Pobierz

Wpływ redukcji emisji CO2 na
sektor biopaliw transportowych
mgr. inż. Michał Sikora
Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie
decyzji numer DEC-2011/01/B/HS4/04988.
Kryteria Zrównoważonego Rozwoju (KZR) dla biopaliw
produkowanych lub importowanych do UE (załącznik V
do Dyrektywy 2009/28/WE
1.
Ograniczenie emisji CO2 jakie musi spełnić każde z produkowanych lub
importowanych biopaliw:
– Nie mniej niż 35% od 01.04.2013 r. dla instalacji uruchomionych przed 23.01.2008
– Nie mniej niż 50% od 01.01.2017 r.
– Nie mniej niż 60% od 01.01.2018 r. dla instalacji uruchomionych po 31.12.2016
2. Biopaliwa nie mogą być wytwarzane z roślin uprawianych na terenach o wysokiej
wartości przyrodniczej, terenach chronionego krajobrazu. Celem jest zachowanie
wysokiego stopnia bioróżnorodności oraz nienaruszalności tych terenów.
KRZ do prawa polskiego zostaną zaimplementowane 1 stycznia 2014 w momencie
wejścia w życie nowelizacji Ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i
biopaliwach ciekłych
Źródło: Załącznik V do Dyrektywy 2009/28/WE
Pańczyszyn T. , Praktyczne aspekty nowelizacji ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych w kontekście implementacji Dyrektywy
2009/28/WE, Konferencja – Biopaliwa. Jaka przyszłość krajowego łańcucha wytwórczego biokomponentów Centrum EXPO XXI w Warszawie,
Zestawienie rodzajów biopaliw w stosunku do
spełnienia progów KZR
2018
2017
2013
Źródło: Dyrektywa 2009/28/WE
Obliczanie emisji GHG dla biopaliw transportowych
E = eec + el – esca + ep – eee – eccs – eccr + etd + eu
emisje związane z
uprawą gruntów
emisje związane z procesami
produkcyjnymi
• ep – emisja z procesów technologicznych:
• Składowe ep dla instalacji produkcji bioetanolu
– Zdecydowanie dominujący udział we wskaźniku ep dla zakładów
produkujących bioetanol mają emisje powstające podczas produkcji ciepła
– Znaczna „oszczędność” następuje w wyniku produkcji energii w CHP
Do obliczania rzeczywistych poziomów redukcji emisji CO2 dla biopaliw
transportowych KE zatwierdziła dn. 30.05.2013 metodykę BioGrace jako kalkulator
zalecany w certyfikacji nieobowiązkowej
Źródło: Załącznik V do Dyrektywy 2009/28/WE; DECYZJA WYKONAWCZA KOMISJI z dnia 30 maja 2013 r. w sprawie zatwierdzenia systemu „narzędzie do obliczania emisji
gazów cieplarnianych Biograce” w odniesieniu do wykazania zgodności z kryteriami zrównoważonego rozwoju zgodnie z dyrektywami Parlamentu Europejskiego i Rady
98/70/WE oraz 2009/28/WE (2013/256/UE)
Emisja GHG w procesie produkcji bioetanolu
Emisja standardowa dla bioetanolu produkowanego z pszenicy (gaz
ziemny CHP jako paliwo technologiczne)
•
•
•
Emisja dla benzyny bezołowiowej – 83,8 gCO2,eq/MJ
Standardowa wartość redukcji emisji dla tego biopaliwa – 47%
Emisja standardowa dla bioetanolu z pszenicy:
emisja standardowa z upraw pszenicy:
23,3 gCO2,eq/MJ
emisja standardowa dla procesów technologicznych:
18,9 gCO2,eq/MJ
emisja z transportu surowców i półproduktów: 1,9 gCO2,eq/MJ
Suma:
44,1 gCO2,eq/MJ
•
Maksymalna emisja dla bioetanolu z pszenicy (gaz ziemny CHP) w 2017 r:
33,9 gCO2,eq/MJ
Maksymalna emisja procesów produkcyjnych w roku 2017 r, przy zastosowaniu
współczynnika redukcyjnego dla emisyjności nawozów azotowych z upraw oraz
standardowych wartości dla transportu i dystrybucji:
12,6 gCO2,eq/MJ
•
Aby spełnić wymagania dyrektywy konieczne jest zastosowanie wartości rzeczywistych w
obliczaniu emisji GHG dla biopaliw transportowych!!!
Źródło: Obliczenia własne na podstawie danych zamieszczonych w narzędziu BioGrace 4.0 c
Omówienie wskaźnika ILUC (Indirect land use change)
•
Wskaźnik ILUC (Indirect land use change) – pośrednia zmiana użytkowania gruntów
wynikająca z rozwoju upraw na potrzeby biopaliw, które odnoszą się do niezamierzonych
konsekwencji zwiększenia emisji dwutlenku węgla ze względu na zmianę sposobu
użytkowania gruntów na całym świecie wywołanych przez ekspansję upraw przeznaczonych
do produkcji bioetanolu estrów metylowych kwasów tłuszczowych w odpowiedzi na wzrost
globalnego zapotrzebowania na biopaliwa.
•
Dodatkowe naliczenia z racji wskaźnika ILUC (model IFPRI MIRAGE – International Food
Policy Research Institute; Washington, DC)
Pszenica
Kukurydza
Burak cukrowy
Trzcina cukrowa
Soja
Słonecznik
Rzepak
Palma
–
Wartość naliczenia emisji w ramach
ILUC [gCO2eq/MJ]
14
10
7
15
56
54
55
54
Ze względu na fakt, iż większość biopaliw w Polsce wytwarzana jest z surowców pochodzenia krajowego, wskaźnik
ILUC nie będzie miał zastosowania w odniesieniu do większości polskich zakładów.
Źródło: ITWL, Analiza wypełnienia przez biokomponenty, wytwarzane w istniejących instalacjach i wykorzystywane do wytwarzania paliw ciekłych i biopaliw ciekłych, kryteriów
zrównoważonego rozwoju zawartych w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, pod
kątem wprowadzania w nich zmian technologicznych lub zastąpienia nowymi, zapewniającymi spełnienie powyższych kryteriów, Warszawa 2012
Proponowane zmiany w KZR dla biopaliw
transportowych
• Rezolucja ustawodawcza Parlamentu Europejskiego z dnia
11.09.2013 r. w sprawie wniosku legislacyjnego KE:
– Ograniczenie celu ilościowego dla biopaliw I-generacji do 6%,
– Adaptacja pośredniej zmiany sposobu użytkowania gruntów w kalkulacji
emisji gazów cieplarnianych – ILUC (poprawa współczynników w
Dyrektywie),
– 2.5 % cel pośredni dla biopaliw zaawansowanych w 2020 r., 0.5 % w
2020 r. bez wielokrotnego naliczania (dodatkowa stymulacja rozwoju
biopaliw II – generacji)
– Poczwórne naliczanie biopaliw z alg, bakterii, odnawialnych paliw
ciekłych i gazowych pochodzenia niebiologicznego, wykorzystania CO2
na potrzeby transportu
– Biodiesel produkowany z olejów posmażalniczych i tłuszczy zwierzęcych
nie wliczany do „biopaliw zaawansowanych”
– 7,5% cel pośredni dla bioetanolu w benzynach
– Rewizja metodyki wyliczeń ILUC przez KE do 30.06.2016 r. i ich
wprowadzenie do kalkulacji emisji GHG z biopaliw I-generacji od 2020 r.
Obliczenia redukcji emisji CO2 dla zakładu prowadzącego IIfazową produkcję bioetanolu z pszenicy
Wariant
Wartość
dobowej
produkcji
[dm3]
Ilość zużytego
węgla
kamiennego
do opalania
kotła
parowego w
zakładzie [kg]
Ilość zużytego
owsa do
opalania
kotła
parowego w
zakładzie [kg]
Wartość
emisji CO2 na
1 MJ
bioetanolu
[gCO2 eq/MJ]
Rzeczywista
wartość
redukcji emisji
CO2[%]
1.
2237
2553
2239
101,4
2
2.
2237
2553
2239
101,4
0
Standardowa
redukcja emisji
CO2 (zał. V do
Dyrektywy
2009/28/WE)
17%
Kolor czerwony - wartości wyliczone BEZ zastosowania współczynnika rzeczywistej emisyjności dla nawozów azotowych w Polsce – zgodnie z metodyką opracowaną
przez IUNG - PIB
Źródło: Obliczenia własne na podstawie danych rzeczywistych
Obliczenia redukcji emisji CO2 dla zakładu
prowadzącego I-fazową produkcję bioetanolu z melasy
Ilość
zużytego
gazu
ziemnego
[m3]
Emisje powstające
podczas produkcji
melasy
wykorzystanej do
wytworzenia
bioetanolu
[gCO2eq]
Emisja CO2
na 1 Mj
bioetanolu
[gCO2
eq/MJ]
Wartość
redukcji emisji
CO2 dla
biopaliwa
obliczona w
Biograce [%]
26400
9400
nie uwzględniono
45,96
45
melasa jako półprodukt
(uwzględniona emisyjność melasy,
energia wykorzystana do jej
wytworzenia pochodziła jedynie ze
spalania gazu ziemnego)
26400
9400
1339888
48,30
42
melasa jako półprodukt
(uwzględniona emisyjność melasy,
energia wykorzystana do jej
wytworzenia pochodziła jedynie ze
spalania węgla kamiennego )
26400
9400
2252307
49,90
41
Wariant
Wartość
dobowej
produkcji
w
zakładzie
[dm3]
melasa jako odpad (brak
uwzględnionej emisyjności melasy)
Standardowa redukcja emisji CO2
(zał. V do Dyrektywy
2009/28/WE)
Źródło: Obliczenia własne na podstawie danych rzeczywistych
Emisyjność produkcji melasy obliczona na podstawie: Informacje bezpośredniej od pracowników WIP SGGW
52%
Zestawienie uzyskanych wyników obliczeń: wpływ
zastosowanej metody odwadniania etanolu na wartość
stopnia redukcji emisji CO2
Rodzaj metody odwadniania
etanolu
Ilość energii
ilość
przypadająca na
wyprodukowane
odwodnienie
go bioetanolu
[MJ/kg
[dm3]
bioetanolu]
Emisja CO2 na
produkcję
określonej
ilości alkoholu
[gCO2 eq/MJ]
Wartość redukcji
emisji CO2 dla
biopaliwa obliczona
w Biograce [%]
Destylacja azeotropowa
12,39
26400
58,63
34
Destylacja ekstrakcyjna
10,70
26400
54,46
37
Perwaporacja (membrana)
7,25
26400
45,96
45
W zależności od metody odwadniania, możliwa zmiana wartości redukcji emisji CO2 do ok. 11% !!
Źródło: Obliczenia własne na podstawie: Sanchez O. J., Moncada J. A., Cardona C.A., Modeling and Simulation Of Ethanol Dehydration by Pervaporation and Energy
Analysis of Separation Schemas for Fuel Ethanol Production, 2008
Wpływ KZR na sektor biopaliw transportowych
• Wprowadzenie KZR wraz z koniecznością sprawozdawczości dla
podmiotów realizujących NCW generuje koszty, które obciążą
przemysł biopaliwowy
• Brak jednoznacznego stanowiska w sprawie stosowania ILUC w
Polsce (obecnie brak stosowania)
• Forsowanie rozwoju biopaliw II generacji– ograniczenie produkcji i
stosowania biopaliw I – generacji
• Przyjęcie w najbliższym czasie maksymalnego stopnia wykorzystania
biopaliw I-generacji na poniżej 5% lub mniej odbije się negatywnie
na sektorze biopaliwowym
• Wiele zakładów wytwórczych realizujących obecnie NCW, a nie
spełniających kryteriów redukcji emisji CO2 na lata 2016-17 zostanie
wykluczonych z jego realizacji
• Konieczność natychmiastowej weryfikacji poziomu redukcji emisji
CO2 dla każdego z zakładów osobno – uzyskanie wartości
rzeczywistych
Szanse poprawy redukcji emisji CO2 dla zakładów
produkujących bioetanol
• Zaniechanie produkcji II – fazowej, w której półproduktem jest
etanol wytwarzany w zakładach o wysokiej energochłonności –
spełnienie KZR możliwe jedynie przy całkowitej zmianie procesu
produkcyjnego
• Zaniechanie stosowania węgla kamiennego/brunatnego do
wytwarzania ciepła w zakładach, na rzecz gazu ziemnego (najlepiej
w CHP)
• Wykonanie optymalizacji procesu produkcyjnego w zakładzie pod
kątem energetycznym
• Wykonanie rzeczywistych kalkulacji emisji GHG
• Zastosowanie podczas kalkulacji emisji GHG współczynników
redukcyjnych dla rzeczywistej emisyjności nawozów azotowych
produkowanych w Polsce przez IUNG - PIB
Szanse poprawy redukcji emisji CO2 dla zakładów
produkujących bioetanol
• Wprowadzenie (o ile możliwe) poprawy agrotechniki ,podczas
uprawy surowców, zmierzającej do zwiększenia sekwestracji węgla
organicznego w glebach – zgodnie zaleceniami IUNG-PIB, BioEnergia (publikacja pt. „Sekwestracja węgla organicznego w glebach
Polski jako sposób na ograniczenie gazów cieplarnianych w cyklu
życia bioetanolu i biodiesla (LCA)”)
• Ograniczenie transportu surowców wykorzystywanych w procesach
produkcyjnych (500 km to zmiana wartości redukcji emisji CO2 o ok.
3 %)
• Zmiana metody odwaniania etanolu na charakteryzującą się
możliwie najniższą emisyjnością (perwaporacja membranowa)
• Zmiana stosowanego w produkcji surowca na „mniej
energochłonny”, przykład : melasa buraczana
Dziękuję serdecznie za uwagę
mgr. inż. Michał Sikora
e-mail: [email protected]
Telefon: 513238846
Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie
decyzji numer DEC-2011/01/B/HS4/04988.