baner_formula_2024

Znaczenie biomasy w gospodarce i energetyce w krajach UE

Biogazowania
Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
VK
Email

Biomasa jako taka jest jednym z filarów gospodarki o krajów UE. Praktycznie jest ona obecna we wszystkich dziedzinach życia gospodarczego.

Średnia roczna biomasa produkowana w sektorach lądowych (rolnictwo i leśnictwo) w UE wynosi blisko 1 500 Mt w suchej masie (około 1 000 mln ton w rolnictwie, 500 mln ton w leśnictwie [1]. Szeroka definicja biomasy zawarta jest w Ustawie  o OZE [2].

Sposób zagospodarowania biomasy w krajach UE w 2020r. ilustruje Rys.1.

Sposób zagospodarowania biomasy w krajach UE w 2020r.
Rys. 1 Sposób zagospodarowania biomasy w krajach UE w 2020r. [1]

Ogółem, uwzględniając handel i zużycie własne, UE zużywa ponad 1 miliard ton suchej masy biomasy rocznie. Ponad 60% wykorzystuje się w sektorze pasz i żywności, następnie na cele energetyczne ok. 20% i na  biomateriały ok.19%.

UE jest ogółem importerem netto biomasy – jej wywóz produktów zwierzęcych i przetworzonych, a także produktów z litego drewna oraz papieru i tektury jest przeważający nad przywozem żywności pochodzenia roślinnego, biopaliw stałych, ryb, owoców morza i alg. Zarówno pod względem dostaw krajowych, jak i handlu, rolnictwo (65,5 %) jest w UE największym sektorem dostaw biomasy (w ekwiwalencie suchej masy) , a następnie leśnictwo (34,2 %) i sektory morskie (ok. 0,3 %).

Ponad 60% wykorzystuje się w sektorze pasz i żywności, następnie na cele energetyczne ok. 20% i na  biomateriały ok.19%. O ile takie działy gospodarki jak produkcja żywności, pasz i produktów biomateriałowych (np. papier) jest stabilna i nie ulega gwałtownym zmianom, to w ostatnich latach duże i szybkie zmiany zachodzą w zakresie energetycznego wykorzystania biomasy. Biomasa w UE  stanowi ok. 60% energii pozyskiwanej ze wszystkich OZE. Na szczególne podkreślenie zasługuje tu wykorzystywanie praktycznie wszystkich rodzajów  biomasy, jakimi tylko dany kraj dysponuje.

Tab. 1 zawiera wykaz produktów stosowanych do tych celów.

Sektor dostawRodzaj biomasyPrzykład
LeśnictwoUprawy dedykowanePlantacje o krótkiej rotacji (np. wierzba, topola, eukaliptus)
Produkty uboczneZrębki z przemysłu drzewnego, gałęzie, kora, trociny itp.
RolnictwoUprawy roślin energetycznychMiskant, róża bezkolcowa, rożnik przerośnięty (sylfia)
Rośliny oleiste na estry metylowe (np. nasiona rzepaku, słonecznika)
Rośliny energetyczne oleiste, cukrowe i skrobioweRośliny cukrowe na etanol (np. trzcina cukrowa, słodkie sorgo, buraki cukrowe)
Rośliny skrobiowe na etanol (np. kukurydza, pszenica)
Pozostałości rolniczeSłoma, ścinki winnic i drzew owocowych
Produkty z hodowli zwierzątNawóz organiczny suchy i mokry (obornik, gnojowica, pomiot kurzy)
PrzemysłProdukty uboczne przemysłuDrewno odpadowe przemysłowe, trociny z tartaków
Włókniste odpady roślinne z przemysłu papierniczego
Uboczne produkty (odpady)Uboczne produkty stałeSuche pozostałości lignocelulozowe z parków i ogrodów (np. ścinki, trawa)
Odpady zanieczyszczoneDrewno z rozbiórki
Frakcja organiczna stałych odpadów komunalnych
Odpady biodegradowalne składowane na wysypiskach, gaz wysypiskowy
Osady ściekowe
Tab. 1 Rodzaje biomasy stosowanej do celów energetycznych

Strategia Europejskiego Zielonego Ładu, w skład której wchodzą m.in. Dyrektywa RED II,
Rozporządzenie LULUCF, plan REPowerEU, pakiet „Fit for 55” mają na celu osiągnięcie przez kraje UE neutralności klimatycznej w 2050 r. oraz redukcję emisji gazów cieplarnianych do 2030 r. o 55%.

Ponieważ emisja gazów cieplarnianych związana jest praktycznie ze wszystkimi działami gospodarki, to dąży się do wykorzystania każdego dostępnego rodzaju biomasy w optymalny sposób.

Istnieje 6 ogólnych technologii przetwarzania biomasy:

  • bezpośrednie spalanie (na energię)
  • fermentacja beztlenowa (dla gazu wysokometanowego)
  • fermentacja (cukrów na alkohole)
  • produkcja bioestrów (dla biodiesla)
  • piroliza (biowęgla, gazu i olejów)
  • zgazowanie (dla tlenku węgla i gazu syntezowego bogatego w wodór).

Po tych technologiach można następnie zastosować szereg procesów wtórnych (stabilizacja, odwadnianie, ulepszanie, rafinacja), w zależności od konkretnych produktów końcowych.

Technologie optymalnego wykorzystania różnych postaci biomasy ilustruje Rys. 2 [3].

Rys. 2  Technologie  optymalnego wykorzystania biomasy
Rys. 2 Technologie optymalnego wykorzystania biomasy

Szczególnego znaczenia w planach UE nabiera wykorzystanie biomasy do celów ciepłowniczych. Ambitne plany w tym zakresie ilustruje Rys. 3 [4]. Zauważyć należy, że człowiek od zarania dziejów, od kiedy nauczył się korzystać z energetycznego dobrodziejstwa wynikającego z naturalnego spalania tego co w naturze rośnie, nie powinien rezygnować z tego „prastarego odkrycia”. Również trzeba tu podkreślić, że współcześnie jeżeli chodzi o biomasę tzw. suchą, o wilgotności do 20-30%, to najbardziej efektywnym sposobem wykorzystania zawartej w niej energii chemicznej jest bezpośrednie spalanie albo w kotłach wytwarzających ciepło albo w kotłach pracujących w kogeneracji, czyli wytwarzających parę wodną kierowaną do turbiny, a ta w generatorze elektrycznym wytwarza energię elektryczną. Część tej pary odbierana jest z upustu w turbinie i wykorzystywana do wytwarzania ciepła dla odbiorców. Ten układ zapewnia najwyższą sprawność przemiany energii pierwotnej z biomasy sięgający w dobrych układach nawet do prawie 90%. Wykorzystywanie  tej biomasy np. w biogazowniach powoduje, że traci się 30-40% zawartej w niej energii, co nie pozostaje bez wpływu na koszt wytwarzania mediów.

Natomiast biogazownie doskonale nadają się do biomasy o dużej zawartości wody (np. wytłoki, wywary gorzelniane, kiszonki, gnojowica).  W procesie produkcji biogazu (biometanu) ilość biomasy stałej powinna być ograniczana do niezbędnego minimum właśnie ze względu na wspomniane straty. Zignorowanie zjawiska strat i pomijanie ich kosztu doprowadziło do upadłości wiele biogazowni w Niemczech, które wykorzystywały zakupywane substraty w postaci biomasy stałej dalej przekształcanej w biogaz ze wspomnianym kosztem strat. Głośnym echem odbiła się upadłość największego w Niemczech i jednego z wiodących w Europie dostawcy biometanu – firmy BMP Greengas [5]. Firma ta dostarczała ok. 400 mln m3 biometanu rocznie. Tu głównym powodem była wzajemna relacja taniej energii elektrycznej, a kosztem wytworzenia biogazu jako paliwa pierwotnego do wytwarzania energii elektrycznej- co sprowadziło się do jej nieopłacalności. Taka spektakularna upadłość spowodowała, że wiele miast pozostało bez gazu, głównie dla instalacji ciepłowniczych specjalnie dla niego zbudowanych przy braku możliwości jego zakupu z innych źródeł.

 Prognoza rozwoju źródeł ciepła OZE w krajach UE do 2050r.
Rys. 2 Prognoza rozwoju źródeł ciepła OZE w krajach UE do 2050r. [4].

Duże zainteresowanie stosowaniem rodzimej biomasy do celów energetycznych stało się przedmiotem legislacji UE i poszczególnych krajów. Szczególnie zwraca się  uwagę na ograniczanie wykorzystywania do tych celów biomasy leśnej w celu zapobieżenia wycince lasów i zmniejszania ich obszarów ważnych powodów ekologicznych, a także zwiększania obszarów upraw roślin energetycznych kosztem upraw roślin o przeznaczeniu żywnościowym i paszowym. Te akty legislacyjne są adaptowane przez poszczególne kraje UE z uwzględnieniem ich specyfiki.

Dziś w UE i w Polsce zagospodarowanie biomasy w energetyce reguluje  ponad 20 aktów prawnych i ciągle ta ilość jest zwiększana poprzez nowe ustawy i rozporządzenia lub ich nowelizacje.

Aktem o kluczowym znaczeniu jest tu Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii z odnawialnych, potocznie zwana dyrektywą RED II [6]. Dyrektywa określa cele zużycia odnawialnych źródeł energii w latach 2021- 2030. Różne interpretacje tej dyrektywy przez różne kraje spowodowały, że 30 marca 2023 roku instytucje unijne osiągnęły i ogłosiły wstępne porozumienie dotyczące Dyrektywy zmieniającej tę dyrektywę w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (tzw. „rewizja Dyrektywy RED”, „Dyrektywa REDIII”) wchodzącej w skład pakietu legislacyjnego „Fit for 55”, opublikowanego przez Komisję Europejską 14 lipca 2021 r.[7] Tym samym, zakończyła się faza rozmów trójstronnych (tzw. trilogów) pomiędzy Komisją Europejską, Parlamentem Europejskim i Radą UE w przedmiocie rewizji Dyrektywy RED II i należy oczekiwać, że w krótkim czasie zacznie ona obowiązywać.

Stan stałej biomasy leśnej i biomasy pochodzenia rolniczego stosowanej w elektroenergetyce i ciepłownictwie jest  bardzo zróżnicowany. Energetyka preferuje spalanie biomasy leśnej, która z powodu swojego składu chemicznego spala się bez problemów. Natomiast biomasa pochodzenia rolniczego, tzw. biomasa Agro, która na skutek nawożenia zawiera dużą ilość pierwiastków alkalicznych (głównie potasu i sodu) spalana w czystej postaci powoduje pewne negatywne zjawiska w kotłach takie jak:

– emisja odorów i zarodków pleśni i grzybów w okresie składowania i transportu

– szlakowanie i zanieczyszczanie powierzchni ogrzewalnych kotłów,

– korozja wysokotemperaturowa,

– emisja pyłów,

– większa ilość popiołów w porównaniu z biomasą leśną.

Wieloletnie prace badawcze naukowców z Politechniki Śląskiej i innych jednostek naukowo-badawczych, prowadzone na kotłach wszystkich typów (retortowe, rusztowe, fluidalne, pyłowe) o mocy od kilku kW do ponad 200 MW doprowadziły do opracowania rozwiązań technicznych, które sprawiają, że biomasę Agro można spalać w sposób porównywalny z biomasą leśną. Zwiększona ilość popiołu jest tu zaletą, ponieważ popiół ten może być cennym składnikiem nawozów znacząco zwiększającym plony np. upraw roślin energetycznych.

To innowacyjne rozwiązanie, będące przedmiotem wielu patentów i publikacji, polega na dodawaniu do biomasy w procesie produkcji pelet, brykietów czy granulatu, określonych i zależnych od składu biomasy, różnych dodatków mineralnych (haloizyt, wapno, związki fosforu, siarki). Rozwiązanie to umożliwia radykalny wzrost możliwości produkcji energii elektrycznej i ciepła z biomasy Agro o bardzo zróżnicowanym składzie. W ten sposób produkcja energii jest praktycznie bezodpadowa i cały cykl wytwarzania spełnia kryterium  tzw. „Obiegu zamkniętego”.

Natomiast z powodu słusznego zaostrzenia kryteriów powszechnego stosowania w  biomasy leśnej w elektroenergetyce przez Dyrektywy RED II i RED III jej dostępność w krajach UE znacząco się zmniejszyła.

Dla Polski będzie to skutkować ograniczeniem ilości tej biomasy do trzech a maksymalnie do pięciu milionów dostępnych ton rocznie [8].

Natomiast znacznie większe możliwości otwierają się dla biomasy pochodzenia rolniczego. Już aktualnie istnieje w postaci możliwej do użycia jako paliwo w ilości szacowanej  wg różnych źródeł od 6 do 10 milionów ton s.m. rocznie a może jej być nawet 25-30 mln ton rocznie.

Jednakże i w tym przypadku ze względu na chęć uniknięcia wykorzystania do upraw roślin energetycznych obszarów wykorzystywanych na uprawy biomasy do celów spożywczych i paszowych, także zostały nałożone pewne ograniczenia do których zaliczyć należy m.in.:

– konieczność ustanowienia przez  podmioty lub organy krajowe  planu monitorowania lub zarządzania w celu zajęcia się kwestią wpływu na jakość gleby i zasoby pierwiastka węgla w glebie,

 –  konieczność spełniania kryteriów zrównoważonego rozwoju oraz kryteriów
ograniczania emisji gazów cieplarnianych,

– biopaliwa, biopłyny i paliwa z biomasy produkowane z biomasy rolniczej nie mogą pochodzić z surowców uzyskanych z terenów o wysokiej wartości bioróżnorodności i

z terenów zasobnych w pierwiastek węgla, czyli terenów, które styczniu 2008 r. posiadały określony w Dyrektywie status,

– paliwa z biomasy mogą zostać uznane za „zielone” dopiero po uzyskaniu odpowiedniego certyfikatu.

Niestety, Polska wielu z tych warunków jak dotąd nie spełniła, mimo, że posiada odpowiednie instytucje, które mogły w oparciu o posiadaną wiedzę to zrealizować.

Ma to szczególne znaczenie zwłaszcza dla potencjalnych upraw energetycznych, z których biomasa musi ww. warunki spełniać aby uzyskać odpowiedni certyfikat.

Biomasa tzw. uboczna (np. słoma ze zbóż) może być przedmiotem certyfikacji w istniejących warunkach ale uprawy energetyczne mogą zwiększyć ilość biomasy Agro na rynku nawet 3-4 krotnie.

Państwa UE są zobligowane przez Dyrektywę RED II do szybkiego podjęcia działań administracyjnych w celu zlikwidowania istniejących barier wzrostu ilości biomasy Agro na rynku. Zapis w Dyrektywie brzmi:

Państwa członkowskie oceniają bariery regulacyjne i administracyjne dla

długoterminowych umów zakupu odnawialnej energii elektrycznej, usuwają

nieuzasadnione bariery i działają na rzecz upowszechnienia takich umów, w tym

poszukując sposobów ograniczenia związanego z nimi ryzyka finansowego,

w szczególności poprzez korzystanie z gwarancji kredytowych.

Dyrektywa nie przewiduje kar, ale największą karą dla odbiorcy jest wysoka cena energii elektrycznej i ciepła, która w przypadku pełnego wykorzystania możliwości jakie stwarza biomasa Agro mogłaby być znacząco niższa. Warto aby decydujący o kierunkach rozwoju i przebiegu procesów transformacji energetycznej brali tę prawdę za podstawę w podejmowanych działaniach.

Literatura

[1] Biomass production, supply, uses and flows in the European Union (europa.eu)

[2] USTAWA z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii, Dz.U. z  dnia 27 lipca 2023 r. Poz. 1436;

[3] https://www.eubia.org/cms/wiki-biomass/biomass-processing-technologies/

[4] ] https://www.futurebridge.com/industry/perspectives-energy/renewable-based-heating-and-cooling-in-europe-by-2030;

[5] https://www.spiegel.de/wirtschaft/enbw-tochter-pleite-von-bmp-greengas-besorgt-

deutsche-stadtwerke-a-4b35d74e-15f5-4180-bc90-91141686b2b8;

[6] Dyrektyw Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001

[7]  Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady  zmieniająca dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001, rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/1999

[8] Biomasa jako stabilizator i filar transformacji energetycznej; Biomasa nr 5(95) czerwiec 2023.

Autorzy:

Marek Pronobis – Politechnika Śląska (e-mail: marek.pronobis@polsl.pl)

Jerzy Majcher – MJ Doradztwo Energetyczne (e-mail: jerzymajcher@wp.pl)

Józef Sołtys – PTH Intermark (e-mail: js@intermark.pl)

Michał Sołtys –PTH Intermark (e-mail: intermark9@go2.pl)

Czytaj więcej

Z pola wprost do restauracji

W renomowanych restauracjach ważne jest pochodzenie produktów. W ostatnim czasie modne staje się serwowanie lokalnych specjałów, a część lokali decyduje się na

Pole, uprawiona gleba

Ekologiczne technologie uprawy roślin ogrodniczych

Ekologiczna uprawa roślin opiera się na zasadach zrównoważonego rozwoju produkcji roślinnej bez użycia nawozów mineralnych, hormonów wzrostu roślin i innych syntetycznych substancji