Biogaz - zielona rewolucja energetyczna!

Polscy politycy zastanawiają się jak osiągnąć bezpieczeństwo energetyczne, a odpowiedź jest prosta, należy korzystać z własnych możliwości produkcyjnych stosując nowe rozwiązania technologiczne, zgodnie z polityką UE. Złym rozwiązaniem jest szukanie nowych możliwości importu paliw kopalnych, bo jest to rozwiązanie kosztowne i uzależniające od obcych źródeł. Import ropy naftowej i gazu CH₄ kosztuje rocznie około 35 mld zł, a sprzedaż detaliczna tego paliwa wynosi około 90 mld zł. Łączna sprzedaż paliw i energii w cenach detalicznych w kraju szacunkowo wynosi około 200 mld zł. Można uniezależnić się od importu ropy naftowej i gazu ziemnego uruchamiając własną produkcję biogazu CH₄ z biomasy, na co należy przeznaczyć 2,5 mln hektarów (aktualnie 2 mln hektarów jest niezagospodarowanych). Zadanie jest możliwe do wykonania w ciągu dwóch lat, a koszt inwestycji wyniesie około 100 mld zł. Natomiast gdybyśmy chcieli zaspokoić całkowite potrzeby energetyczne kraju, to należałoby przeznaczyć 6 mln hektarów na produkcję biogazu z biomasy, ale należałoby zainwestować 300 mld zł, przy czym w tej kwocie mieściłaby się całkowita przebudowa systemu energetycznego. Dla porównania na uzyskanie takiej samej ilości energii przy pomocy wiatraków należałoby zainwestować w budowę 2 biliony zł. Zamiast dużych elektrowni powstałaby energetyka na bazie kogeneratorów, reagująca mocami na szczytowe zapotrzebowania. Rozproszona energia będzie funkcjonowała przy źródłach zaopatrzenia i użytkownikach energii. Aktualnie proponowany program produkcji biopaliw w postaci biooleju i bioetanolu nie będzie miał istotnego znaczenia, bo w przypadku biooleju i bioetanolu lub też wierzby energetycznej dla zaspokojenia całkowitych potrzeb energetycznych należałoby przeznaczyć około 50 mln hektarów, ( Polska ma około 17 mln hektarów użytków rolnych).

Najlepsza wiadomość jest taka, że nam w kraju nie grozi kryzys energetyczny. Kryzys energetyczny nie grozi również ludności świata, bo paliwem przyszłości zostanie biogaz (metan) pozyskiwany z biomasy, której zasoby przewyższają potrzeby. Na pewno paliwem przyszłości nie będzie wodór, którego koszt wytworzenia jest wysoki. Obecnie najtańszą metodą uzyskania wodoru jest reakcja chemiczna z metanu, zatem nie ma potrzeby wytwarzania trudnego technologicznie paliwa. Natomiast metan jest paliwem o zastosowaniu wszechstronnym. Wodór będzie mógł pełnić funkcję „akumulatora" nadwyżek energii elektrycznej.

Polska posiada wystarczające zasoby paliw kopalnych, aby zaspokoić własne potrzeby energetyczne. Jednak ze względu na różnorodność technologii (w tym głównie silniki tłokowe) istnieje niedobór ropy naftowej oraz gazu ziemnego.

Szacunkowy bilans energetyczny w Polsce

- wydobywamy 100 mln ton węgla kamiennego w tym potrzeby krajowe 80 mln ton, a eksport 20 mln ton,

 - wydobycie węgla brunatnego 60 mln ton - równoważnik energetyczny 20 mln ton węgla kamiennego,

 - importujemy 20 mln ton ropy naftowej - równoważnik energetyczny 35 mln ton węgla kamiennego,

 - zużywamy 14 mld m³ gazu CH₄ w tym własne wydobycie 4 mld m³ - równoważnik energetyczny 20 mln ton węgla kamiennego.

Łączne potrzeby energetyczne kraju w przeliczeniu na węgiel kamienny to 160 mln ton. Należy jednak zauważyć, że sprawność elektrowni na węgiel kamienny i brunatny to zaledwie 35% energii pierwotnej, a ponad 40% energii pierwotnej w formie ciepła jest emitowane do atmosfery, co w przeliczeniu na węgiel kamienny jest stratą około 30 mln ton.

Najdroższe paliwo kopalne, to ropa naftowa i należałoby zmniejszyć zużycie na rzecz gazu, który jest tańszy i mniej szkodzi środowisku.

W bilansie energetycznym jesteśmy w zasadzie samowystarczalni. Zasoby węgla kamiennego i węgla brunatnego są szacowane na kilkadziesiąt lat. Jednak węgiel ma zasadniczą wadę, bo w stosowanych technologiach najwięcej szkodzi środowisku. Dlatego należy zmienić technologię spalania na tak zwaną „czystą", znaną tanią technologię przeróbki na gaz technologiczny (z możliwym oczyszczeniem spalin z CO₂).

Natomiast przeróbka węgla na paliwo płynne wydaje się nie celowa, bo technologia jest droższa i mniej przyjazna środowisku.

Wszystkie paliwa kopalne w aktualnych technologiach mają zasadniczą wadę - szkodzą środowisku poprzez „ dokładanie" do atmosfery ładunku w postaci emisji pyłu, CO, SO₂, NO₂, CO₂.

Paliwa kopalne powstały z masy organicznej i zatem są zmagazynowaną energią słoneczną. Produkcja bioenergii (oprócz geotermii) jest ściśle związana z energią słoneczną, a tej szybko nie zabraknie. Natomiast przewaga biopaliw nad paliwami kopalnymi jest taka, że rośliny w procesie fotosyntezy pobierają CO₂ z atmosfery, który ponownie wraca do atmosfery w procesie spalania, a więc emisja jest zerowa.

W naszej strefie klimatycznej najłatwiej jest pozyskać energię słoneczną, zmagazynowaną w roślinach w postaci organicznych związków węgla. Biomasa jest również magazynem wody, co jest istotnym czynnikiem ograniczenia niekorzystnych zmian w klimacie. Szybko rosnące rośliny „energetyczne" na jednym hektarze uprawy w 3 pokosach osiągają wydajność ponad 30 ton suchej masy - organicznych związków węgla -, co stanowi równowartość energetyczną 20 ton węgla kamiennego. Z prostego rachunku wynika, że na 6 milionach hektarów plus odpady, corocznie możemy uzyskać energię porównywalną do 160 mln ton węgla, co pokryje całe krajowe zapotrzebowanie na energię.

Spośród wielu metod pozyskiwania paliwa z biomasy roślinnej, najtańsza i najefektywniejsza okazała się produkcja biogazu CH_4.

W Europie jest kilka tysięcy biogazowi do utylizacji odpadów organicznych w związku z ochroną środowiska, a produkcja biogazu do celów energetycznych stanowi jedynie efekt uboczny. Jednak uzyskiwanie dodatkowych efektów ekonomicznych zachęciło do wzbogacania biomasy z odpadów, biomasą roślinną, co w zasadniczy sposób zmienia pomysł na produkcję biogazu.

Uzyskiwanie różnych ilości biogazu z różnych produktów spowodowało prace doświadczalne w których określono ile można uzyskać biogazu na tonę surowej masy (patrz tabela z doświadczeń niemieckich). Oczywiście okazało się, że najwięcej biogazu uzyskuje się z produktów które zawierają dużo suchej masy w postaci organicznych związków węgla: cukrów, tłuszczów, białek.

Technologia produkcji biogazu jest niezwykle prosta, bo wszelkie produkty organiczne surowe (nawodnione) poddane naturalnym procesom gnilnym przy udziale bakterii w szczelnych zbiornikach w temperaturze 35° do 55°C dają efekt w postaci biogazu. W Niemczech w zakładzie doświadczalnym w Getyndze i gospodarstwie rolnym pod Frankfurtem nad Odrą w 2004 roku powstały pierwsze biogazownie na biomasę roślinną, w których udowodniono, że można uzyskać całoroczny cykl produkcyjny w oparciu o biomasę roślinną w formie kiszonki.

Ponadto udowodniono, że w biomasie roślinnej (gęstej) bakterie gnilne w procesach życiowych wytwarzają temperaturę 40°C do 55°C, a więc nie ma potrzeby podgrzewania biomasy jak w przypadku biomasy na odpadach o ubogiej zawartości organicznych związków węgla, a jedynie należy założyć izolację na zbiorniku. Udowodniono też, że ekstrat pofermentacyjny w całości zabezpiecza potrzeby pokarmowe roślin eliminując szkodliwe nawozy sztuczne i środki ochrony roślin.

Z kalkulacji w oparciu o nową technologię wynika, że koszt produkcji 1m³ biogazu wyniesie 5 do 10 groszy w zależności od plonu zielonej masy z 1 hektara.

Niezwykła efektywność ekonomiczna i energetyczna biogazu w porównaniu do innych paliw polega na taniej technologii, niskich nakładach energetycznych, oraz naturalnym procesie wytwarzania metanu. Dla przykładu z 3kg zboża można uzyskać jeden litr etanolu wartości energetycznej 7 kW, a biogazu 2m³ o wartości energetycznej 10 kW przy mniejszym zużyciu energii w produkcji. Ponadto biogaz można uzyskać z całej rośliny zbożowej, a to podwaja wynik. Proces gnilny jest sprawniejszy od procesu fermentacji alkoholowej, a poza tym w procesie gnilnym można wykorzystać każdą roślinę, w tym osiągającą dużą masę z 1hektara. Produkcja biooleju i etanolu jest uzasadniona ze względu na ochronę środowiska i rosnące ceny paliw z ropy naftowej. Jednak nie przysporzy ona dochodów w rolnictwie, a jedynie stworzy możliwość zbytu nadwyżek. Natomiast produkcja biogazu daje duże możliwości w produkcji bioenergii i zapewnia osiągnięcie znacznych dochodów. Spalając 1m³ biogazu w kogeneratorze można uzyskać 2 kW energii elektrycznej, uzyskując cenę 10 groszy za 1kW i 20 groszy za świadectwo pochodzenia, czyli 60 groszy za m³ biogazu, a jeszcze pozostaje 2,5 kW ciepła. W Niemczech rolnik za 1 kW bioenergii elektrycznej otrzymuje 50 groszy, czyli 1 zł za m³ biogazu i ta cena powoduje wzrost zainteresowania bioenergią. Aktualnie dochód z 1 hektara zboża i rzepaku jest na poziomie 2500 zł, a koszty 1800 zł. W przypadku produkcji biogazu z jednego hektara można uzyskać 10.000 zł przy kosztach 1.500 zł. Można zadać pytanie dlaczego w naszym rolnictwie nie prowadzi się produkcji biogazu. Odpowiedź jest oczywista, rolnikom brakuje najnowszej wiedzy, praktyki, kapitału, a także działań politycznych w zakresie promocji i wsparcia wdrożenia nowej technologii. Przedstawiam porównanie kosztowe pozyskania różnych paliw w oparciu o różne opracowania, dlatego należy to traktować jako materiał poglądowy. Jednak z tej analizy poglądowej jednoznacznie wynika, że biomasa jest najtańszym źródłem energii, przyjaznym środowisku.

Porównanie kosztowe nośników energii

Z porównania kosztowego wynika, że nie ma bariery kosztowej w zakresie produkcji bioenergii z biomasy. Dotychczas produkcja bioenergii jest prowadzona metodą szukania różnych rozwiązań, jednak zasadniczą wadą większości technologii są wysokie koszty oraz brak analiz porównawczych. Przełomem w poszukiwaniu alternatywy energetycznej staje się na pewno biomasa jako niewyczerpywalne ekologiczne paliwo pozyskiwane w najniższych kosztach w porównaniu do innych paliw. W przypadku biogazu na razie dominuje pogląd, że jest to tanie paliwo, ale uzyskiwane jako produkt uboczny z utylizacji odpadów. W Europie już dawno dostrzeżono, że odpady z gospodarstw rolnych i odpady komunalne są reaktorami produkującymi uciążliwe zapachy i metan wpływający na efekt „szklarniowy". Duże ilości metanu uwalniają się bezproduktywnie w rolnictwie i leśnictwie ze szkodą dla środowiska naturalnego. Polska wchodząc do UE musiała przyjąć zobowiązanie o utylizacji odpadów. W Belgi i Dani do utylizacji odpadów wprowadzono zbiorowe biogazownie o mocy energii elektrycznej 2-3 MW. Ze względu na niskie koszty uzyskania biogazu następuje znaczny wzrost inwestowania w biogazownie. Ciekawostką jest duży wzrost produkcji biogazu w Wielkiej Brytanii. Jednak przełomowe znaczenie na zmianę poglądu na produkcję biogazu będą miały najnowsze doświadczenia niemieckie polegające na produkcji biogazu z roślin. W Polsce na razie są nieśmiałe próby pozyskiwania biogazu z wysypisk i biogazu w oczyszczalniach ścieków z osadów ubogich energetycznie, gdyż w oczyszczalniach chodzi głównie o utylizację odoru i szkodliwych bakterii oraz pasożytów. Nasze zobowiązania akcesyjne i rynek energetyczny z czasem spowodują wzrost produkcji biogazu, ale czy musimy być w ogonie Europy? Polska zobowiązana jest uzyskać udział paliw odnawialnych 7,5% do 2010 roku. Przy aktualnych działaniach osiągnięcie takiego wskaźnika jest nie możliwe, a to grozi sankcjami. Oczywiste jest, aby osiągnąć znaczny udział paliw odnawialnych potrzebny jest program energetyczny z mechanizmami finansowymi. Podjęcie zadania produkcji biogazu do wysokości importu ropy i gazu (jak zaproponowałem na wstępie) dałoby udział około 30% paliw odnawialnych. Zadanie to mogłoby podjąć bez problemu co najmniej 2000 gmin poprzez spółki gminne lub zakłady budżetowe. Warunkiem jest uzyskanie bezprocentowego kredytu w wysokości 50 mln zł (lub większego w zależności od inicjatywy), gwarantowanego przez państwo z odroczoną płatnością na dwa lata, a odsetki w okresie spłaty kredytu byłyby sfinansowane przez fundusze ochrony środowiska albo ze środków pomocowych lub z budżetu państwa. Gminy podejmując te inwestycje uzyskałyby wreszcie możliwość utylizacji organicznych odpadów komunalnych ( co Polska ma wykonać do 2020 roku), utylizacje odpadów z hodowli zwierząt w rolnictwie, a dodatkowo rynek zbytu dla biomasy roślinnej. Podobne warunki kredytowe można by zaproponować bezpośrednim producentom biomasy, to jest rolnikom. Gminy (rolnicy) otrzymujące preferencyjny kredyt byłyby zobowiązane produkować biogaz 95% CH₄ w cenie 80 groszy lub energii elektrycznej na warunkach podanych wyżej, około 30 groszy za 1kW. Zadanie utylizacji organicznych odpadów aktualnie nie jest podejmowane przez gminy. Dla przykładu nasza gmina uczestniczy w związku gmin, który za 17 mln zł wybudował składowisko odpadów z sortownią o przerobie 30.000 ton rocznie, z czego wszystkie odpady organiczne są składowane na składowisku i stanowią otwarty reaktor produkujący metan do atmosfery. Gmina budująca biogazownie za 50 mln zł, przy sprzedaży w cenach j.w. uzyskiwałaby dochód roczny 10 - 15 mln zł, oraz zysk w granicach 30 -40%, z czego wynika, że spłata kredytu nastąpiła by w przedziale do 10 lat. Rolnik jako bezpośredni producent biomasy i biogazu mógłby osiągać zysk na poziomie 50-60%. Przyjęcie rządowego programu energetycznego dało by gwarancję realizacji zadania. Program stworzyłby możliwość finansowania przez specjalne linie kredytowe, a także umożliwiłby lokowanie dużych zamówień na inwestycje w przemyśle powodując znaczny wzrost gospodarczy. Przyjęcie programu w zakresie paliw odnawialnych stwarza możliwość negocjacji układu akcesyjnego w zakresie polityki rolnej. W wyniku reformy Wspólnej Polityki Rolnej w 2003 roku UE wprowadziła specjalną pomoc na uprawy energetyczne. Dlatego uzyskanie dopłat dla polskich rolników na równych warunkach powinno być osiągalne. Komisja Europejska w zakresie polityki spójności określiła również wsparcie dla rozwijania odnawialnych źródeł energii przez fundusze strukturalne i fundusz spójności. Komisja Europejska nie tylko proponuje wsparcie finansowe, ale wzywa państwa i regiony do opracowania programów operacyjnych. Oczywiście, Polska powinna włączyć się aktywnie w te propozycje ,aby uzyskać pomoc. Rozwinięcie dużego programu energetycznego o niskich kosztach produkcji w krótkim czasie jest szansą dla Polski w doganianiu rozwiniętych państw Europejskich. W swoich rozważaniach skupiłem się głównie na produkcji biogazu, bo w ramach działań gminy podejmujemy przygotowanie do tego przedsięwzięcia. Narodowy program wsparcia znacznie ułatwiłby to przedsięwzięcie.

Oczywiste jest, ze program powinien przewidywać również:

- wprowadzenie oszczędności energii głównie przez termomodernizację,

- wprowadzić mechanizmy finansowe eliminujące paliwa kopalne w myśl zasady, że płaci ten kto szkodzi środowisku,

- wykorzystać energię cieplną elektrowni emitowana bezproduktywnie do atmosfery

- wykorzystać zasoby leśne i rolne „suchej" biomasy do produkcji energii odnawialnej

 w elektrowniach, aby nie stanowiły zagrożenia pożarowego lub były bezproduktywnie spalane

 - zwiększyć efektywność uzyskania energii elektrycznej w elektrowniach (aktualna sprawność 35%) po przez podniesienie energetyczności paliw i zastosowanienowych technologii (w tym zastąpienia turbin parowych, turbinami wodnymi - silnik Haris'a),

 - stopniowe odejście od technologii silników tłokowych do pojazdów ze względu na niską efektywność na rzecz nowych sprawniejszych technologii,

- rozwijanie technologii urządzeń energooszczędnych w tym najnowszego rozwiązania silników magnesowych,

- wykorzystać energię elektryczną produkowaną w elektrowniach (w ruchu ciągłym) po przez akumulację (wodór lub przygotowanie paliw).