Potencjał produkcji i wykorzystania biogazu na Ukrainie*

WYDZIAŁ PROMOCJI HANDLU I INWESTYCJI
AMBASADY
RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ
W KIJOWIE
Kijów, listopad 2012 r.
Potencjał produkcji i wykorzystania
biogazu na Ukrainie*
Aktualnie rynek biogazu na Ukrainie nie jest rozwinięty. Niezależnie od tego faktu Wydział Promocji Handlu
i Inwestycji Ambasady RP w Kijowie uważa że informacje zawarte w niniejszym opracowaniu mogą być
pomocne dla polskich inwestorów rozważających swoją aktywność w tej dziedzinie w przyszłości.
1. WSTĘP
Obecnie na Ukrainie istnieją jednostkowe przykłady wdrażania technologii biogazowych. W
kraju wybudowano tylko 10 biogazowni rożnych typów, ale żadna z nich nie osiągnęła
rentowności bez wsparcia państwa.
Jednocześnie, wg opinii ekspertów, potężny sektor rolny Ukrainy produkuje odpady
organiczne nadające się do produkcji biogazu w ilościach, które mogą zastąpić 2,6 mld, m3
gazu ziemnego rocznie. Tylko samych odpadów z hodowli zwierząt wystarcza dla budowy na
Ukrainie około 4000 biogazowni. Z dalszym rozwojem rolnictwa potencjał ten może
wzrosnąć do 7,7 mld. m3/r. w przeliczeniu na gaz ziemny.
Wg oceny ekspertów, potencjał rynku biogazu można w całości opanować do 2020 roku.
Biogaz, szczególnie na Ukrainie, jest niewykorzystywanym zasobem wieloaspektowym.
Biogazownie mogą produkować energię elektryczną, cieplną oraz biopaliwo. Przyczyniają się
one do rozwoju zdecentralizowanych rozwiązań energetycznych oraz do tworzenia wartości
dodanej na poziomie lokalnym. „Składnik lokalny” w biogazowniach może sięgać 80%.
Zwykle powstający w związku z tym spór — żywność czy paliwo — można rozstrzygnąć
drogą wykorzystania przeważnie odpadów roślinnych. Ponieważ nie wszystkie kraje Unii
Europejskiej mogą samodzielnie rozwiązać pojawiające się zagadnienia dotyczące
wykorzystania odnawialnych źródeł energii, nawet transport biometanu (gazu oczyszczonego)
za pomocą istniejącej sieci gazowej stanowi, na przykład, ewentualny scenariusz współpracy
wzajemnie korzystnej.
Istnieje wiele argumentów na korzyść produkcji i wykorzystania biogazu i specjalne
programy wsparcia (np. „zielone taryfy”) nie zawsze są potrzebne.
Znaczny potencjał produkcyjny ukraińskiego rolnictwa jest powszechnie znany. Zmiany w
kierunku zwiększenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii, które zaczęły odbywać się
na Ukrainie wraz z wdrożeniem „zielonych taryf”, zachęcają do nowego spojrzenia na
potencjał rolnictwa. Dlatego rolnictwo i leśnictwo obecnie oceniane są pod względem
potencjału biomasy, i odpowiednio — potencjału energetycznego.
Biomasa jako odnawialne źródło energii stwarza dla Ukrainy znakomite perspektywy, a
możliwości jej zastosowania w energetyce są bardzo zróżnicowane. Rozważane jest
wdrażanie w najbliższym czasie wykorzystania biopaliw ciekłych na zasadzie modelu
kwotowego, a biogenne paliwa stałe już dziś są wykorzystywane na Ukrainie. Ale najbardziej
uniwersalnym i efektywnym źródłem energii jest biogaz, produkowany z surowców
odnawialnych i odpadów organicznych. Istnieje wiele możliwości wykorzystania biogazu:
•
jako paliwo w miejscu jego produkcji;
•
do produkcji energii. Jednocześnie można wykorzystywać ciepło odpadkowe, które
powstaje podczas procesu produkcji. Dlatego, biogaz oferuje atrakcyjne możliwości
dla zdecentralizowanego zaopatrzenia w energię, i stanowi ciekawą alternatywę,
zwłaszcza dla dużych gospodarstw rolnych na Ukrainie.
•
Biogaz, poprowadzony do jakości gazu ziemnego (biometanu), może być
transportowany za pomocą sieci dystrybucji gazu. Jest to doskonały sposób do
transportu biogazu do konsumentów i urządzeń gromadzących energię.
Oprócz tego produkcja biogazu stwarza nowe miejsca pracy oraz źródła dochodów,
szczególnie na terenach wiejskich. W odróżnieniu od energetyki wiatrowej i słonecznej, jedna
biogazownia może łatwo osiągnąć poziom 70-80 % w wykorzystaniu zasobów miejscowych,
co z kolei stanowi istotne korzyści dla gospodarki kraju. Ponadto, w odróżnieniu od krajów
Europy, na Ukrainie nie ma problemu wyboru co uprawiać na gruntach rolnych — żywność
czy rośliny energetyczne. Gruntów rolnych wystarczy zarówno dla upraw żywieniowych, jak
2
i energetycznych. Jednak narodowa strategia biogazowa powinna od samego początku
stawiać na efektywne wykorzystanie w produkcji biogazu potencjału odpadów biogennych.
Nie zależnie od znakomitego potencjału rolniczego na Ukrainie obecnie praktycznie nie ma
biogazowi. Przyczyną tego jest przede wszystkim niedoskonałe prawo ukraińskie, które
stwarza przeszkody dla rozwoju przemysłu biogazowego.
Już dziś biogazownie mogą efektywnie działać w określonych warunkach:
•
Dzięki wykorzystaniu w biogazowni odpadów rolniczych można jednocześnie
rozwiązać problemy ochrony środowiska. Na przykład, w taki sposób można
skutecznie wykorzystać gnój, który się gromadzi w gospodarstwach hodowlanych.
•
Odpady (pozostałości fermentacyjne), które zostają podczas produkcji biogazu w
biogazowniach, są wysokiej jakości nawozem. Można je sprzedawać lub
wykorzystywać zamiast drogich nawozów sztucznych.
•
Biogazownie można realizować w ramach Projektów wspólnego wdrażania
(wg Protokołu z Kioto) oraz poprzez sprzedaż kwot na emisję CO2 otrzymywać
dodatkowe zyski.
Ponadto, działający lokalny zakład produkcji biogazu już dziś otworzyłby dla Ukrainy drogę
do Europy. Możliwość taką oferuje Dyrektywa o odnawialnych źródłach energii (RED)
2009/28/UE, która, między innymi, zobowiązuje kraje wspólnoty do roku 2020 co najmniej
10 % energii, zużywanej w sektorze transportowym, otrzymywać ze źródeł odnawialnych.
Wg tej Dyrektywy wykorzystywane biopaliwo nie musi pochodzić z krajów UE. Ważne żeby
spełniało ono wymagania dotyczące odnawialności. Nie wszystkie kraje UE mogą za pomocą
własnych zasobów zapewnić 10 % wykorzystanie biopaliwa w sektorze transportowym do
roku 2020. W takim przypadku Ukraina mogłaby wystąpić jako partner. W wyniku
współpracy konsument z zachodniej Europy finansowałby rozwój infrastruktury na Ukrainie,
która, z kolei, stanie się dla Ukrainy fundamentem na drodze do niezależności energetycznej
od Rosji.
2. PRZESŁANKI
Przystąpienie Ukrainy do Europejskiej Wspólnoty Energetycznej
Od lutego 2011 roku Ukraina jest członkiem Europejskiej Wspólnoty Energetycznej.
Wspólnotę Energetyczną założono 1 lipca 2006 roku. Członkowie Wspólnoty Energetycznej
zobowiązali się zliberalizować swoje rynki energetyczne oraz wdrożyć najważniejsze
przepisy prawne UE w dziedzinach elektroenergetyki, gazu, ochrony środowiska i
odnawialnych źródeł energii. Wsparciem i kontrolą procesu realizacji zajmuje się Sekretariat
z siedzibą w Wiedniu. Pełnoprawnymi członkami Europejskiej Wspólnoty Energetycznej są
kraje – członkowie UE, Albania, Bośnia i Hercegowina, Chorwacja, Była Jugosłowiańska
Republika Macedonii, Czarnogóra, Serbia, Tymczasowa administracja ONZ w Kosowie i
Republika Mołdawii. Status obserwatorów mają Norwegia, Gruzja oraz Turcja.
Jesienią 2010 roku Komisja przedłożyła projekt rozszerzonej strategii energetycznej z celami
długoterminowymi do 2050 r., oraz Plan realizacji działań w dziedzinie energetyki w okresie
2011—2020 r. Głównymi tematami strategii energetycznej UE są wewnętrzny rynek
energetyczny, efektywność energetyczna, ochrona konsumentów, badania i rozwój, oraz
stosunki zewnętrzne UE w dziedzinie energetyki.
Będąc członkiem EWE Ukraina też ma obowiązek stosować przepisy prawne i regulacyjne
dotyczące ogólnych zasad funkcjonowania wewnętrznego rynku gazu, zgodne z europejską
Dyrektywą 2003/55/EU „W sprawie wspólnych zasadach dla wewnętrznego rynku gazu”.
Dyrektywa przewiduje, między innymi, że: „Państwa członkowskie powinny zapewnić,
uwzględniając niezbędne wymagania jakościowe, niedyskryminacyjny dostęp do systemu
3
gazowego dla biogazu i gazu, otrzymanego z biomasy, lub innych rodzajów gazu, pod
warunkiem, że taki dostęp będzie stale spełniać wymagania odpowiednich norm technicznych
oraz standardów bezpieczeństwa. Te normy i standardy powinny gwarantować, że podobne
gazy bez jakichkolwiek przeszkód technicznych mogą zostać wprowadzone do systemu gazu
ziemnego i transportowane za jego pomocą; ponadto dane normy i standardy powinny
określać charakterystyki chemiczne podobnych gazów”. Unijna dyrektywa (2003/55/UE)
miała być wprowadzona do prawa ukraińskiego do dnia 1 stycznia 2012 roku. Ale nie została
wprowadzona, i planowany termin wprowadzenia nie jest znany.
Przepisy prawne dotyczące dostępu do systemu transportu gazu na Ukrainie
8 lipca 2010 została uchwalona na Ukrainie Ustawa „O zasadach funkcjonowania gazu
ziemnego”. Zgodnie z art. 7 tej Ustawy, wszystkie podmioty, działające na rynku gazu
ziemnego mają równe prawa dostępu do Jednolitego systemu transportu gazu Ukrainy”.
Ustawa nic nie m mówi na temat biogazu. W ten sposób ustawodawca pozbawia producentów
biogazu prawa do swobodnego niedyskryminacyjnego dostępu do Jednolitego systemu
transportu gazu Ukrainy. Obecnie kwestia ta nie jest regulowana również Postanowieniem „O
uchwaleniu Trybu dostępu do systemu transportu gazu na Ukrainie”.
Obowiązujące prawo dotyczące biogazu
Biogaz zdefiniowano w art. 1 Ustawy „O paliwach alternatywnych”. Według definicji, biogaz
— to gaz, otrzymany z biomasy, oraz wykorzystywany jako paliwo.
Handel biogazem wymaga licencji. Mówi o tym ustawa „O licencjonowaniu niektórych
rodzajów działalności gospodarczej”. Licencja wydawana jest przez Ministerstwo energetyki i
przemysłu węglowego Ukrainy. Wszyscy uczestnicy rynku, którzy zajmują się produkcją,
przechowywaniem i wprowadzeniem do obiegu ciekłych paliw biologicznych i biogazów,
podlegają rejestracji w Państwowym rejestrze producentów ciekłych paliw biologicznych i
biogazów (w trybie, określonym przez Gabinet Ministrów).
Już w roku 2010 planowano opracowanie i publikację wymagań dotyczących jakości biogazu,
oraz metodę pomiaru jakości biogazu w celu wprowadzenia obowiązkowych standardów i
norm, ale do dziś tego nie zrobiono.
Eksport biogazu
Zgodnie z istniejącymi zasadami w celu otrzymania dostępu do sieci gazowej, pod
warunkiem że wprowadzenie biogazu do sieci będzie regulowane prawem, producenci
powinni złożyć następujące wnioski i uzyskać stosowne pozwolenia:
•
Uzyskanie warunków technicznych przyłączenia do sieci. Przy czym należy
uwzględniać przepustowość sieci. Jeżeli jest ona niedostateczna, lub wnioskodawca
nie spełnia odpowiednich wymagań dla przyłączenia do sieci gazowej, taki wniosek
nie będzie rozpatrywany.
•
Jeżeli chodzi o gaz ziemny, wydobywany i wprowadzony do sieci gazowej Ukrainy,
obowiązują wymagania techniczne ТУ У 320.001.58764-007-95 „Gazy naturalne
palne, wprowadzane do gazociągów magistralnych” oraz ТУ У 320.001.58764-008-95
„Gazy naturalne palne, przekazywane ze złóż do gazociągów przemysłowych oraz do
poszczególnych odbiorców”. Jeżeli jakość gazu nie spełnia określonych wymogów,
nie można go wprowadzać do sieci.
•
Uzyskanie pozwolenia od Narodowej komisji ds. regulowania elektroenergetyki
Ukrainy (NKRE) na dostarczanie gazu.
4
Eksport gazu ziemnego z Ukrainy wymaga pozwolenia. Wniosek o pozwolenie składa się do
Ministerstwa energetyki i przemysłu węglowego.
Obecnie omawiana jest kwestia wprowadzenia kwot na eksport gazu ukraińskiego (około
5,6 mln. m3, jest to około 0,028% gazu ziemnego, wydobywanego na Ukrainie). Na terenie
Ukrainy wydobywa się łącznie około 20 mld. m3 gazu ziemnego. Około 40 mld. m3 importuje
się z Rosji. Ale trudno jest dokładnie określić rzeczywiste ilości gazu eksportowanego i
importowanego ze względu na brak przejrzystości w tej sprawie.
3. ZALETY BIOGAZU I BIOMETANU JAKO ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII
Biogaz
Biogaz powstaje w wyniku fermentacji prawie każdego rodzaju biomasy. Biogaz — to gaz
palny, składający się z metanu (CH4:50-75V-%), dwutlenku węgla (CO2:25-50V-%, pary
wodnej (H2O: 0-10%V-%), azotu (0,01-5V-%), tlenu (0,01-2 Vol.-%), wodoru (H2:0-1 %),
amoniaku (0,01-2,5 mg/m3) oraz siarkowodoru (H2S: 10-30.000 mg/m3). Głównym
składnikiem biogazu jest gaz palny metan, podczas spalania którego uwalniana jest energia.
Zawartość metanu w biogazie w dużym stopniu zależy od wykorzystywanych materiałów i
procesu fermentacji.
Powstawanie biogazu
Biogaz powstaje w wyniku naturalnego procesu mikrobiologicznego rozkładu materii
organicznej w wilgotnym środowisku w warunkach beztlenowych. W fermentorze
(bioreaktorze) bakterie, występujące w środowisku naturalnym, wywołują fermentację
substancji organicznych, podobną to tej, która się odbywa w jelitach zwierząt
przeżuwających. Podobne procesy zachodzą, na przykład, na dnie zbiorników wodnych, w
bagnach lub zbiornikach na nawóz. W biogazowniach wykorzystywane są głównie substraty
pochodzenia rolniczego takie jak gnojowica, obornik lub rośliny energetyczne (kukurydza,
żyto, burak cukrowy itp.). Inne substraty są produktami ubocznymi przemysłu rolniczego.
Należą do nich na przykład odpady z produkcji piwa, spirytusu, biodisela, przetwarzania
ziemniaków, produkcji cukru, przetwarzania owoców. Oprócz tego w produkcji biogazu
wykorzystuje się organiczne odpady komunalne (osady ściekowe, odpady gospodarstwa
domowego, odpady organiczne, skoszona trawa i inne.). Wszystkie te substraty rozkładają się
według tych samych zasad, czteroetapowo w fermentorze pod działaniem mikroorganizmów
do biogazu. Przy czym wyprodukowany biogaz zbierany jest za pomocą odpowiednich
urządzeń technicznych, lub spala się bezpośrednio na elektrociepłowni, lub uzdatnia się do
jakości biometanu (biogazu oczyszczonego).
3.1 SZEROKI WYBÓR SUROWCÓW ODNAWIALNYCH
Ważną zaletą produkcji biogazu jest wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Szeroka i
zawsze dostępna oferta substancji organicznych pozwala na ciągłą, nie przerywaną produkcję
biogazu oraz sprzyja oszczędzaniu paliw kopalnych.
W biogazowniach używane są przede wszystkim odchody zwierzęce i surowce odnawialne.
Również odpady biogenne przemysłu żywnościowego i odpady gospodarstwa domowego
coraz częściej używane są w produkcji biogazu. W ten sposób wykorzystywane są surowce
pierwotne, które wcześniej nie były wykorzystywane, i jedynie jeszcze bardziej
zanieczyszczały środowisko. Takie substancje organiczne wykorzystywane są albo osobno,
albo w połączeniu z innymi substancjami organicznymi. W taki sposób można opracowywać
programy dla poszczególnych miejsc usytuowania, umożliwiające wydajną produkcję i
wykorzystanie biogazu.
5
Oprócz tego wiele gospodarstw rolnych oraz instytutów naukowo-badawczych uprawiają i
testują nowe odmiany roślin dla produkcji biogazu. Dzięki możliwości wykorzystania w
jednej biogazowni różnych substratów produkcja biogazu staje się bardzo elastyczną.
Jednocześnie szeroki zakres surowców zapewnia zachowanie różnorodności biologicznej w
sektorze rolniczym.
Wykaz wszystkich rozpowszechnionych substratów oraz ich podstawowe parametry znajduje
się w poniższej tabeli.
Nawozy organiczne
Nawozy organiczne (gnojowica, obornik) należą do substratów, najczęściej
wykorzystywanych w produkcji biogazu, ponieważ powstają one w dużych ilościach i są
dostępne za darmo w wielu gospodarstwach rolnych. Oprócz tego, obornik jest idealnym
substratem ponieważ łatwo się miesza z innymi surowcami, takimi jak kukurydza, kiszonki i
inne.
Tabela 1. Parametry wybranych nawozów organicznych
Substrat
Emisja biogazu
[Nm3/t substratu]
Emisja metanu
[Nm3/t substratu]
Gotowy metan
[Nm3/t oCP]
Gnojowica bydła
rogatego
∆
20-30
11-19
110-275
Obornik świński
Ø
∆
Ø
25
20-35
28
14
12-21
17
210
180-360
250
Obornik bydła
rogatego
∆
60-120
33-36
130-330
Pomiot ptasi
Ø
∆
Ø
80
130-270
140
34
70-140
90
350
200-360
280
∆: Zakres pomiaru wartości; Ø: Średnia wartość
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR (Specjalnej agencji ds. surowców
odnawialnych)
Surowce odnawialne
Surowcami odnawialnymi są produkty rolnictwa i leśnictwa, które nie są wykorzystywane
jako żywność lub pasza. Natomiast są one wykorzystywane jako materiał, oraz służą do
produkcji ciepła, energii elektrycznej lub paliwa. Zarówno jak nawozy organiczne, surowce
odnawialne wykorzystywane są w produkcji biogazu coraz częściej.
6
Tabela 2. Parametry wybranych surowców odnawialnych
Emisja biogazu
[Nm3/t substratu]
Emisja metanu
[Nm3/t substratu]
Gotowy metan
[Nm3/t oCP]
∆
170-230
89-120
234-364
Ø
200
106
340
∆
170-220
90-120
290-350
Ø
Ø
∆
Ø
∆
Ø
∆
Ø
190
620
170-200
180
120-140
130
75-100
90
105
320
93-109
98
65-76
72
40-54
50
329
380
300-338
310
340-372
350
332-364
350
Substrat
Kiszonka z
kukurydzy
Kiszonka ze
słomy i ziarna
Zboże
Kiszonka z trawy
Burak cukrowy
Burak pastewny
∆: Zakres pomiaru wartości; Ø: Średnia wartość
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR
Substraty z przemysłu przetwórczego
Zalicza się do nich wszystkie odpady, powstające pod czas procesu przetwarzania produktów
rolnych. Takie substraty łatwo gromadzić i przechowywać. Wykorzystanie odpadów
biogennych przemysłu przetwórczego do produkcji biogazu nie jest zbyt popularne, ponieważ
istnieją inne możliwości ich wykorzystania w produkcji żywności i pasz dla zwierząt.
Tabela 3. Parametry wybranych substratów z przemysłu przetwórczego
Emisja metanu
[Nm3/t świeżej masy]
Substrat
Czerstwy chleb
Wytłoki jabłkowy
Odpady z piekarni
Bagassa
Drożdże piwowarskie
Drożdże piwowarskie (odwodnione)
Drożdże piwowarskie (suche)
Młóto (świeże/odwodnione)
Bioodpady
Krew (płynna)
Świeża maślanka (nie przeznaczona lub
nieprzydatna do spożycia)
Kazeina
Zawartość separatora tłuszczu
Koncentrat flotacyjny
Szlam poflotacyjny
Frytury
Warzywa (wybrakowane)
Odpady warzywne
Zboże (wybrakowane)
Odpady zbożowe
Wywar zbożowy z wyjątkiem nr 15
Wywar gorzelniany zbożowy
Pył zbożowy
7
254
58
344
43
42
94
308
61
74
83
32
392
15
43
81
562
40
26
254
272
22
18
172
Gliceryna
Odpady zielone z ogrodów prywatnych i
publicznych
Rośliny lecznicze i aromatyczne (wybrakowane)
Sok ziemniaczany z produkcji skrobi
Ziemniaki (wybrakowane)
Ziemniaki (kruszone o średniej zawartości skrobi;
nie przeznaczone lub nieprzydatne do spożycia)
Woda techniczna z produkcji skrobi
Wycierka ziemniaczana z produkcji skrobi
Skórki ziemniaczane
Wywar ziemniaczany z wyjątkiem numeru 27
Wywar gorzelniany ziemniaczany
Otręby
Skoncentrowana serwatka
Świeża serwatka
Zawartość żołądku (świni)
Mleko odtłuszczone świeże (nie przeznaczone lub
nieprzydatne do spożycia)
Odtłuszczone mleko w proszku
Melasa z produkcji cukru z buraków
Mleko (nie przeznaczone lub nieprzydatne do
spożycia)
Laktoza
Melasa polaktozowa
Melasa polaktozowa o niskiej zawartości białka
Serwatka z wyjątkiem numeru 40
Serwatka bezcukrowa sucha
Wywar owocowy i wytłoki z winogron (świeże /
nieprzetworzone)
Zawartość jelit
Ser (nie przeznaczone lub nieprzydatne do
spożycia)
Śruta rzepakowa po ekstrakcji
Makuch rzepakowy
Drobne części buraków (z produkcji cukru)
Serwatka skoncentrowana mleczna fermentowana
Serwatka skoncentrowana świeża
Kwiaty cięte (wybrakowane)
Odpady żywnościowe
Trawa przydrożna
Krew zwierząt
Wysłodki buraczane z produkcji cukru
Sieczka buraczana
421
43
58
11
92
66
3
61
66
18
17
270
44
18
27
33
363
166
70
378
91
69
18
298
49
33
92
274
317
50
42
20
55
57
43
83
64
64
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR
Odpady komunalne
Odpady komunalne również nadają się do produkcji biogazu. Osady ściekowe oraz odpady
gospodarstw domowych — to mieszanka substancji organicznych i nieorganicznych, przy
czym substancje organiczne służą surowcem dla produkcji biogazu.
8
Tabela 4. Parametry wybranych substratów z przemysłu przetwórczego
Substancja
sucha [%]
Emisja biogazu
[Nm3/t substratu]
Emisja biogazu
[Nm3/t oCP]
Zawartość
metanu [%]
Osady ściekowe
4
15
525
51
Odpady komunalne
(odpady organiczne)
40
123
615
60
Substrat
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR
3.2 RÓŻNE MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA
Biogaz w porównaniu z innymi źródłami energii odnawialnej jest bardzo elastyczny w użyciu
i jest stosowany w trzech ważnych obszarach (produkcja energii elektrycznej, ciepła, jako
paliwo). Biogaz można wykorzystywać w zdecentralizowanych elektrociepłowniach lub
wprowadzić jako oczyszczony i uzdatniony biogaz (biometan) do istniejącej sieci gazowej.
Ponadto uzdatniony biogaz można używać jako paliwo dla samochodów na gaz ziemny, w
dużych zakładach kogeneracji lub do produkcji ciepła w wysokowydajnych kotłach
kondensacyjnych (Rys. 1).
Rysunek 1: Możliwości wykorzystania biogazu i biometanu
Źródło: Rada ds. biogazu z. t.
Zdecentralizowana produkcja energii elektrycznej i ciepła
Wykorzystanie biogazu w zdecentralizowanym dostarczaniu energii pomaga zmniejszyć
import nośników energii oraz poprawić niezawodność w dostarczaniu energii, szczególnie na
obszarach wiejskich. Coraz więcej gospodarstw rolnych w Europie buduje biogazownie w
bezpośrednim sąsiedztwie swoich gospodarstw w celu zaopatrzenia siebie i okolicznych
wiosek w energię elektryczną i ciepło. Oprócz tego, pozostałości fermentacyjne z reaktora
mogą być używane w rolnictwie jako wysokiej jakości nawozy. Dzięki ciągłej dostępności
surowców biogaz, a zatem energię elektryczną i ciepło, można produkować całorocznie, i w
ten sposób tworzyć dodatkowe wsparcie ekonomiczne dla gospodarstw rolnych, co, z kolei,
pomaga zachowaniu stabilności i rozwojowi rolnictwa w kraju.
Liczba biogazowni na przykładzie Niemiec
Obecnie w Niemczech działa 6000-7000 biogazowni. Są to instalacje o mocy elektrycznej od
kilku kilowatów do kilku megawatów. Łączna moc elektryczna instalacji wynosi około
2730 MW (Rys. 2). Średnia moc elektryczna biogazowni wynosi ponad 380 kW. Wg danych
9
Specjalnej agencji ds. surowców odnawialnych (FNR) udział produkcji energii elektrycznej z
biogazu w roku 2010 wyniósł około 12,8 mld. kW/h, jest to około 2,1 % od całkowitego
zużycia energii elektrycznej w Niemczech, lub około 12,6 % od całości energii elektrycznej
wyprodukowanej z odnawialnych źródeł.
Obecnie dane dotyczące liczby biogazowni na Ukrainie nie są dostępne.
Rysunek 2: Zwiększenie liczby biogazowni i mocy elektrycznej w Niemczech
Źródło: FNR
Biometan jest paliwem o wysokiej wydajności
Biometan jest wysoko wydajnościowym paliwem dla pojazdów. Przy czym biomasa w
rozliczeniu na 1 ha powierzchni uprawnej wykorzystuje się najbardziej efektywnie w
porównaniu do innych rodzajów paliw (bioetanol, biodisel lub olej rzepakowy). Na Rys. 4
porównywane są różne rodzaje paliw.
10
Rysunek 3: Porównanie różnych rodzajów biopaliw
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR
3.3 TWORZENIE NOWYCH MIEJSC PRACY
Zdecentralizowany rozwój wykorzystania biogazu może sprzyjać rozwojowi miejscowej
gospodarki. Dzięki produkcji biogazu i biometanu z lokalnych zasobów tworzą się nowe
miejsca pracy na obszarach wiejskich. Dotyczy to przede wszystkim takich branż jak
rolnictwo, logistyka, usługi inżynierskie i budownictwo.
Popyt na surowce i pozostałości organiczne stwarza nowe możliwości sprzedaży dla
przedsiębiorstw rolnych, to z kolei prowadzi do bardziej racjonalnego planowania i
pojawiania się dodatkowych źródeł dochodu. Jako operatorzy lub współwłaściciele
biogazowni przedsiębiorstwa rolne biorą udział w tworzeniu wartości dodanej na poziomie
regionu sprzedając biogaz i wprowadzając go do sieci gazowej.
3.4 ZNACZNE OBNIŻENIE WPŁYWU CZŁOWIEKA NA KLIMAT
Biogaz jest klimatycznie neutralnym, ponieważ wykorzystywana biomasa, w ciągu okresu
wegetacji zbiera z atmosfery dwutlenek węgla, który później znowu uwalnia się pod czas
spalania biogazu lub biometanu. W idealnym przypadku można osiągnąć jego klimatycznie
neutralnego lub nawet pozytywnego wykorzystania. Oprócz tego, biogaz i biometan,
wykorzystywany w produkcji energii elektrycznej, zastępują paliwa kopalne, takie jak węgiel,
gaz ziemny i ropa naftowa, których stosowanie pociąga za sobą ogromną emisję gazów
cieplarnianych.
Unikanie emisji gazów cieplarnianych oraz poprawa równowagi składników
odżywczych dzięki stosowaniu nawozów zawierających pozostałości fermentacyjne
z produkcji biogazu
Pozostałości fermentacyjne z biogazowni są używane w rolnictwie jako nawozy. Pozostałości
fermentacyjne są pełnowartościowym nawozem, działanie którego jest podobne do nawozów
mineralnych. Pod względem chemicznym są one znacznie mniej agresywne, niż zwykły
obornik, zawartość azotu jest wyższa, a zapach mniej intensywny. Pozostałości fermentacyjne
zawierają znaczące ilości azotu łatwo dostępnego dla roślin, a ponadto — fosfor, potas, siarkę
11
oraz mikroelementy (Tabela 5). Składniki odżywcze w pozostałościach fermentacyjnych
mogą bardzo się różnić w zależności od używanego substratu.
Tabela 5. Skład pozostałości fermentacyjnych
Zawartość
Instalacja WS
Instalacja do
bioodpadów
Sucha masa
Równowaga kwasowo-zasadowa
Substancja organiczna (azotany)
Azot
Jon amonowy
Fosfor
Potas
7,00%
8,3
51 kg/t SM
4,7 kg/t SM
2,7 kg/t SM
1,8 kg/t SM
5,0 kg/t SM
6,10%
8,3
42 kg/t SM
4,8 kg/t SM
2,9 kg/t SM
1,8 kg/t SM
3,9 kg/t SM
Źródło: Badania «Biogas und Landwirtschaft» / «Biogaz i rolnictwo», Rada ds. biogazu, 2011)
3.5 ZMNIEJSZENIE IMPORTU ENERGII
Wykorzystanie biogazu sprzyja rozwojowi zdecentralizowanego zaopatrzenia w energię.
Biogaz, uzdatniony do jakości gazu ziemnego, może być wykorzystany zarówno dla
produkcji energii elektrycznej i ciepła w sektorze prywatnym i w przemyśle, i jako paliwo dla
samochodów na gaz. Tak więc, produkcja i wykorzystanie biogazu może mieć znaczący
wpływ na zmniejszenie importu energii i zwiększenie bezpieczeństwa dostaw.
4. POTENCJAŁ BIOGAZU I BIOMETANU NA UKRAINIE
Energetyczny potencjał biogazu i biometanu składa się z różnych potencjałów.
Należą do niech:
•
Potencjał powierzchni upraw roślin energetycznych
•
Teoretycznie możliwe potencjały tradycyjnych nawozów organicznych (gnojowica,
obornik, pomiot kurzy itp.)
•
Potencjał przemysłu przetwórczego (odpady organiczne)
•
Potencjał wykorzystania odpadów komunalnych
•
Zwiększenie efektywności w uprawianiu roślin energetycznych na 1 hektar
powierzchni
•
Różne potencjały możliwości wykorzystania biogazu, na przykład czysta produkcja
energii elektrycznej, produkcja energii elektrycznej i ciepła (elektrociepłownie) lub
wykorzystanie jako paliwa dla transportu
Kluczową rolę w rozwoju bioenergetyki i efektywnym wykorzystaniu istniejących
potencjałów odgrywają warunków polityczne i prawne oraz istniejąca infrastruktura.
Biogaz i biometan z odpadów z hodowli zwierząt
Przy określeniu teoretycznie możliwego biogazowego i biometanowego potencjału
uwzględniane są tylko te zwierzęta, które mają największy udział w całości krajowego
przemysłu hodowlanego i mogą w znacznym stopniu przyczynić się do produkcji biogazu.
Należą do nich świnie, krowy i drób.
12
Tabela 6. Ilość zwierząt hodowlanych na Ukrainie
Gatunek zwierząt
Ilość zwierząt [mln.]
7,48
2,59
199,52
1,74
Świnie
Krowy
Drób
Owce i kozy
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych Ukrstat, wg stanu na 2012 r.
Dalej należy określić ilość obornika, produkowanego przez jedno zwierzę. W tym celu
wykorzystano dane Profesjonalnej agencji ds. surowców odnawialnych (FNR) (Tabela 2).
Jakość i ilość obornika zależy od wieku zwierząt, oraz od warunków miejscowych. W
niektórych rejonach obornik ma wysoką zawartość swobodnej wody, która ma negatywny
wpływ na emisję biogazu.
Tabela 7. Produkcja obornika dla każdego gatunku zwierząt
Gatunek zwierząt
Świnie
Krowy
Drób
Owce i kozy
Ilość obornika
[m /zwierzo-miejsce x r.]
1,2-6,0
7,5-21,0
3
Ilość obornika
[m /100 zwierzo-miejsc x r.]
3
~ 7,5
—
—
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR
W wyniku obliczeń otrzymamy minimalną i maksymalną teoretycznie możliwą ilość obornika
dla jednego gatunku zwierząt (Tabela 8).
Tabela 8. Minimalna i maksymalna ilość obornika dla jednego gatunku zwierząt
Gatunek zwierząt
Świnie
Krowy
Drób
Owce i kozy
Ilość obornika
[m3/r.]
8976000
19425000
—
Maks. ilość obornika
[m3/r.]
44880000
54390000
14964000
—
Źródło: Opracowanie własne, Rada ds. biogazu
W celu określenia teoretycznie możliwego potencjału biogazowego i biometanowego
wykorzystywane są dane o emisji biogazu i biometanu. Dane przedstawiono w Tabeli 9.
Ilości produkowanego biogazu mogą być różne. Decydującym czynnikiem jest zawartość
suchej masy organicznej. Często zawartość suchej masy organicznej jest znacznie niższa, niż
podane wartości. Inną przyczyną może być różna jakość pasz i zależny od tego skład
substratu.
Tabela 9. Średnie wartości zależnej od substratu produkcji biogazu i biometanu
Gatunek zwierząt
Świnie
Krowy
Drób
Owce i kozy
Emisja biogazu
[Nm3/t]
28
25
140
—
Zawartość metanu
[%]
65
60
64
—
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych FNR
13
Emisja metanu
[Nm3/t]
17
14
90
—
Na podstawie określonej ilości obornika oraz z uwzględnieniem zależnej od substratu
produkcji biogazu i biometanu można określić tylko teoretycznie możliwe potencjały biogazu
i biometanu. (Tabela 10, 11).
Tabela 10. Teoretycznie możliwy potencjał biogazowy tradycyjnych nawozów organicznych
(gnojowica, obornik) na Ukrainie
Gatunek zwierząt
Świnie
Krowy
Drób
Owce i kozy
Całkowita emisja
Min. emisja biogazu
[mln. Nm3/r]
251,33
485,63
2094,96
—
2891,91
Maks. emisja biogazu
[mln. Nm3/r]
1256,64
1359,75
2094,96
—
4711,35
Źródło: Opracowanie własne, Rada ds. biogazu
Teoretycznie możliwy potencjał biogazowy odpadów organicznych z hodowli zwierząt
(gnojowica, obornik itp.) znajduje się w granicach 2,8—4,7 mld. Nm3/r (Tabela 10).
Tabela 11. Teoretycznie możliwy potencjał biometanowy tradycyjnych nawozów
organicznych (gnojowica, obornik) na Ukrainie
Gatunek zwierząt
Świnie
Krowy
Drób
Owce i kozy
Całkowita emisja
Min. emisja biogazu
[mln. Nm3/r]
152,59
271,95
1346,76
—
1771,30
Maks. emisja biogazu
[mln. Nm3/r]
762,96
761,46
1346,76
—
2871,18
Źródło: Opracowanie własne, Rada ds. biogazu
Teoretycznie możliwy potencjał biometanowy odpadów organicznych z hodowli zwierząt
(gnojowica, obornik itp.) znajduje się w granicach 1,8—2,9 mld. Nm3/r (Tabela 11).
Dodatkową przeszkodą dla najbardziej pełnego wykorzystania potencjałów jest słaba
infrastruktura lub niekiedy nawet jej brak. Inną trudnością jest to, że wiele małych
gospodarstw rolnych, które posiadają pogłowie bydła, nie są w stanie zebrać potrzebną dla
produkcji biogazu ilość odpadów organicznych. Udział takich przedsiębiorstw wynosi
obecnie około 50%. Skutkiem tego jest obniżenie potencjału biogazowego i biometanowego
na podstawie tradycyjnych nawozów organicznych na około 50% do 3,7 Nm3/r. biogazu oraz
2,4 Nm3/r. biometanu. W celu określenia dokładnych wyników należy określić stosowne
lokalizacje produkcji i uwzględnić miejscowe warunki ramowe.
Potencjał biogazowy roślin energetycznych i biomasy drzewnej
Powierzchnia Ukrainy wynosi 603700 km2 lub 60,4 mln. ha. Ze względu na ogromny
potencjał terytorialny oraz dużą powierzchnie gruntów rolnych, stosunkowo niską gęstość
zaludnienia i korzystne warunki klimatyczne kraj ma dobre warunki początkowe dla
produkcji, handlu i wykorzystania bioenergii. Oprócz tego, znacznym jest udział nieużytków
rolnych, pozostałych po rozpadzie Związku Radzieckiego. Ukraina ma około 7,9 mln. ha
nieużytków rolnych. Wynosi to około 13% ogółu powierzchni kraju. Dane nieużytki rolne
mogą być wykorzystane dla uprawiania roślin energetycznych. W Tabeli 12 przedstawiono
dostępne grunty i odpowiednią emisję biogazu.
14
Tabela 12. Biometanowy potencjał rolnictwa i leśnictwa
Nieużytki rolne 2030
7,9 mln. ha
(70% rekultywacja)
Emisja biometanu (nieużytki rolne w całości) 17,8 mld. Nm3/r.
Las 2030 (potencjał leśnictwa)
12,9 mln. t/r.
Emisja biometanu (las w całości)
2,5 mld. Nm3/r.
Łączny teoretycznie osiągalny
20,3 mld. Nm3/r.
potencjał biometanowy
Źródło: Opracowanie własne, „Potencjały w Europie Wschodniej”, Wykorzystanie energii
biomasy, Niemieckie centrum badań biomasyGmbH (DBFZ)
Jak widać z Tabeli 12, największe potencjały mają grunty rolne. Przy czym określony
biometanowy potencjał 7,9 mln. ha nieużytków rolnych wynosi około 17,8 mld. Nm3/r.
Znaczny potencjał ma uprawianie roślin energetycznych na nieużytkach rolnych i
zwiększenie wydajności w rozliczeniu na 1 ha powierzchni, oraz przetwarzanie
niewykorzystanych odpadów leśnictwa na biogaz i uprawianie szybko rosnących drzew na
terenach leśnych (Tabela 12). Produkcja biometanu z biomasy stałej (drewna) jest oparta na
innej technologii, tutaj biogaz jest produkowany drogą termochemicznej konwersji (a
mianowicie, gazyfikacji biogennego paliwa stałego (trocin) i dalszej metanizacji
wyprodukowanego syntez-gazu do biosyntetycznego gazu ziemnego). Technologia produkcji
biometanu z drewna różni się od technologii tradycyjnej produkcji biogazu. Mimo tego warto
uwzględnić ten potencjał, zwłaszcza w odniesieniu do transgranicznego handlu biometanem.
Biometanowy potencjał słomy
W ciągu lat 2008-2009 na Ukrainie wyprodukowano około 50 mln. t słomy. Większa część
słomy trafia do gruntów użytków rolnych jako źródło składników odżywczych i próchnicy
bezpośrednio po zbieraniu lub w mieszance z ekskrementami zwierząt — w postaci obornika,
po wykorzystaniu jej jako ściółki. Niektóre rodzaje słomy wykorzystywane są jako pasze,
bogate w błonnik, ale o niskiej wartości odżywczej. 20-40% słomy pozostają
niewykorzystane i nadają się do wykorzystania w produkcji energii. Jest to od 10 do 20 mln t
rocznie. Tak więc, określony potencjał biometanowy znajduje się, zależy od procesu i
pochodzenia słomy, w zakresie od 3,0 do 3,3 mld. Nm3/r.
Biogazowy potencjał odpadów komunalnych i przemysłu przetwórczego
Inne możliwości polegają na wykorzystaniu odpadów komunalnych (osady ściekowe, odpady
z gospodarstw domowych), oraz biogennych odpadów przemysłu (odpady spożywcze,
odpady przemysłowe itd.).
Wg danych ukraińskiego ministerstwa ekologii na jednego mieszkańca przypada średnio
około 220-250 kg śmieci. W miastach wartość ta wynosi około 330-380 kg na jednego
mieszkańca. Z 50 mln. m3 (14 mln. t) śmieci, powstałych na Ukrainie, ponad 95%
niesortowalnych i nieprzetworzonych odpadów wywożone są na składowiska — legalne, ale
w większości przypadków funkcjonujące bez przestrzegania podstawowych norm ochrony
środowiska, lub na nielegalne składowiska. W skali kraju działa około 50000 dużych
składowisk odpadów.
Wg danych Narodowego centrum ekologii Ukrainy obecnie na legalnych i nielegalnych
składowiskach znajduje się około 3 mld. m3 stałych odpadów. Około 3,5% śmieci utylizuje
się. Całkowita powierzchnia wszystkich składowisk na Ukrainie wynosi 7 mln. ha. Gazy,
które one emitują, na przykład metan (CH4) i dwutlenek węgla (CO2), są przyczyną
wysokiego poziomu emisji, silnie zanieczyszczającej środowisko. Ponadto, składowisk w
15
tych regionach są przyczyną wysokiego poziomu toksycznego zanieczyszczenia wód
gruntowych poprzez przesiąkanie wody deszczowej i toksyczne substancje chemiczne
zawarte w odpadach. Efekt cieplarniany metanu jest 21 razy większy niż CO2. Wykorzystanie
odpadów do produkcji biogazu może znacznie zmniejszyć emisję zanieczyszczeń.
Wyprodukowany biogaz może na miejscu zamieniać się na energie elektryczną lub cieplną na
elektrociepłowniach blokowych, a zaoszczędzone ilości emisji można sprzedawać jako
certyfikaty na emisję CO2 krajom, które emitują więcej gazów cieplarnianych, niż
dozwolono.
5. WNIOSKI
Łączny teoretycznie osiągalny potencjał dla produkcji biometanu wynosi około
26 mld. Nm3/r. Badany potencjał składa się z potencjałów produkcji biometanu z obornika,
oraz potencjału nieużytków rolnych dla uprawiania roślin energetycznych (kukurydzy, trawy,
zboża, buraków cukrowych itd.), biomasy drzewnej, słomy i odpadów komunalnych (śmieci,
ścieków) (Tabela 13).
Tabela 13. Cząstkowy i całkowity potencjał różnej biomasy na Ukrainie
Potencjał
[mld. Nm3/a]
Ekskrementy zwierząt
2,4
Nieużytki rolne dla uprawiania roślin energetycznych
17,8
Biomasa drzewna
2,5
Słoma
3,3
Gaz wysypiskowy
0,35
Osad ściekowy
0,15
Razem:
26,5
Biomasa
Źródło: Opracowanie własne
Bieżące zużycie gazu i teoretycznie osiągalny potencjał biometanu
W roku 2011 Ukraina importowała łącznie około 45 mld. m3 gazu ziemnego. Z tego około
40 mld. m3 dostarczono z Rosji przez rosyjskie przedsiębiorstwo „Gazprom”. Reszta gazu
(około 5 mld. m3) dostarczono przez spółkę „Ostchem Holding”, która wydobywa gaz na
własne potrzeby w celu zapewnienia działalności w sektorze chemicznym.
Całkowite roczne zużycie gazu ziemnego na Ukrainie w roku 2010 wyniosło około
44,2 mld. m3. W roku 2011 roczne zużycie gazu ziemnego wzrosło i wynosiło 45 mld. m3.
Taki nośnik energii jak gaz ziemny można byłoby w 59% zastąpić ukraińskim biometanem
(Rys. 4).
16
Rysunek 4: Udział teoretycznie osiągalnej ilości biometanu
w całkowitym zużyciu gazu ziemnego na Ukrainie
Źródło: Rada ds. biogazu
Daje to następujące korzyści:
•
Zmniejszenie uzależnienia od importu. Około 60% gazu ziemnego, który obecnie jest
importowany, można byłoby zastąpić biometanem (Rys. 4).
•
Optymalne i efektywne wykorzystanie istniejącej infrastruktury. Należą do niej nie
tylko ukraińskie sieci gazowe i elektryczne, ale również wiele kotłowni i elektrowni,
które produkują na Ukrainie znaczną część energii elektrycznej i cieplnej. Dzięki
poprawie efektywności energetycznej udałoby się zaoszczędzić jeszcze większe ilości
zużywanego gazu.
•
Znaczące zmniejszenie emisji CO2 dzięki wykorzystaniu biometanu.
•
Sprzedaż wyprodukowanego biometanu do krajów UE. To wzmocni rolę Ukrainy jako
ważnego kraju tranzytowego, i przyczyni się do pełnego wykorzystania potencjału
posiadanych sieci.
•
Duże zainteresowanie ukraińskim rynkiem energetycznym ze strony inwestorów
zagranicznych.
•
Tworzenie miejsc pracy w skali kraju, rekultywacja nieużytków rolnych itp. Zob.
zalety produkcji i wykorzystania biogazu.
•
Szybka integracja Ukrainy z Unią Europejską, co wiąże się ze spełnianiem wymagań
Europejskiej Wspólnoty Energetycznej.
Opracował Stanisław Rudnicki, Ekspert
Wydział Promocji Handlu i Inwestycji Ambasady RP w Kijowie
na podstawie raportu „Produkcja i wykorzystanie biogazu na Ukrainie”, sporządzonego w maju 2012 przez
Biogasrat+ e.V. (www.biogasrat.de),
oraz opracowania uzupełniającego sporządzonego przez p. Wolframa Reboka i p. Marzenę Ilczuk, —
specjalistów ds. prawa energetycznego z Kancelarii Arzinger.
17