baner_formula_2024

PolitykaRolna.eu

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

Współpraca? To się opłaca!

Nie od dziś wiadomo, że razem nie tylko raźniej, ale także lepiej. Dlatego nie brakuje przykładów na to, że współpraca się opłaca