Idealnym wkładem do biogazowni są odpady kuchenne, liście z ogrodu czy parku, gnojowica, obornik, słoma, a nawet wywar gorzelniany. Jak to zrobić, żeby z bioodpadów powstał biogaz, oraz czy da się go szerzej wykorzystać w energetyce? Sprawdźmy.
Czy można mieć niskie rachunki za energię, bezpieczne dostawy i jeszcze pomóc środowisku? Można i nie chodzi o żadne cuda, tylko bardzo konkretną technologię, którą popierają bardzo różne siły polityczne – od lewicy i Zielonych przez byłego premiera Jerzego Buzka aż po (tak, naprawdę!) Janusza Kowalskiego z Suwerennej Polski.
Chodzi o biogaz – nasz, polski i swojski, lokalny i do tego przyjazny przyrodzie. Tej w okolicy i tej na całej planecie. Mało o nim wiemy, tzn. zwykli śmiertelnicy, bo naukowcy i aktywiści wiedzą całkiem sporo. Dowiedzmy się zatem wszyscy, a nasze portfele i drogi oddechowe sporo na tym zyskają.
Buzek: Polityka klimatyczna USA nie powinna nas niepokoić. Europa nadal będzie w awangardzie
czytaj także
Biogaz, czyli właściwie co?
Biogaz to nic innego niż mieszanina głównie dwóch gazów – metanu (ok. 50–60 proc.) i dwutlenku węgla (ok. 40–50 proc.) z domieszkami amoniaku i siarkowodoru, których udział to ok. 1–2 proc. Z kolei gaz ziemny (czy jak my, ekolodzy, wolimy o nim mówić: kopalny), który płynie w rurach sieci gazowniczej to niemal czysty (w okolicach 97–99 proc. zawartości) metan.
Główna różnica między nimi dotyczy nie tyle składu (o tym później), ile źródła pochodzenia. Biogaz powstaje naturalnie jako produkt rozkładu związków organicznych, przy czym rozkład ten zachodzi bez dostępu do tlenu. Proces ten nie trwa milionów lat, jak w wypadku gazu ziemnego, lecz odbywa się „na bieżąco”. W rozkładzie biorą udział powszechnie występujące w przyrodzie bakterie beztlenowe.
W zasadzie taki „biogaz” powstaje wszędzie tam, gdzie w warunkach beztlenowych rozkłada się biomasa (kiszonki z roślin, gnojowica, wywar gorzelniany, odpady z uboju zwierząt, pozostałości z oczyszczalni ścieków i wiele innych – o tym później). Takimi procesami można oczywiście pokierować, ich produkt wyłapać, a potem wykorzystać powstałe w ten sposób gazy.
Jak to działa?
W Europie i nie tylko działa kilka rodzajów biogazowni – np. rolnicze, wykorzystujące bioodpady komunalne, biogazownie na oczyszczalniach ścieków oraz na wysypiskach śmieci.
Weźmy konkretny przykład biogazowni rolniczych. Sercem każdej z nich jest zbiornik fermentacyjny, najczęściej betonowy, w kształcie cylindra o średnicy od kilkunastu do nawet ponad 30 metrów. Zbiornik taki od góry uszczelnia się rozciągliwą membraną nieprzepuszczającą powietrza, a w środku umieszcza się mieszadła. Z drugiej strony fermentatora znajduje się cały zestaw urządzeń do magazynowania biomasy (najczęściej po prostu ryzy na biomasę stałą i baseny/zbiorniki na biomasę płynną) oraz jej obróbki wstępnej (czyli rozdrabniarki, mieszadła, pompy itd.).
Przez otwory w ścianach z jednej strony doprowadza się biomasę (w tym przypadku odpady rolne) do przefermentowania, a z drugiej odprowadza już przefermentowaną masę. Właściwym produktem jest powstały w procesie fermentacji biogaz, który osadza się pod kopułą zbiornika, skąd odprowadza się go już do wykorzystania, ewentualnie jeszcze wcześniej do oczyszczenia.
Uzyskany w ten sposób biogaz najczęściej spala się na miejscu w agregatach prądotwórczych, przy okazji uzyskując ciepło. Przefermentowaną biomasę, czyli tzw. poferment, przechowuje się jeszcze w szczelnych zbiornikach pofermentacyjnych. Ten produkt uboczny świetnie nadaje się jako nawóz organiczny do uprawy roślin.
Czy spalanie gazu może być ekologiczne?
U czytelniczek tekstu zorientowanych nieco w kwestii kryzysu klimatycznego może pojawić się dysonans: w jaki to niby sposób spalanie gazu, którego efektem są przecież emisje dwutlenku węgla, a więc gazu cieplarnianego, miałoby być dobre dla środowiska? Jeszcze bardziej zainteresowane tematem osoby zwrócą też zapewne uwagę na wycieki i emisje metanu z instalacji (w krótkiej perspektywie czasowej nawet 20-krotnie silniejszego gazu cieplarnianego niż CO2).
Wątpliwości nie są bezpodstawne, niemniej jest pewien haczyk, a raczej furtka, która pozwala stwierdzić, że mimo wszystko produkcja i wykorzystanie biogazu będą niskoemisyjne lub wręcz neutralne dla klimatu, zaś w paru (odosobnionych co prawda) przypadkach może nawet prowadzić do tzw. ujemnych emisji, czyli związania większej ilości CO2, niż zostanie wyemitowane.
Baltic Pipe to rozwiązanie przejściowe. Gdybyśmy zaczęli rozwijać biogazownie…
czytaj także
Chodzi o to, że w ogromnej większości przypadków taki „biogaz” z odpadów i tak by powstawał, ale w warunkach naturalnych. Po prostu najczęściej użyta do jego produkcji biomasa rozkładałaby się (w najgorszym wypadku) na wysypiskach albo w innym miejscu w warunkach beztlenowych, gdzie powstały metan ulatniałby się do powietrza jako silny gaz cieplarniany. W lepszym wypadku taką biomasę można też skierować do kompostowni, gdzie rozkładałaby się w warunkach tlenowych, ale tam w efekcie powstałoby tyle samo CO2 co przy wyprodukowaniu i spalaniu biogazu.
Skąd wziąć biomasę do tylu biogazowni?
Potencjał produkcji biometanu (jak się ma do biogazu – o tym poniżej) w Polsce eksperci szacują na około 8 mld m3 rocznie, a więc prawie tyle, ile może przepłynąć Gazociągiem Bałtyckim ze złóż norweskich (to także ponad jedna trzecia obecnego zapotrzebowania Polski na ten surowiec).
Znów, czytelniczkom dobrze zaznajomionym z problematyką ochrony środowiska mogła zapalić się czerwona lampka. W końcu wykorzystywanie biomasy jako źródła nie kojarzy się wcale dobrze, bo z masowymi wycinkami lasów, a nawet zieleni miejskiej, tylko po to, żeby móc tak uzyskane drewno spalić i nazwać wszystko „zieloną”, odnawialną energią.
czytaj także
Na szczęście w przypadku biomasy leśnej (drewna) albo nawet gałęzi wyciętych w parku czy ogrodzie, biogazownie po prostu słabo się sprawdzają. Związki organiczne tworzące drewno długo się rozkładają (każda osoba, która prowadzi domowy kompostownik i próbowała kompostować drewno, dobrze wie, że to kwestia paru sezonów). Mimo że rozkład w biogazowniach następuje dużo szybciej, to i tak nie na tyle sprawnie, żeby opłacało się do tego celu wykorzystywać drewno.
Trochę inaczej wygląda to w przypadku upraw celowych, np. kukurydzy – dlatego warto zadbać o to, by nie stosować ich jako źródła biogazu w nadmiarze, a najlepiej w ogóle, gdyż ziemia przeznaczona pod ich uprawę to zarazem ziemia niewykorzystana pod produkcję żywności, a przede wszystkim – dodatkowy areał wydarty naturze.
Z tych wszystkich powodów – emisje oraz przekształcanie natury – idealnym wkładem do biogazowni są rozmaite bioodpady. Mogą to być wszystkim znane odpady kuchenne (obierki, resztki, zepsuta żywność), zielone odpady z ogrodu czy parku (liście, skoszona trawa), ale też mniej oczywiste rolnicze odpady zwierzęce (gnojowica, obornik) czy roślinne (słoma, wysłodki buraczane, łodygi roślin uprawnych), odpady z przemysłu spożywczego (np. wywar gorzelniany czy browarniany), zepsuta żywność ze sklepów, resztki z restauracji, a nawet ścieki, wreszcie ziemia z wysypisk odpadów.
W przypadku wykorzystania odpadów w ten sposób możemy mieć pewność, że nie obciążamy dodatkowo środowiska tylko na potrzeby produkcji biogazu, a po prostu korzystamy z tego, co już dostępne.
Czy biogazownie śmierdzą?
Większość osób zaniepokojonych wpływem biogazowni na otoczenie w pierwszej kolejności nie obawia się jednak o długofalowy stan środowiska naturalnego, atmosfery i całej planety. W Polsce, ale i na całym świecie regularnie dochodzi do protestów społeczności lokalnych przeciwko planom budowy biogazowni w ich okolicy. Ostatni taki głośny protest miał miejsce w Rabie Wyżnej niedaleko Nowego Targu.
Według badań Instytutu Energetyki Odnawialnej do trzech najczęściej wymienianych przez protestujących powodów ich sprzeciwu należą kolejno: obawy o uciążliwość zapachową, o zwiększony ruch związany z transportem substratów do i z biogazowni oraz o hałas urządzeń zainstalowanych w biogazowniach. Czy te obawy są uzasadnione?
Pierwsza kwestia uciążliwości zapachowej jest zaskakująco subtelna – każda osoba trochę inaczej odczuwa nieprzyjemne zapachy. Co więcej, w polskim prawie nie funkcjonują „normy zapachowe”, które dawałyby jakiś obiektywny punkt odniesienia do mierzenia poziomu uciążliwych substancji. Jakby tego było mało, gdyby takie normy nawet funkcjonowały, to „mierzenie odoru” jest dość skomplikowanym zadaniem, które nie zawsze się udaje. Wszystko to oczywiście nie przesądza, że problem uciążliwości zapachowej jest wydumany.
Bezpieczna Polska bez ropy, węgla i gazu? [rozmowa z Marcinem Popkiewiczem]
czytaj także
Miejsca, w których dochodzi do rozkładu związków organicznych (a do takich należą biogazownie), to również miejsca powstawania i emisji związków chemicznych odpowiedzialnych za przykry zapach. Co prawda, w przypadku biogazowni takie zapachy mogą powstawać i ulatniać się raczej przy rozładunku i przechowywaniu biomasy, która ma posłużyć jako wkład do produkcji biogazu, niż w samym fermentatorze.
Powody tego są dwa: przy dobrej praktyce i fermentator, i zbiorniki na poferment powinny być szczelne – inaczej bowiem do środka dostawać będzie się tlen i fermentacja wytworzy mniej metanu lub też ulatniać się będzie biogaz, który dla właściciela jest cennym produktem (a to mu się po prostu nie opłaca).
Drugi powód to natura samej fermentacji, która ma właściwości higienizujące – proces rozkładu beztlenowego odbywa się w dość wysokiej temperaturze, która prowadzi do obumierania m.in. drobnoustrojów odpowiedzialnych za produkcję nieprzyjemnych zapachów. Te mogą więc powstać raczej podczas przechowywania i rozładunku już częściowo rozłożonej biomasy. Emisji takich odorów do środowiska można zatem zapobiec poprzez budowę zamkniętej hali do rozładunku i przechowywania substratów dla biogazowni, w której instaluje się wymienniki powietrza z filtrami.
Z kolei problemy dotyczące hałasu albo podwyższonego ruchu samochodów ciężarowych w okolicy biogazowni są trochę bardziej wtórne. W biogazowni zawsze można po prostu zainstalować lepszej jakości urządzenia, które nie hałasują, a transport zorganizować w taki sposób, żeby był jak najmniej uciążliwy dla okolicznych mieszkańców. Często pojawiającymi się też obawami jest strach przed zanieczyszczeniem wód gruntowych albo przed przedostaniem się do środowiska innych zanieczyszczeń. Znów, są to realne zagrożenia, ale jednocześnie takie, które znajdują dość proste technologiczne rozwiązania.
Czy zatem obawy przed biogazowniami wzięły się znikąd? Oczywiście nie – istnieją przykłady biogazowni, które przez zaniedbania sprawiły społecznościom lokalnym wymienione wyżej, ale i inne uciążliwości. Nie powinien to być jednak powód do ograniczania rozwoju biogazowni, w szczególności w obliczu kryzysu klimatycznego i kluczowej roli tej technologii dla wsparcia nie tylko energetyki, ale i rolnictwa. Trzeba jednak zadbać, by procesy inwestycji w biogazownie były transparentne dla lokalnych społeczności, a same instalacje spełniały odpowiednie normy.
Do czego przydaje się biogaz?
Biogaz można wykorzystywać jako prawie takie samo paliwo jak gaz kopalny (ziemny). Obecnie biogaz w Polsce (w 2022 funkcjonowało w kraju ok. 380 takich instalacji o mocy ponad 270 MW) spala się przede wszystkim na miejscu przy biogazowniach i produkuje z niego energię elektryczną oddawaną do sieci. W niektórych przypadkach ciepło ze spalania wykorzystuje się też w gospodarstwach rolnych, przy których funkcjonują biogazownie, a istnieją też przykłady wykorzystania go w mikrosieci ciepłowniczej do ogrzewania pobliskich budynków użyteczności publicznej lub mieszkalnych.
Jednym z przykładów może być gmina Michałowo w województwie podlaskim, gdzie ciepło z powstałych w 2015 roku instalacji zasiliło najpierw m.in. ratusz, szkołę podstawową, pływalnię miejską, ale też sztukaterię gipsową, a po rozbudowie w roku 2022 również spółdzielnię mieszkaniową obejmującą osiem budynków liczących razem 120 mieszkań.
Biogazownie produkują energię odnawialną tak samo jak wiatraki czy panele fotowoltaiczne, ale w odróżnieniu od nich praca biogazowni nie zależy od pogody. Zarazem biogaz można dużo łatwiej magazynować niż energię elektryczną z wiatraków lub paneli fotowoltaicznych. Gaz można dość łatwo przechowywać nie tylko z doby na dobę (jak to robią niektóre magazyny prądu), ale i w trybie sezonowym, czyli np. zebrać spore zapasy energii na zimę, kiedy mogą pojawić się braki energii z wiatraków czy fotowoltaiki.
Co ważne, to wcale nie „pieśń przyszłości”, jak mogliby sądzić niektórzy, bo Polska już teraz dysponuje podziemnymi magazynami o pojemności 3 mld 300 mln m3 gazu, a zatem wystarczająco dużą, by bilansować system jesienią i zimą, kiedy występują braki energii z OZE.
Biogaz nadaje się więc doskonale do bilansowania pogodozależnych źródeł – również dlatego, że turbiny i agregaty gazowe dużo łatwiej włączyć i wyłączyć lub w trakcie pracy regulować ich moc niż np. kotły w elektrowniach węglowych (z powodów technologicznych), nie mówiąc o reaktorach elektrowni jądrowych (tu do powodów technicznych dochodzi kwestia wysokich kosztów stałych pracy elektrowni – obniżenie mocy czyni wyprodukowany prąd horrendalnie drogim). Tym bardziej więc biogaz świetnie nadaje się do bilansowania źródeł energii z wiatru i słońca, których praca może się bardzo dynamicznie zmieniać.
Co więcej, biogaz można oczyścić z dwutlenku węgla (z owych 40 proc.) do niemal czystego biometanu, który jest chemicznie odpowiednikiem metanu CH4, czyli gazu kopalnego. Można go więc zatłaczać do centralnej sieci gazowniczej, wykorzystywać w energochłonnych procesach przemysłowych, a także w transporcie dalekobieżnym i ciężarowym, gdzie elektryki nie dają rady, albo nawet wykorzystywać w ciepłownictwie systemowym.
Ile to wszystko kosztuje?
Koszty inwestycyjne, a więc koszty budowy standardowej biogazowni o mocy 1 MW, które podają różni inwestorzy i organizacje badawcze, wahają się od 15 do 30 mln zł, a w przypadku biometanowni od 30 do 50 mln zł.
Ostatnio np. Konfederacja Lewiatan podała, że według wyliczeń jej ekspertów budowa biometanowni o mocy 1 MW kosztowałaby 34,3 mld złotych, przy koszcie substratów na poziomie 363 zł/MWh i kosztach operacyjnych średnio na poziomie 216 zł/MWh w cyklu 15-letnim. Inni eksperci wyceniają je trochę niżej, niemniej wszystkie te wyliczenia w Polsce to wciąż teoria – biometanownia (a więc biogazownia produkująca metan) dotąd w Polsce nie powstała.
Przy takich kosztach branża postuluje ceny referencyjne biometanu w zakresie 460–600 zł/MWh. To drogo – historycznie tylko w drugiej połowie kryzysowego 2022 roku cena na rynku dnia następnego w Polsce przebiła pułap 600 zł/MWh i to na krótko, bo na niespełna trzy miesiące.
Tak wysokie ceny, przy których biogaz i biometan dopiero stają się opłacalne rynkowo, to główne powody, obok skomplikowanych i często źle zaprojektowanych regulacji, są oczywiście powodem tego, że rynek biogazu nie rozwinął się w Polsce adekwatnie do potencjału.
czytaj także
Ten stan na szczęście można zmienić. Regulacje można poprawić, a nawet tak wysokie ceny referencyjne – wprowadzić. Warto, bo biogaz i biometan to doskonałe, dziś brakujące ogniwo transformacji energetycznej (przede wszystkim do bilansowania OZE), ale także dlatego, że w miarę rozwoju tej technologii w Polsce i Europie jej opłacalność będzie rosnąć. Tak samo było z technologiami ogniw fotowoltaicznych i turbin wiatrowych, które w początkach swego rozwoju bardzo hojnie dotowano subsydiami m.in. z budżetów europejskich państw (głównie Niemiec), a które teraz stają się najtańszymi źródłami energii konkurującymi już na zupełnie rynkowych zasadach z paliwami kopalnymi.
Podsumowując, biogaz, tak jak każda inna technologia i źródło energii, ma swoje wady i zalety. Mimo to biogaz i biometan – produkowane w zrównoważony i odpowiedzialny sposób, a więc z odpadów, a nie upraw celowych – mogą odegrać kluczową rolę w przyspieszeniu przejścia od paliw kopalnych do czystej, przyjaznej dla klimatu, zielonej energii. W związku z tym biogazownie powinny zasługiwać na jak największą uwagę i ciekawość nie tylko wszystkich zwolenników transformacji, ale też administracji państwowej, która może stworzyć odpowiednie warunki dla rozwoju tej technologii.
**
Dominik Madej – młodszy specjalista ds. Energii i Klimatu w Polskiej Zielonej Sieci. Od 2019 roku zaangażowany w ochronę klimatu, pierwotnie jako aktywista i organizator Młodzieżowego Strajku Klimatycznego. Student fizyki na Uniwersytecie Warszawskim na specjalizacji fizyka atmosfery.
**
Tekst powstał we współpracy z Fundacją im. Heinricha Bölla w Warszawie. Zawarte w tekście/wywiadzie poglądy i konkluzje wyrażają opinie autorki/rozmówczyni i nie muszą odzwierciedlać oficjalnego stanowiska Fundacji im. Heinricha Bölla.
