Biogazownie jawią się jako element gospodarki o obiegu zamkniętym, świetna alternatywa dla konwencjonalnego wytwarzania energii i szereg szans dla lokalnych społeczności. Sceptycy obawiają się zapachu, much, wzmożonego ruchu ciężarówek, a może nawet samej technologii jako powiewu nowoczesności. Czy rzeczywiście są jakiekolwiek powody do wątpliwości?
Czym są biogazownie rolnicze, jakie problemy rozwiązują i czy warto w nie inwestować? Na te pytania odpowiedział nam dr hab. inż. Henryk Majchrzak, prof. Politechniki Opolskiej, Przewodniczący Polskiego Komitetu Światowej Rady Energetycznej – były Przewodniczący Rady Nadzorczej Spółek Polskiej Grupy Biogazowej S.A., były Prezes Zarządu PSE S.A.
Lokalna sieć zaopatruje okolicznych mieszkańców i nie tylko
Odpowiedzialny Inwestor: Zacznijmy od wyjaśnienia czym są biogazownie rolnicze.
Dr hab. inż. Henryk Majchrzak, prof. Politechniki Opolskiej: Biogazownia rolnicza to instalacja, która przetwarza substraty pochodzenia organicznego (w przypadku biogazowi rolniczych są to substraty odpadowe pochodzenia rolniczego) na biometan, a właściwie biogaz, którego cechą jest ok. 50-procentowa zawartość biometanu. Pozostałe składniki to gazy towarzyszące procesowi fermentacji beztlenowej, tzw. metanowej, głównie jest to dwutlenek węgla. Biogaz po oczyszczeniu – w procesie tym następuje przede wszystkim usunięcie niepożądanego siarkowodoru oraz wilgoci, która jest balastem – podawany jest do nowoczesnych silników spalinowych. Silniki te, to klasyczne silniki tłokowe spalania wewnętrznego o zapłonie iskrowym, które spalają biogaz i przekształcają w ten sposób energię chemiczną biogazu na energię mechaniczną. Wał silnika sprzężony jest z prądnicą synchroniczną (całość stanowi tzw. agregat prądotwórczy), w której następuje zamiana energii mechanicznej na energię elektryczną. Ta następnie poprzez transformator wprowadzana jest do sieci dystrybucyjnej średniego napięcia.
Warto podkreślić, że typowe biogazownie to elektrownie o mocy jednostkowej 0,5 -2 MW. Zatem sieć elektroenergetyczna, którą zasila biogazownia, to sieć lokalna, zaopatrująca pobliskich mieszkańców oraz lokalnych odbiorców przemysłowych, usługowych, a także podmioty użyteczności publicznej. Klasyczny silnik spalinowy, który spala biogaz, w procesie przetwarzania paliwa na energię elektryczną o sprawności ok. 40% dodatkowo wytwarza dużą ilość ciepła zawartego w spalinach oraz w czynniku chłodzącym płaszcz silnika. To cierpło co do zasady jest produktem odpadowym. Parametry termodynamiczne tego ciepła, tj. temperatura spalin i płynu chłodzącego korpus silnika, są jednak dość wysokie. To powoduje że ciepło jest wartościowym produktem spalania biogazu. Zatem można je efektywnie zagospodarować dostarczając do lokalnych odbiorców lub wykorzystać je w różnych procesach technologicznych, w których ciepło jest niezbędnym czynnikiem produkcji.
Jakich na przykład?
Najlepiej jeśli korzystają z tego zielonego, zasadniczo bezemisyjnego ciepła pobliscy mieszkańcy – do ogrzewania ich domów, mieszkań czy też innych budynków: produkcyjnych, usługowych, publicznych. Unikamy w ten sposób nie tylko tzw. niskiej emisji, która towarzyszy spalaniu paliw do celów ciepłowniczych, ale możemy istotnie ograniczyć związane z tym wydatki na cele ogrzewania wody i pomieszczeń. Ciepło z biogazu można również wykorzystać do produkcji tzw. ciepła technologicznego i zagospodarować je lokalnie. Biogazownie Polskiej Grupy Biogazowej, w ramach łącznej ilości 20 instalacji, które wraz z moim zespołem miałem okazję zaprojektować, wybudować oraz eksploatować w naszej grupie, zainstalowały suszarnie drewna i innych materiałów potrzebnych zewnętrznym usługobiorcom. Te nowoczesne suszarnie, sterowane przy pomocy zaawansowanych technologii sterowania i regulacji, zasilane zielonym i atrakcyjnym cenowo ciepłem z biogazowni, z powodzeniem zastępują suszarnie spalające paliwa nieodnawialne. Ale ciepłem tym zasila się również domy pomocy społecznej, szklarnie, obiekty produkcji drobiu, itp.
Co trzeba zrobić, żeby ceny prądu zaczęły spadać?
Uwolnić jego produkcję! Odblokować fotowoltaikę, elektrownie wiatrowe, biogazownie🌾rolnicze i gminne.
Nasze państwo musi modernizować sieci przesyłowe, budować elektrownie szczytowo-pompowe i atomowe. #GospodarkaGłupcze!#OZE ♻️ pic.twitter.com/Lq1gl50xlv— Jacek Hecht (@Jacek_Hecht) October 6, 2022
To znaczy, że dzięki biogazowniom możemy wytwarzać zarówno prąd jak i ciepło. Co jeszcze mogą nam one dać?
Tak jest – prąd i ciepło. Na końcu tego złożonego procesu biotechnologicznego przetwarzania biomasy, to, co nie uległo całkowitemu przefermentowaniu, nazywa się pofermentem. Jest to doskonały nawóz organiczny, zastępujący z powodzeniem nawozy sztuczne i chętnie wykorzystywany przez (nie tylko) lokalnych rolników. To bardzo ważny aspekt tego procesu, bo oprócz wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, jednocześnie spełniamy ważną funkcję w gospodarce obiegu zamkniętego, tzn. zagospodarowujemy odpady z przemysłu rolniczego i spożywczego (np. gnojowicę, obornik, gnojówkę, serwatkę, tłuszcze odpadowe z produkcji mięsnej, wytłoki z przetwarzania warzyw i owoców, itp.).
To, co jest najczęściej trudnym do zagospodarowania odpadem produkcyjnym, trafia do procesu biofermentacji i daje ostatecznie pełnowartościowy użyteczny produkt uboczy, jakim jest łatwo przyswajalny przez rośliny nawóz organiczny. Spełniamy w ten sposób główny cel długoterminowej strategii środowiskowej Unii Europejskiej, jakim jest zamknięcie łańcucha odpadowego, tj. wykorzystanie odpadów jako wartościowego wsadu do produkcji innych produktów. Unika się w ten sposób zużywania nieodnawialnych surowców, takich jak np. gaz ziemny, będący substratem do produkcji nawozów sztucznych. Ale korzyści środowiskowych jest znacznie więcej. To choćby eliminacja uciążliwości zapachowych, jakie towarzyszą zwykle wprowadzaniu odpadów z produkcji zwierzęcej na pola, redukcji ryzyka zanieczyszczenia wód podziemnych, itp.
Dawne kontrowersje dziś nie są już aktualne
W kontekście biogazowni mówi się o konkurencji między uprawami żywnościowymi a tymi, które trafiają do biogazowni. Proszę przybliżyć kwestię konkurowania wspomnianych upraw.
W pierwszej fazie rozwoju biogazowi często zarówno w kraju jak i za granicą wykorzystywano różnego rodzaju kiszonki, najczęściej z kukurydzy. Była ona produkowana na bazie tradycyjnych upraw rolniczych: uprawiano kukurydzę, następnie po zbiorze odpowiednio cięto, składowano w specjalnych silosach, przekształcając ją ostatecznie do postaci kiszonki. Powstawał pełnowartościowy produkt, który od wielu lat był wykorzystywany w gospodarce rolnej, np. w procesie hodowli bydła, teraz stał się również wsadem do produkcji biogazu. Powstała zatem niekoniecznie uzasadniona środowiskowo konkurencja do racjonalnej produkcji żywności.
Na szczęście mamy to już zasadniczo za sobą. Pełnowartościowy surowiec powinien być zasadniczo wykorzystywany właśnie do produkcji żywności. Teraz jesteśmy w fazie, w której zdajemy sobie sprawę z tego, że w produkcji żywności powstają odpady. Zarówno w przemyśle hodowlanym, o którym wspomniałem, jak i w przetwórstwie warzyw, owoców. Te wartościowe w procesie produkcji biogazu odpady, były często realnym problemem dla środowiska. Na przykład gnojowica trafiała bezpośrednio na pola i miała potencjalne negatywne skutki dla środowiska, bo mogła przedostawać się do wód gruntowych i głębiej. Przez to mogła powodować zagrożenia w niewłaściwej gospodarce azotem. Jeśli natomiast trafia do biogazowni, zostaje wykorzystana jako pełnowartościowy wsad, a powstający odpad w postaci pofermentu pozbawiony jest wcześniej wymienionych ryzyk, spełniając wszystkie normy środowiskowe.
W takim razie jaki potencjał mają biogazownie, zważywszy na polskie warunki?
Szacunków w tym zakresie jest bardzo dużo, stosownie do przyjętych do tego procesu założeń. Ja przyjmuję uproszczone założenie, że gdyby na terenie każdej polskiej gminy powstała biogazownia, mielibyśmy ich w Polsce około 2,5 tys., a ich łączna moc wyniosłaby ok. 2 500 MW, co odpowiada mocy porównywalnej do największych krajowych elektrowni systemowych na węgiel kamienny. Ekwiwalent zaoszczędzonego w ten sposób każdego roku węgla wyniósłby ok. 10 mln ton, co odpowiada rocznej produkcji kilku dużych kopalń węgla kamiennego. W 2023 r. w kraju wydobyto łącznie ok. 50 mln ton węgla kamiennego. Jak widać skala potencjalnych oszczędności jest tu ogromna.
Biogazownia a biometanownia – rozwiewamy wątpliwości
Czy jest różnica między biogazownią a biometanownią? Wiele osób tego nie rozumie.
Biometanownia tym się zasadniczo różni od biogazowni, że dodatkowo przetwarza powstały w wyniku fermentacji biogaz w biometan, co odbywa się poprzez wyeliminowanie dwutlenku węgla z biogazu. W ten sposób powstaje praktycznie czysty biometan. Gdyby spróbować przekalkulować zdolność produkcji biometanu w Polsce w oparciu o potencjał 2,5 tys. biogazowni, byłoby to powiedzmy około 4-5 mld m3 biometanu na rok. Moglibyśmy nim zastąpić mniej więcej ¼ naszego rocznego zużycia gazu ziemnego. Osiągamy tym wiele efektów, m.in. mniejsza zależność od dostawców zewnętrznych, ale też niższe koszty przesyłu i dystrybucji zużywanego lokalnie gazu, niższe wpływ tego sektora energetyki na środowisko. Jak ważna jest niezależność surowcowa państwa, przekonaliśmy się w 2022 r. wraz z wybuchem wojny na Ukrainie.
Nie można więc mówić o niezależności, a o pewnym uniezależnieniu się?
Tak, to jest dobra uwaga. Ja bym ją spróbował skonkludować w ten sposób: jeśli mówimy o niezależności energetycznej, budowanej w oparciu o odnawialne źródła energii, to w oczywisty sposób nie możemy jej oprzeć w całości na biogazie czy biometanie. Musimy komponować ją poprzez umiejętne skoordynowanie wszystkich możliwych źródeł wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Mam tu na myśli przede wszystkim wykorzystanie farm wiatrowych na lądzie i morzu, fotowoltaiki, a w jakimś stopniu również zasobów energii wodnej, czy innych, drobniejszych źródeł np. energii geotermalnej. Należy wspomnieć jeszcze o biomasie (oczywiście pochodzenia odpadowego), która może być wykorzystywana w procesie jej spalania i produkcji w ten sposób energii elektrycznej i ciepła.
📅Od 25.01 zainteresowani inwestowaniem w biogazownie rolnicze, mikroinstalacje produkujące energię z promieniowania słonecznego czy rozwiązania poprawiające efektywność energetyczną gospodarstw mogą się starać o przyznanie wsparcia.
🪙#PSWPR2023_2027
👉https://t.co/5JFlw2mwS7 pic.twitter.com/9yCBmVgYD1— Agencja Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa (@ARiMR_GOV_PL) January 10, 2024
Inwestycje mają jednak pewne ograniczenia. Spotykają się też z oporem społecznym. Z czego to wynika i jakie mity krążą wokół biogazowni?
Na akceptację społeczną składa się wiele rzeczy. Jeżeli chce się zrealizować tego typu inwestycję, należy podejść do procesu w sposób kompleksowy. Warunkiem koniecznym, wręcz absolutnym jest to, żeby zastosowana technologia odpowiadała najwyższym standardom środowiskowym. Mam na myśli wszystkie komponenty ochrony środowiska: [poziom] hałasu, ochrona wód i powietrza, ale przede wszystkim to, że gospodarkę surowcową można prowadzić tak, abyśmy nie mieli do czynienia ze składowaniem uciążliwych odpadów. Tak więc należy stosować transport szczelny; w tym odpowiednie cysterny i bezpośredni załadunek tych substratów z cystern do hermetycznie zamkniętych zbiorników dawkujących substrat do produkcji.
Naturalnym zjawiskiem jest fakt, że składowanie niektórych substratów może powodować jakąś emisję zapachów. Nawet kiszonka, która w gospodarstwach rolnych jest powszechnie składowana na świeżym powietrzu, wytwarza jakiś zapach. Jednak prawidłowo prowadzona gospodarka odpadów z biogazowni może przebiegać w taki sposób, żeby substraty te nie miały bezpośredniego kontaktu z otoczeniem. Jeżeli np. gnojowicę przewieziemy hermetyczną cysterną na miejsce jej rozładunku, a później szczelnie połączymy ją ze zbiornikiem fermentacyjnym (który przecież z natury beztlenowej produkcji biogazu musi być szczelny), to wtedy substrat mający charakterystyczny dla niego zapach, nie ma negatywnego kontaktu z otoczeniem. To jest dzisiaj już minimalny standard.
Czyli po pierwsze odpowiednia technologia, po drugie odpowiednie ulokowanie instalacji. Biogazownia wymaga kilku transportów substratów na dobę. Absolutnie ważne jest takie jej ulokowanie, żeby nie zaburzała spokojnego życia mieszkańców. Najczęściej są to obrzeża wsi, gdzie nie znajdują się domy, szkoły, przedszkola, obiekty użyteczności publicznej. Przede wszystkim chodzi o to, żeby transportem nie powodować zbędnych niedogodności.
Po trzecie ważne jest, żeby osiągnąć akceptację mieszkańców. Niewątpliwie w przeszłości na całym świecie mieliśmy do czynienia z pewnymi przykładami źle poprowadzonych inwestycji. Nie dotyczy to jedynie biogazowni. Na przykład składowanie uciążliwych zapachowo substratów na otwartej przestrzeni zdarzało się dość często. W mojej praktyce zastosowaliśmy zupełnie inne podejście – chodziło o to, żeby tych odpadów nie składować. Jeśli prezentuje się wysoki poziom technologii, warto ją przedstawić mieszkańcom. Najlepiej na istniejących obiektach, żeby mieli szansę zobaczyć jak to wygląda, funkcjonuje i jaki jest poziom automatyzacji. Z mojej praktyki wynika, że taka wizytacja radykalnie zmienia pogląd ludzi na ten temat. Nieprzychylne opinie często bazują na informacjach przypadkowo zasłyszanych, być może opartych na złych przykładach. A przecież tych dobrych jest cały szereg. W Polsce jest bardzo dużo świetnie działających, nowoczesnych biogazowni.
Kolejnym warunkiem jest partycypacja społeczna. Biogazownia pomaga mieszkańcom dobrze pozbywać się powstających na ich terenie odpadów. Poza tym zwiększa się bezpieczeństwo energetyczne mieszkańców. Biogazownia o mocy 1 MW produkuje energię elektryczną w ilości odpowiadającej zużyciu około 4 tys. gospodarstw domowych. Lokalne obiekty wytwórcze są zasadniczo niezależne od zewnętrznych zakłóceń systemowych: awarie katastrofalne, ataki terrorystyczne, interwencyjne redukcje zapotrzebowania u odbiorców. Pojawia się też aspekt zagospodarowania ciepła. Mieszkańcy często wspólnie budują ciepłociągi, które docierają do domów, mieszkań, osiedli i w ten sposób zaopatrują w czystą zielona energię cieplną o bardzo konkurencyjnej cenie. Dodatkowo poprzez zastąpienie pieców opalanych paliwami stałymi, eliminujemy tak uciążliwą przecież niską emisję.
Czyli – poza zagospodarowaniem odpadów – biogazownie dają nam całą sieć możliwości?
Oczywiście. Obiekt ten stanowi również ważny element dający szansę dalszego rozwoju w okolicy jej funkcjonowania. To nie tylko nowe miejsca pracy związane z funkcjonowaniem biogazowni, ale również możliwość ulokowania nowych działalności gospodarczych, usługowych. Wspominaliśmy o możliwościach dobrego wykorzystania lokalnie produkowanych: zarówno energii elektrycznej, ciepła, pofermentu. Jak wiemy wokół biogazowni można z powodzeniem ulokować małe elektrownie fotowoltaiczne, bo mamy już zbudowaną sieć dystrybucyjną do biogazowni. W Polsce w najbliższych latach będą się szybko rozwijać również magazyny energii elektrycznej, magazyny gazu. To wszystko stwarza naturalne możliwości powstawania nowych miejsc pracy w sferze usług związanych z tymi obiektami. Resztę możemy sobie dopowiedzieć, stosownie do tego, jak będziemy widzieć dalszy rozwój powstałych mikroregionów, budowanych wokół tzw. klastrów energii.
Instalacja wkomponowana w otoczenie i przyjazna lokalnej społeczności
A jak biogazownie wpływają wizualnie na istniejące tam naturalne otoczenie?
Aspekt wizualny też jest bardzo ważny. Te obiekty mogą być dobrze wkomponowane w otoczenie. Najczęściej są utrzymywane w bardzo przyjaznej kolorystyce, np. zielonej, która dobrze wkomponowuje się w otoczenie lasów, pół czy łąk. Obiekty są relatywnie niskie – mają wysokość nie przekraczającą wysokości typowego budynku jednorodzinnego, a łączny obiekt biogazowni zajmuje powierzchnię około 1 ha. A więc przejeżdżając koło obiektu biogazowni właściwie się go nie zauważa. Oczywiście budując taki obiekt można i powinno się uwzględniać udział inwestora we wspólnych inwestycjach partycypacyjnych, na przykład naprawa czy budowa nowych dróg w obszarze tej infrastruktury. Tak więc aktywne włączenie inwestora w realne potrzeby mieszkańców jest elementem dobrej realizacji całego procesu budowy i eksploatacji biogazowni. Dobry samorząd lokalny potrafi o to zadbać.
To zapewne pomaga inwestorowi zjednać sobie mieszkańców.
Oczywiście. Mam wiele przykładów, kiedy byliśmy ponaglani przez mieszkańców i samorządy, żeby wybudować biogazownię jak najszybciej, bo oni też chcą dobrze rozwiązywać swoje problemy z odpadami, jednocześnie czerpiąc wspomniane już profity.