Odnawialne źródła energii w rolnictwie - biogaz

Uwarunkowania makroekonomiczne i prawne

Biogaz obecnie w krajach europejskich pozyskiwany jest zasadniczo z trzech źródeł:

  • wysypiska śmieci,
  • oczyszczalnie ścieków,
  • biogazownie rolnicze.

Łącznie w strukturze pozyskania energii ze źródeł odnawialnych biogaz stanowił w Polsce od 1,2% w 2005 r. do 1,8% w roku 2008.(1)

Jedną z bardziej rozwijanych form pozyskiwania biogazu w Polsce w kolejnych latach stać się ma jego produkcja z surowców rolniczych. Świadczy o tym przyjęty w 2010. przez Radę Ministrów dokument pt.: „Kierunki rozwoju biogazowi rolniczych w Polsce w latach 2010-2020”. Zakłada on, że teoretyczny potencjał surowcowy umożliwia wytworzenie 5 mld m3 biogazu, który w pierwszej kolejności będzie pozyskiwany z produktów ubocznych rolnictwa oraz przemysłu rolno-spożywczego. Przewiduje się również prowadzenie celowych upraw z przeznaczeniem na substrat do biogazowni na docelowej powierzchni ok. 700 tys. ha w skali kraju. Wydaje się, że przedstawiony scenariusz jest dość optymistyczny, szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę ciągle niewielką liczbę funkcjonujących biogazowni oraz to, że w chwil obecnej zużywa się w Polsce w skali roku około 14 mld m3 gazu ziemnego.

Według wymienionego wcześniej dokumentu(2) rozwój biogazowni ma nieść za sobą następujące korzyści:

  • poprawę bezpieczeństwa energetycznego kraju oraz częściowe uniezależnienie od zewnętrznych dostaw gazy ziemnego,
  • tworzenie wartości dodanej na obszarach wiejskich poprzez aktywizację gospodarczą wsi, tworzenie nowych miejsc pracy, rozwój lokalnej przedsiębiorczości,
  • wzrost konkurencyjności i efektywności ekonomicznej polskiego rolnictwa,
  • poprawę stanu środowiska na obszarach wiejskich.

Analizując powyższe założenia należy stwierdzić, że ich potencjalna realizacja nawet w niepełnym zakresie, nieść może za sobą duże korzyści gospodarcze nie tylko dla rolników, ale również dla władz samorządowych, przedsiębiorców, inwestorów, sektora nowych technologii itp. Przykładem tego mogą być Niemcy, gdzie w 2010 roku funkcjonowało około 6 tys. biogazowni, a łączna zainstalowana moc wynosiła ok. 2 300 MW. Niemniej jednak warunkiem rozwoju tego sektora OŹE jest przychylne prawo oraz dobrze przemyślany system subwencjonowania.

Uwarunkowania technologiczne

Proces produkcji biogazu polega na wykorzystaniu naturalnego mechanizmu biologicznego fermentacji metanowej. Z masy organicznej przy braku obecności tlenu w czterech etapach (hydroliza, kwasogeneza, octanogeneza i metanogneza) powstaje mieszanina gazów, tak zwany biogaz. Ten szeroko rozpowszechniony w przyrodzie proces odbywa się na przykład na torfowiskach, na dnie mórz, w gnojowicy oraz w żwaczach przeżuwaczy. Masa organiczna zamienia się prawie w całości w biogaz i oprócz tego powstają dodatkowo niewielkie ilości nowej biomasy lub ciepła. Utworzona mieszanina gazów w około dwóch trzecich składa się z metanu i w około jednej trzeciej z dwutlenku węgla.(1) Większość funkcjonujących obecnie biogazowni opiera swoje pracę na jedno lub dwuetapowym quasi-ciągłym lub ciągłym procesie mokrej fermentacji mezofilnej, gdzie temperatura procesu mieści się w zakresie 35-40 oC, a pH wynosi 6,8-7,5. Wykorzystywane do produkcji biogazu surowce ze względu na pochodzenie i właściwości możemy podzielić na następujące grupy:

  • nawozy naturalne: obornik, gnojowica, pomiot ptasi;
  • celowe uprawy rolnicze (kiszonki z): kukurydzy, sorga, żyta, buraka cukrowego, traw;
  • pozostałości przemysłu rolno-spożywczego: wywary, wytłoki, brzęczka, mączki, odpady poubojowe, treść żołądkowa, wycofane produkty żywnościowe.

Analiza substratów zawartych na tej skrótowej liści wskazuje, że biogazownia poza produkcją energii, jest również bardzo przydatna do utylizacji i ograniczania zagrożeń środowiskowych mogących powstawać w procesie produkcyjnym łańcucha żywnościowego.

Uzyskany w tracie omawianego procesu biogaz wykorzystywany jest w chwili obecnej przede wszystkim do spalania w silnikach spalinowych, które napędzają generatory prądotwórcze. Produktem tego procesu jest energia elektryczna, która może być częściowo wykorzystywana w gospodarstwie lub w całości dostarczana do sieci energetycznej oraz energia cieplna. Niestety jednak w dużej liczbie obecne funkcjonujących instalacji ciepło nie jest wykorzystywane, co znacznie pogarsza bilans energetyczny przedsięwzięcia. Biogaz rolniczy może być również bezpośrednio dostarczany do sieci gazowej lub wykorzystywany do napędu pojazdów mechanicznych, niezbędne jest jednak jego wcześniejsze oczyszczenie polegające głównie na odsiarczaniu. Wiąże się to jednak z koniecznością rozbudowy i doposażenia instalacji, a przez to wzrost jej kosztów. Przewiduje się również, że w przyszłości biogaz będzie mógł być wykorzystywany do napędu ogniw paliwowych.

Obserwując zainteresowanie z jakim mamy do czynienia w ostatnim czasie w odniesieni do biogazowni zarówno na poziomie władz rządowych, samorządowych, jednostek naukowych, inwestorów oraz rolników należy spodziewać się, ze sektor ten może w kolejnych latach ulegać dynamicznemu rozwojowi. Niemniej jednak konieczne jest uśnięcie kilku barier po stronie prawnej oraz finansowej (subwencjonowanie, kredytowanie przez banki). Duże znaczenie dla rozwoju biogazowni będzie miała również gruntowna edukacja społeczności lokalnych w miejscach, gdzie powstawać będą biogazownie co pozwoli wyeliminować lub znacznie ograniczyć niepokoje społeczne związane z tej gałęzi OŻE.

Przypisy:
(1) Energia ze źródeł odnawialnych w 2009 r. GUS Warszawa, 2010.
(2) Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce w latach 2010-2020. MG, MRiRW Warszawa, 2010.