednie wykorzystanie pofermentu w celach nawozowych jest najczęściej stosowanym rozwiązaniem – poszukuje się również innych metod jego zagospodarowania. Kluczowym działaniem w gospodarce pofermentem jest dokonanie jego separacji. W wyniku omawianego procesu powstają co najmniej dwie różne frakcje, tzn. płynna i stała różniące się właściwościami. W największym dotyczy to zawartości suchej masy oraz zawartości składników pokarmowych dostępnych dla roślin. Frakcję płynną najczęściej wykorzystuje się jako nawóz bądź kieruje na początek instalacji do uwodnienia nowej porcji wsadu w formie stałej (np. kiszonki). Zdecydowanie większa możliwość zagospodarowania charakteryzuje frakcję stałą, która może być wykorzystana do realizacji celów nawozowych (odzysk R3) lub energetycznych (R1).

Frakcja ta jest zasobna w materię organiczną (najczęściej 60–90 proc.), w związku z czym nadaje się do nawożenia gleb polskich, z reguły ubogich w próchnicę. Jednocześnie chcąc zwiększyć wartość nawozową tej frakcji warto poddać ją kompostowaniu. Innym kierunkiem jej wykorzystania jest produkcja biopaliw stałych – czyli brykietów i pelletów.

Jak wspomniano wcześniej, pulpa pofermentacyjna ze względu na swoje właściwości i skład chemiczny może i winna być wykorzystywana w rolnictwie jako nawóz – mimo że jest klasyfikowana jako odpad. Dlatego w wielu krajach jest ona traktowana jako cenny materiał nawozowy wykorzystywany w rolnictwie. Natomiast w Polsce możliwości zagospodarowania pulpy są mało korzystne, chociaż w ostatnich latach widać powolne zmiany zmierzające do poprawy tej sytuacji. Rozważając kwestię rolniczego wykorzystania pofermentu, warto mieć na uwadze fakt, że może on stanowić dodatkowe źródło przychodów dla instalacji. Licząc tylko zawartość NPK wg cen rynkowych – średnia wartość 1 m3 waha się między 25 a 45 zł – w zależności od substratów, z których poferment został wyprodukowany. Poza tym należy jeszcze uwzględnić obecność mikroelementów niezbędnych roślinie (miedź, cynk, mangan, żelazo i inne) zwiększających wartość nawozową i ekonomiczną pofermentu.

Praca została zrealizowana w ramach projektu: „Badania nad opracowaniem innowacyjnego nawozu organiczno-mineralnego z pofermentu”; współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego – Inteligentny Rozwój (Wsparcie otoczenia i potencjału przedsiębiorstw do prowadzenia działalności B+R+I, działanie 2.3 Proinnowacyjne usługi dla przedsiębiorstw, poddziałanie 2.3.2 Bony na innowacje dla MŚP), wniosek POIR.02.03.02-30-0002/16.

W ostatnich latach obserwuje się systematyczny wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii w Polsce. Wynika to przede wszystkim z nieustannego wzrostu zapotrzebowania na energię oraz wzrostu cen energii elektrycznej produkowanej w konwencjonalnych systemach energetycznych. Ponadto wejście w życie Dyrektywy 2009/28/EC w sprawie promocji produkcji energii ze źródeł odnawialnych miało na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i zużycie paliw konwencjonalnych w krajach UE. W ramach tych działań do roku 2020 Polska zobowiązała się do zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii w finalnym bilansie energii do 15 proc., wzrostu efektywności energetycznej o 20 proc. oraz redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery o 20 proc. w stosunku do roku 1990.

Wymagania, które określone zostały w Dyrektywie 2009/28/EC, dotyczyły również paliw stosowanych w transporcie. Dotyczy to głównie biokomponentów, które są dodawane do paliw i biopaliw ciekłych. Udział energii odnawialnej w transporcie do roku 2020 ustalony został na poziomie 10 proc. Zgodnie z danymi Eurostat, w 2015 roku w naszym kraju udział energii odnawialnej w transporcie wyniósł 6,4 proc. Jednym z najbardziej perspektywicznych biopaliw, mogących znaleźć zastosowanie jako paliwo napędowe, jest biometan. Uzyskiwany jest on w wyniku procesu oczyszczenia i uzdatnienia biogazu do parametrów gazu ziemnego (o zawartości CH4­ ok. 98 proc.).
Produkcja biogazu i biometanu w Europie

Obecnie w Europie funkcjonuje ok. 14 tys. instalacji biogazowych. Najwięcej z nich jest w Niemczech (ok. 9 tys.), ponad 1 tys. znajduje się we Włoszech, a ok. 600 w Szwecji i Francji. Ponadto, według danych Europejskiego Stowarzyszenia Biogazu, w całej Europie na koniec 2014 roku funkcjonowało 367 instalacji produkujących biometan (rys. 1).

Z przeprowadzonych przez naukowców Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu obliczeń wynika, że potencjał produkcji biogazu w naszym kraju wynosi ok. 13,5 mld m3 rocznie (bez uwzględnienia upraw celowych i odpadów komunalnych). Objętość ta możliwa jest do uzyskania przy wykorzystaniu biomasy odpadowej: obornika i gnojowicy, słomy zbóż i rzepaku oraz słomy kukurydzianej. Dodatkowo wsad do biogazowni mogą stanowić także odpady z przetwórstwa żywności, cukrowni, ubojni, mleczarni i gorzelni, których ilości są trudne do oszacowania.
Barierą w produkcji biometanu są wysokie koszty oczyszczania biogazu, które stanowią znaczny udział w całkowitych kosztach całej inwestycji. Ponadto koszt jednostkowy instalacji oczyszczania jest tym większy, im mniejsza jest instalacja. Przykładowo koszty stacji uzdatniania dla rocznej produkcji biogazu na poziomie 4 mln Nm3 (odpowiadającej mocy zainstalowanej eklektycznej 1 MW) wynoszą ok. 0,8-1,5 mln euro w zależności od rodzaju zastosowanej technologii i jej producenta. Przy tak wysokich nakładach inwestycyjnych należałoby rozważyć podłączenie kilku biogazowni do jednej instalacji oczyszczania.

Obecnie na rynku motoryzacyjnym dostępna jest szeroka oferta pojazdów zasilanych gazem ziemnym, tzw. pojazdów NGV (ang. Natural Gas Vehicle). Dotyczy ona nie tylko samochodów osobowych, ale również samochodów dostawczych (do 3,5 t) oraz autobusów. W ofercie znajdują się między innymi, produkowane w Polsce, autobusy firmy Solaris. Co ważniejsze, biometan (tak samo jak gaz ziemny) może zostać skroplony, co pozwala znacząco zwiększyć zasięg pojazdu na tzw. jednym tankowaniu. Biometan w formie ciekłej stosowany jest jako paliwo napędowe w ciężarówkach, statkach i autobusach.

Do najbardziej rozwiniętych rynków europejskich, pod względem zastosowania biometanu do zasilania pojazdów, należą Włochy, Niemcy i Szwecja. W pierwszym z wymienionych państw liczba pojazdów NGV wynosi blisko 900 tys., natomiast w Niemczech i Szwecji ok. 100 tys. Co więcej, wymienione państwa przeważają pod względem liczby stacji tankowania, która w 2016 roku wyniosła odpowiednio 1186 (we Włoszech), 885 (w Niemczech) oraz 173 (w Szwecji). W Polsce zarówno liczba pojazdów NGV, jak i stacji nie wygląda imponująco. Według danych NGVA Europe aktualnie użytkowanych jest ok. 500 pojazdów, a dostępna liczba stacji wynosi tylko 28. Wynika to przede wszystkim z braku spójnej wizji rozwoju sektora paliw metanowych na cele transportowe. Należy jednak zwrócić szczególną uwagę na zainteresowanie wykorzystaniem gazu ziemnego w komunikacji miejskiej. Aktualnie w ponad 20 miastach jeżdżą autobusy zasilane CNG. Najwięcej jest ich w Tychach, gdzie flota obejmuje 75 autobusów miejskich.

Metody oczyszczania i uzdatniania biogazu

W przypadku wyboru technologii oczyszczenia i wzbogacania biogazu najważniejszą kwestią jest sposób transportu uzyskanego biometanu z miejsca jego produkcji do punktu tankowania pojazdów. Ważne jest również ustalenie docelowego poziomu zawartości CH4 w paliwie gazowym. Obecnie wyróżnia się kilka technologii oczyszczania i uzdatniania biogazu, a do najpopularniejszych zalicza się metody absorpcji zmiennociśnieniowej PSA, płuczki wodnej, technologie separacji membranowej oraz metody kriogeniczne. Należy jednak pamiętać, że pierwsze dwie z wymienionych technologii charakteryzują się niższą sprawnością oczyszczania gazu w porównaniu do pozostałych. Ich główną zaletą są niższe koszty eksploatacyjne.
W technologii adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) wykorzystuje się właściwości poszczególnych gazów do ich rozdzielenia. Wyprodukowany biogaz jest sprężany, a następnie kierowany do kolumny adsorpcyjnej. W kolumnie tej wychwytywany jest dwutlenek węgla, natomiast oczyszczony biometan kierowany jest dalej.
Innym systemem wykorzystywanym do zwiększenia zawartości metanu w biogazie jest technologia płuczki wodnej. Polega ona na wykorzystaniu większej rozpuszczalności dwutlenku węgla w wodzie (w porównaniu do metanu) oraz wysokiego ciśnienia (ok. 6-10 bar). Następnie rozpuszczony w kolumnie absorpcyjnej dwutlenek węgla jest uwalniany w wyniku dodania powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym.

Do jednych z najskuteczniejszych i jednocześnie najdroższych metod uzdatniania biogazu należą technologie kriogeniczne. Pozwalają one na usunięciu z biogazu zanieczyszczeń głównych (tj. CO2 i N2) oraz zanieczyszczeń śladowych (np. siarkowodór lub amoniak). Technologie te opierają się na wykorzystaniu różnych temperatur skraplania poszczególnych gazów. Temperatury niepożądanych gazów, m.in. dwutlenku węgla i siarkowodoru, są wyższe niż metanu i wynoszą odpowiednio -60°C dla H2S i -78°C dla CO2.

Podsumowanie

Na podstawie doświadczeń innych państw europejskich (m.in. Niemiec i Włoch) można stwierdzić, że produkcja biometanu na cele transportowe jest naturalną konsekwencją rozwoju rynku biogazu. Wynika to przede wszystkim z możliwości i efektywności wykorzystania energii biogazu. Przy aktualnych uwarunkowaniach prawnych najbardziej prawdopodobnym rozwiązaniem, mogącym znaleźć zastosowanie w praktyce, jest wtłaczanie oczyszczonego biogazu rolniczego do sieci gazu ziemnego.
W przypadku wykorzystania tego paliwa w środkach transportu potrzeba wprowadzenia długoletniej i przede wszystkim przewidywalnej polityki, która promowałaby ten kierunek wykorzystania biogazu. Zastosowanie biometanu jako paliwa do pojazdów NGV może znacznie przyczynić się do poprawy jakości powietrza w miastach, w których coraz częściej spotykany jest problem smogu. Rozwój branży CNG będzie jednak w dużym stopniu uzależniony od wsparcia uzyskanego ze strony władz naszego kraju.

Aleksandra Jeżowska, Kamil Kozłowski
Instytut Inżynierii Biosystemów, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Literatura

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE.
Eurostat Statistic Explained. Share of renewable energy sources in transport 2004-2015. http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Renewable_energy_statistics
NGVA Europe 2017. Vehicles and NGV stations in Europe. http://www.gasinfocus.com/en/indicator/vehicles-and-ngv-stations-in-europe/
Pomykała R., Łyko P., Biogaz z odpadów (bio)paliwem dla transportu – bariery i perspektywy. Chemik, 67, 5, 2013.
Śliwka M., Pomykała R., Biometan jako odnawialne paliwo w transporcie. Logistyka, 4, 2015.
www.european-biogas.eu

Wybicie

Barierą w produkcji biometanu są wysokie koszty oczyszczania biogazu, które stanowią znaczny udział w całkowitych kosztach całej inwestycji. Ponadto koszt jednostkowy instalacji oczyszczania jest tym większy, im mniejsza jest instalacja

Do jednych z najskuteczniejszych i jednocześnie najdroższych metod uzdatniania biogazu należą technologie kriogeniczne. Pozwalają one na usunięciu z biogazu zanieczyszczeń głównych (tj. CO2 i N2) oraz zanieczyszczeń śladowych (np. siarkowodór lub amoniak)