Bezpieczeństwo energetyczne
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

Paliwo	Jedn.	Koszt uzysk.jedn. w zł	Energia w kW	koszt 1 kW w gr.	Uwagi
węgiel kamienny	kg	0,20	7	3	duża emisja
Energia el. z węgla k. i brunatnego	kW	0,12	1	12	+ 14 gr/kW strat w środowisku
Benzyna katalityczna z węgla k.	dm3	240	11	22	średnia emisja
Gaz techniczny z węgla kamiennego	m3	0,60	10	6	średnia emisja
Ropa naftowa	dm3	1,40	11	12	średnia emisja
Benzyna z ropy naftowej	dm3	1,80	11	16	średnia emisja
Gaz ziemny (CH4) z Rosji	m3	0,60	10	6	mała emisja
Gaz ziemny (CH4) z Norwegii	m3	0,90	11	8	mała emisja
Olej z katalizy z biomasy	dm3	1,30	11	13	6 ton z 1ha
Rzepak – olej	dm3	1,10	11	10	1,5tony z 1ha
Zboże-etanol	dm3	1,40	7	20	3tony z 1ha
Sucha masa z wierzby	kg	0,50	5	10	10ton z 1ha
Sucha masa z odpadów (drzewnych, słomy)	kg	0,10	5	2	zasoby leśne 10 mln ton na rok
Pelety z odpadów (drzewnych, słomy)	kg	0,15	5	3	zasoby słomy 30 mln ton na rok
Biogaz z odpadów (CH4)	m3	0,10	5	2	zasoby 8mld m3 biogazu
Biogaz z roślin energetycznych CH4	m3	0,08	5	1,6	20.000m3 biogazu z 1ha + nawóz organiczny
Energia wiatrowa	kW	0,22	1	22	czysta energia
Metanol z biogazu	dm3	0,15	6	2,5	6 ton z 1ha
Wodór z biogazu	kg	0,90	30	3	czysta energia
Skojarzona energia elektryczna + energia cieplna z biogazu	kW		4	2	plus nawóz organiczny

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).

Zdaję sobie sprawę, że produkcja biomasy i biogazu jest znana w wielu środowiskach, ale najnowsze wdrożenia produkcji biogazu z roślin są zapowiedzią „zielonej rewolucji energetycznej”. Przyjęcie programu energetycznego opartego na produkcji bioenergii zaspokoi potrzeby energetyczne i zapewni wzrost gospodarczy państwa. Sądzę, że moje przemyślenia wywołają duże zainteresowanie i potrzebną dyskusję, gdyż jest to propozycja obalająca wiele stereotypów w myśleniu o paliwach.

Z poważaniem

Wójt Gminy Skarbimierz
Andrzej Pulit

---

Bezpieczeństwo energetyczne Unii Europejskiej
Zielona Księga

Zielona rewolucja

Zielona Księga z 2000 roku jest próbą odpowiedzi jak zachować względne bezpieczeństwo energetyczne poprzez dywersyfikację zaopatrzenia. Generalnie należy stwierdzić, że ramy programowe Zielonej Księgi, to jedynie katalog problemów bez zasadniczego rozwiązania. Zieloną Księgę należy napisać od nowa, aby rzeczywiście głosiła „zieloną rewolucję energetyczną”. Zielona rewolucja energetyczna oznacza korzystanie głównie z biomasy roślinnej w celach energetycznych, zamiast paliw kopalnych. Stawiam tezę, że kryzys energetyczny nie grozi ludności świata, bo paliwem przyszłości zostanie biogaz – metan pozyskiwany z biomasy, której zasoby przewyższają potrzeby energetyczne. Na pewno paliwem przyszłości nie będzie wodór jak próbują lansować w USA, a obecnie również w UE, gdyż najtańszą metodą uzyskania wodoru jest reakcja chemiczna z metanu. Paliwa kopalne (węgiel, ropa naftowa, gaz – metan) są zgromadzoną energią słoneczną w formie przekształconej biomasy. Aktualnie energię słoneczną pozyskuje się na różne sposoby, ale są istotne bariery kosztowe. Dzisiaj jak przed milionami lat nadal najlepszym magazynem energii słonecznej jest biomasa, ale ludzkość nauczyła się korzystać z tej energii głównie w formie produktów żywnościowych. Wspólna Polityka Rolna spowodowała powstanie dużych nadwyżek żywności, dlatego zaczęto używać olej i etanol do celów energetycznych, choć te produkty osiągają małą wydajność z hektara upraw. Skoro największym odbiorcą i magazynem energii słonecznej jest biomasa, to należy produkować rośliny o dużej wydajności z hektara. Z biomasy w naturalnym procesie gnicia uzyskuje się biogaz z zawartością około 50 – 80 % metanu, który jest paliwem o wszechstronnym zastosowaniu. Aby biogaz – metan zaspokoił całkowite potrzeby energetyczne ludności świata wystarczy przeznaczyć pod produkcję 30% pól uprawnych lub mniej wykorzystując nieużytki rolne (sawannę, stepy i inne).

Prowadząc średnio intensywną produkcję roślin na cele energetyczne można uzyskać 30 ton suchej masy roślinnej z jednego hektara lub 20.000 m³ biogazu, co energetycznie można porównać do 20 ton węgla kamiennego lub 12 ton ropy naftowej. Gdyby kraje Unii Europejskiej przeznaczyłyby 60 mln hektarów pod produkcję biogazu to uzyskałyby równowartość energetyczną 1,2 mld ton węgla kamiennego lub 720 mln ton ropy naftowej, co w skrótowym szacunku dałoby pełne zabezpieczenie energetyczne. Natomiast przeznaczenie 30 mln hektarów na produkcję biogazu uniezależniłoby UE od importu paliw kopalnych. Szacunkowo UE przeznacza na import paliw około 100 mld euro. Wymieniona kwota pozostałaby w UE na zasilenie własnej gospodarki. Aby zrealizować program uniezależnienia od importu paliw kopalnych należałoby zainwestować 350 mld euro w 150 tyś biogazowi z produkcją 4.200.000 m³biogazu każda. Ze względu na koszty transportu biogazownie nie powinny być budowane większe niż na produkcję 12.600.000 m³biogazu lub w przeliczeniu na moc energii elektrycznej uzyskiwanej w kogeneratorach do 3 MW. Zadanie inwestycyjne może być zrealizowane w ciągu dwóch lat przez rolników lub samorządy lokalne. Budżet UE byłby gwarantem pięcioletnich kredytów wraz z zapłatą odsetek. Roczny koszt obsługi zadania przez budżet UE można by szacować na około 10 mld euro. Podjęcie realizacji zadania w proponowanej skali spowoduje zaniechanie inwestowania w drogie gazociągi, naftociągi, czy też flotę tankowców, w celu dywersyfikacji zaopatrzenia w coraz droższe paliwa kopalne. Import paliw kopalnych jest nie tylko droższy, ale również przynosi olbrzymie straty w środowisku.

 

Biogaz – metan – technologia

 

Biogaz uzyskuje się z biomasy w procesie gnilnym przy udziale bakterii w warunkach beztlenowych, w szczelnych zbiornikach w temperaturze 35⁰C do 55^oC. Proces gnilny jest niezwykle sprawny, bo są wykorzystane niemal w całości organiczne związki węgla w postaci tłuszczów, białek i cukrów.

Dotychczas biogaz uzyskuje sie głównie z odpadów ubogich w organiczne związki węgla, a substrat należy podgrzewać, aby proces gnilny dawał maksymalny efekt. Z czasem do odpadów zaczęto dodawać biomasę (głownie roślinną) uzyskując dobry efekt ilościowy biogazu, a również ekonomiczny. W Europie istnieje kilkanaście tysięcy biogazowi głównie do utylizacji odpadów, a biogaz jest dodatkowym produktem. Uzyskiwany biogaz (metan) pomimo, że może być wykorzystywany w różnych technologiach – jest przeznaczony głównie do uzyskiwania energii skojarzonej. W Belgii i Danii są zbiorcze biogazownie odpadów o mocy elektrycznej 2-3 MW.

Przełomem w produkcji biogazu są najnowsze wdrożenia w Niemczech (zakład doświadczalny w Getyndze), w którym uzyskano całoroczny cykl produkcyjny w oparciu o biomasę roślinną w formie kiszonki. Udowodniono też, że gęsta surowa biomasa roślinna bogata w związki organiczne węgla nie musi być podgrzewana, bo bakterie w izolowanych zbiornikach utrzymują odpowiednią temperaturę. W biogazowniach oprócz wyprodukowanego metanu pozostaje nie agresywny zapachowo substrat pofermentacyjny, który jest nawozem organicznym w pełni zastępującym nawozy sztuczne.

Przełamanie bariery ekonomicznej

Najnowsza technologia okazała się niezwykle efektywna ekonomicznie i energetycznie. Koszt wytworzenia 1m³ biogazu o wartości energetycznej 5 kW wynosi 2 centy, a więc jest pięciokrotnie niższy od ceny gazu z importu, w przeliczeniu na energię.

 

Dla porównania:

• koszt uzyskania 1dm³oleju z rzepaku – o wartości energetycznej 10 kW – 50 centów, 
• koszt uzyskania 1dm³ etanolu ze zboża – o wartości energ. 7 kW – 40 centów, 
• koszt suchych odpadów (drzewa, słomy), 1 kg o wartości energ. 5 kW – 2,5 centa, 
• koszt 1 kg węgla kamiennego, o wartości energetycznej 7 kW – 5 centów, 
• koszt zakupu 1 dm³ ropy naftowej – o wartości energetycznej 10 kW – 35 centów, 
• koszt zakupu 1m³ gazu ziemnego – o wartości energetycznej 10 kW – 20 centów, 
• koszt uzyskania 1 kg suchej masy z wierzby, o wartości energ. 5 kW – 13 centów, 
• 1 kW energii elektrycznej z węgla -3 centy, 
• 1 kW energii elektrycznej z wiatraka – 5 centów, 
• 1 kW energii elektrycznej z biogazu – 1 cent.

Z tego uproszczonego porównania można wyciągnąć wnioski, że dotychczasowa bariera jakości paliwa i kosztów uzyskania została przełamana na korzyść biogazu i suchych odpadów. Bioolej i bioetanol, osiągają wydajność energetyczną z hektara upraw co najmniej pięciokrotnie mniejszą niż biogaz, dlatego koszty uzyskania są ponad dziesięć razy wyższe. Ponadto powierzchnia uprawy tych roślin musiałaby być trzykrotnie większa niż jest aktualnie gruntów uprawnych, gdyby celem było pełne zaspokojenie energetyczne. Natomiast wysoki koszt energii elektrycznej uzyskiwanej z wiatraków jest spowodowany głownie kosztami inwestycji do rzeczywistych efektów, gdyż sprawność wiatraków wynosi zaledwie 15%. Koszt budowy biogazowi w porównaniu do wiatraka jest około siedem razy niższy w przeliczeniu na osiąganą moc. Najnowsza technologia uzyskiwania biogazu z roślin jest więc przełomem kosztowym w porównaniu do innych paliw odnawialnych, a także kopalnych. Biogaz – ochrona środowiska

Zachwianie równowagi w środowisku następuje głównie poprzez zwiększoną emisję CO₂ i CH₄, związaną z działalnością człowieka. Główną przyczyną emisji CO₂ jest używanie paliw kopalnych w istniejących technologiach, które „dokładają ładunku”. Metan powstaje w procesach naturalnych i występuje w rolnictwie, leśnictwie oraz wszelkich odpadach żywieniowych i pożywieniowych. Stosowanie paliw odnawialnych ma najważniejszą zaletę, że nie przyczynia się do wzrostu emisji CO₂ i CH₄. Ekolodzy oceniają, że 1m3 metanu jest kilkakrotnie szkodliwszy dla środowiska niż CO₂.

Produkcja biogazu z roślin i odpadów pożywieniowych daje korzyść zmniejszenia naturalnej emisji metanu i emisji CO₂. Biomasa pochodząca z działalności rolniczej człowieka i z naturalnych procesów przyrodniczych (w celu ochrony środowiska) powinna być zagospodarowana na produkcję metanu i suchą masę do celów energetycznych, zastępując paliwa kopalne. Produkcja wysoko wydajnych roślin na cele energetyczne pozwoli w znacznym stopniu wyeliminować stosowanie nawozów sztucznych i chemicznych środków ochrony roślin. Ponadto rośliny są magazynami wody, a opłacalna intensywna produkcja do celów energetycznych wymusi również nawadnianie, co będzie miało bezpośredni, pozytywny wpływ na zmiany klimatu. Mówi się, że „zielonymi płucami” ziemi jest Amazonia, ale czy Europę stać jest na własne „zielone płuca”? Odpowiedź jest oczywiście pozytywna, ale trzeba podjąć do realizacji odpowiedni program.

Program dla Unii Europejskiej

Państwa UE osiągnęły wysoki poziom rozwoju gospodarczego, ale dogonienie USA w efektywności produktu jest trudne z założenia. Stany Zjednoczone mają znaczną przewagę technologiczną, a własne tanie zasoby energetyczne są mechanizmem napędowym gospodarki. Stąd wniosek, że UE może osiągnąć wyższą efektywność jeżeli skorzysta z własnych tanich źródeł energii. UE mając wspólny budżet może w znaczny sposób kreować mechanizmy rozwojowe. Wydaje się, że w zakresie energetycznym i ochrony środowiska należy wypracować nowe podejście, które powinno uwzględniać:

• nowy program energetyczny oparty o tanią biomasę, 
• zmianę WPR w zakresie bezpośrednich dopłat na korzyść biomasy do celów energetycznych, a zarazem zrównania szans dla wszystkich rolników w UE, 
• wprowadzenie dopłaty w wysokości 5 euro do każdej tony biomasy roślinnej przeznaczonej na cele energetyczne, aby spowodować rozwój produkcji biomasy, 
• wyłączenie drogiej i szkodliwej dla środowiska energii atomowej,
• stopniowym wyłączaniem elektrowni na paliwa kopalne nie wykorzystujące wyprodukowanego ciepła na rzecz rozproszonej energetyki skojarzonej reagującej na zmiany zapotrzebowania energetycznego,
• wprowadzić mechanizmy finansowe dla eliminacji paliw kopalnych, w myśl zasady, że płaci ten kto szkodzi środowisku,
• wykorzystać energię cieplną w elektrowniach emitowaną bezproduktywnie do atmosfery, do celów produkcyjnych i komunalnych lub suszenia biomasy roślinnej, aby podnieść jej wartość energetyczną,
• wysuszoną biomasę przeznaczyć do bezpośredniego spalania lub produkcji peletów, 
• zastąpienie turbin parowych, gazowych, silników tłokowych bardziej sprawnymitechnologiami w tym silnikiem THD Haris’a,
• wdrożyć budowę silników magnetycznych, które mogą zmienić w zasadniczy sposób produkcję energii elektrycznej – silnik magnetyczny na jedną jednostkę elektryczną wzbudzenia osiąga moc 3,5 jednostki elektrycznej – silnik magnetyczny Adamsa jest już produkowany w USA, a w Japonii Minato produkuje silniki magnetyczne do wentylatorów na dużą skalę, 
• w silnikach tłokowych przejść na metan – paliwo tanie i bezpieczne, 
• stosowanie metanu jako paliwa do silników, może wymusić odejście od skomplikowanej technologii silników tłokowych na rzecz technologii sprawniejszych, na przykład silnik THD Haris’a, 
• wprowadzenie oszczędności energii głównie przez termomodernizację. 

Przyjęcie i realizacja programu „zielonej rewolucji energetycznej” jest dobrą wiadomością dla użytkowników energii oraz dla ochrony środowiska. Moje przemyślenia w tej sprawie kieruję do przedstawicieli Unii Europejskiej, aby zainicjowali powstanie realnego, wspólnego programu energetycznego.

 

Wójt Gminy Skarbimierz
Andrzej Pulit

---

Oferta dotycząca zaopatrzenia w gaz – metan – w ilości do 70 mld m³

 

W związku z zamiarem budowy biogazowni w gminie Skarbimierz przez firmę z Niemiec zwracam się z pytaniem czy jest możliwe uzyskanie zapewnienia zbytu gazu (metanu) do systemu sieci gazociągów w kraju, w cenie gazu importowanego. W przygotowywanej koncepcji budowy biogazowni jest rozważany wariant produkcji biogazu do sieci gazowniczej oraz wariant produkcji z biogazu energii elektrycznej i cieplnej w kogeneratorach. Optymalna wielkość biogazowni z kogeneratorem to 3 MWhe (koszt inwestycji 20 mln złotych) lub samej biogazowni z produkcją 6 mln m3 metanu (koszt inwestycji 10 mln złotych). Przewiduje się możliwość wybudowania w gminie Skarbimierz 10 biogazowni o takiej mocy. Zapewnienie zbytu gazu jest więc potrzebne do wyboru wariantu inwestycji.

W Polskich warunkach istnieje możliwość przeznaczenia 6 mln hektarów pod uprawy roślin na kiszonkę z przeznaczeniem na biogaz – bez zachwiania produkcji żywności. Z jednej tony kiszonki uzyskuje się 180-200 m³ biogazu o zawartości CH4 50-60%. W załączniku tabela uzyskania biogazu z roślin i odpadów organicznych na podstawie funkcjonującej produkcji w Niemczech. Gdyby przyjąć wydajność zielonki z jednego hektara na poziomie 100 ton lub więcej, to plon suchej masy organicznej wyniósłby około 30 ton, a to w przeliczeniu na biogaz daje 20.000 m³ (równoważnik 20 ton węgla lub 11 ton ropy naftowej). Można więc przyjąć, że z 6 mln hektarów jest możliwe uzyskanie około 120 mld m³ biogazu a po oczyszczeniu (uzdatnianiu) około 70 mld m³ gazu o zawartości 98% metanu (równoważnik 110 mln ton węgla kamiennego). Taka wielkość produkcji gazu wystarczyła by na całkowite zaopatrzenie energetyczne kraju lub duży eksport nadwyżek. Aby osiągnąć roczną produkcję odnawialną na 70 mld m³ metanu należałoby zainwestować w budowę biogazowni 120 mld złotych. Natomiast aby uzyskać samowystarczalność energetyczną, (czyli zastąpienia importu gazu i ropy naftowej), należałoby przeznaczyć 3 mln hektarów upraw roślinnych na produkcję biogazu i zainwestować 60 mld złotych w budowę biogazowni. Koszt uzyskania m³ biogazu należy szacować na poziomie 30 groszy, a po uzdatnieniu biogaz o zawartości 98% metanu na 60 groszy!

Na koszt uzyskania składa się zakup kiszonki od rolnika w cenie 50 złotych za 1 tonę i koszt produkcji w biogazowni 5 złotych na tonę kiszonki. Producent kiszonki przy produkcji 100 ton z 1 hektara uzyskałby przychód 5000 złotych przy koszcie 1600 złotych na 1 hektar, co jest ceną konkurencyjną do uprawy roślin na żywność. Aktualnie gaz kupowany z importu (przez PGNiG) jest w cenie 90 groszy do 1zł za m³, a ceny gazu skraplanego oscylują w granicach 1 złoty za m³.

PGNiG przygotowuje studium wykonalności na zakup sprężonego (skraplanego) gazu w ilości 3-5 mld m³, a szacowany koszt budowy terminalu wraz z infrastrukturą jest szacowany na poziomie 3,5 mld złotych (bez środków transportowych). Za tę kwotę można by wybudować biogazownie o rocznej mocy produkcyjnej 2 mld m³ metanu w cenie 60 groszy za 1 m³. Trwałość inwestycji można zakładać na 50 lat.

Przygotowywana dla naszej Gminy oferta firmy Niemieckiej obejmuje: projekt, technologię, budowę, wdrożenie – w kredycie z możliwością spłaty inwestycji z produkcji w ciągu 8 lat.

Zatem zapewnienie cen zbytu na poziomie 1zł za 1m3 metanu uzyskiwanego w biogazowni o mocy produkcyjnej 6 mln m3 metanu czyni przedsięwzięcie opłacalne i daje możliwość spłaty inwestycji w ciągu 4-5 lat. W biogazowni z kogeneratorem produkującym energię elektryczną i cieplną można uzyskać przychód za energię i świadectwo pochodzenia (certyfikat) w wysokości 1,40 zł z 1 m3 metanu. Choć koszt inwestycji biogazowni z kogeneratorem jest dwukrotnie wyższy, to spłata inwestycji może nastąpić w ciągu 4 lat. W tym przypadku jednak nie ma pewności, że dochód ze świadectw pochodzenia będzie miał charakter trwały.

Zapewnienie możliwości zbytu gazu w proponowanej cenie stworzy nowe możliwości inwestowania w produkcję paliw odnawialnych, a kraj uzyska szybko niezależność energetyczną.

Wójt Gminy Skarbimierz
Andrzej Pulit