Praktyczne aspekty wykorzystania odnawialnych źródeł energii

Transkrypt

Praktyczne aspekty
wykorzystania odnawialnych
ródeł energii
Rafał Bal, Jacek Bieranowski, Janusz Budny, Anna Edyta Gutowska,
Maciej Neugebauer, Janusz Piechocki, Stefan Szczukowski, Stanisław Paniczko,
Piotr Szutkiewicz, Józef Tworkowski, Andrzej Stanisław Zaman
Białystok 2005
Praktyczne aspekty wykorzystania odnawialnych ródeł energii
___________________________________________________________________________
SPIS TRE CI
1. Je li nie w giel to… co? - kilka słów na temat rozwoju odnawialnych ródeł
energii na terenie Województwa Podlaskiego (P. Szutkiewicz)…………..……. 1
2. Odnawialne ródła energii i mo liwo ci ich praktycznego wykorzystania (R.
Bal, J. Piechocki) ………………………………………………. …………………….…6
3. Zmiany w produkcji i wykorzystaniu biomasy w Polsce (S. Szczukowski, J.
Tworkowski) .....................................................................................................................23
4. Ro liny energetyczne przydatne do uprawy na terenie województwa
podlaskiego (A. S. Zaman) …………………………………..……………..………..29
5. Biomasa – ro liny energetyczne (A. E. Gutowska) ……………...…..…..………32
6. Uprawa wierzby energetycznej (J. Tworkowski, S. Szczukowski) ………….…..37
7. Energetyczna i ekologiczna ocena biomasy drzewnej na tle paliw
konwencjonalnych (J. Budny) …………………………………….………………...46
8. Propozycja wzorca wykorzystania biomasy drzewnej do celów
energetycznych (J. Budny) ...………………………………………………………...52
9. Energia geotermiczna (M. Neugebauer, J. Piechocki) ………………….………..57
10. Pompy ciepła (S. Paniczko) ………………………...………………………………..66
11. Biodiesel – ekologiczne ródło energii odnawialnej (J. Bieranowski) ………..71
12. Rola odnawialnych ródeł energii w zaspokajaniu lokalnych potrzeb
energetycznych (R. Bal, J. Piechocki) ………………….…………………………..86
___________________________________________________________________________
Je li nie w giel to… co? - kilka słów na temat rozwoju
odnawialnych ródeł energii na terenie województwa podlaskiego
Piotr Szutkiewicz
Dyrektor Podlaskiej Agencji Zarz dzania Energi
Prawodawstwo UE do
szczegółowo reguluje kwestie dotycz ce energetyki.
Dotyczy to zarówno zasad funkcjonowania rynku energii elektrycznej jak i sposobów
jej wytwarzania. Cze tych przepisów odnosi si do wykorzystania alternatywnych
wobec paliw kopalnych tzw. odnawialnych ródeł energii. Chodzi tu zwłaszcza
o ródła wykorzystuj ce energi słoneczn wyst puj c w rozmaitych postaciach,
w szczególno ci promieniowania słonecznego, energii wiatru, czy biomasy, a tak e
energi
kinetyczn
płyn cej wody i wewn trzne ciepło Ziemi. Do cech
charakterystycznych OZE nale y przede wszystkim to, e: s
praktycznie
niewyczerpalne, ich zasoby uzupełniane s nieustannie w procesach naturalnych,
mog dostarcza energii we wszystkich formach (cieplna, elektryczna, paliwa
silnikowe), koszt paliwa (wiatr, woda, energia słoneczna, czy ciepło Ziemi) jest
zerowy, z reguły nie zanieczyszczaj rodowiska. Przy obecnym poziomie cywilizacji
technicznej za odnawialne ródło energii mo na w pewnym sensie uzna tak e t
cz
odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadaje si do energetycznego
przetworzenia, zwłaszcza tworzywa sztuczne. Obecnie udział tych ródeł w bilansie
energetycznym Polski jest minimalny i nie przekracza 1% (wg niektórych szacunków
2, 5%).
Opracowana w listopadzie 1997 r. przez Komisj Europejsk tzw. "Biała Ksi ga
Energetyki Odnawialnej" zało yła dwukrotny wzrost udziału odnawialnych ródeł
energii w bilansie energetycznym Unii Europejskiej do roku 2010 (do poziomu 12%
w zaspokajaniu zapotrzebowania UE na energi pierwotn ). By go osi gn , ka de
z pa stw członkowskich zostało zobowi zane do wyznaczenia minimalnego
procentowego udziału energii zyskiwanej ze ródeł odnawialnych w bilansie
krajowym. Przyj ta przez Sejm RP strategia rozwoju energetyki odnawialnej
stanowi ca odpowied na zalecenia zawarte w Białej Ksi dze zakłada, e udział
energii odnawialnej w bilansie paliwowo - energetycznym kraju do roku 2010 si gnie
7,5%.
Oprócz sprostania ogólnym zaleceniom, po 1 maja tego roku Polska stan ła
przed konieczno ci wdro enia konkretnych rozwi za systemowych i technicznych.
Ich skutki b d odczuwalne nie tylko na poziomie centralnym, ale tak e na poziomie
województw, poszczególnych gmin, przedsi biorstw energetyki cieplnej, zakładów
komunalnych i firm zajmuj cych si wytwarzaniem energii b d gospodark
surowcami, które mog by wykorzystywane do jej produkcji. Obecna sytuacja ma
cechy okresu przej ciowego.
Je li chodzi o województwo podlaskie, to zakres widocznych zmian na rynku
energii i paliw odnawialnych nie jest jeszcze zbyt wielki. Niektóre gminy przymierzaj
si do unowocze nienia systemów zaopatrzenia w energi znajduj cych si na ich
terenie, wzbogacaj c je o obiekty wykorzystuj ce odnawialne ródła energii, prywatni
przedsi biorcy ostro nie badaj
mo liwo ci prowadzenia upraw ro lin
energetycznych, powstaj pierwsze firmy, które sonduj rynek zwi zany z handlem
zr bkami, przerobem i dostawami paliw powstałych na bazie odpadów komunalnych.
Du e firmy energetyczne antycypuj c zmiany przepisów próbuj okre li , jakie
innowacje technologiczne (jest to ju etap poszukiwania konkretnych rozwi za
1
___________________________________________________________________________
technicznych i urz dze ) musz wprowadzi , aby wprowadzi współspalanie
biomasy i odpadów w tradycyjnych kotłach w glowych. Mamy wi c do czynienia ze
stanem wyczekiwania i przygl dania si temu, co przyniesie najbli sza przyszło .
Kształtowa j b d , z jednej strony - dost pno funduszy unijnych mo liwych do
wykorzystania na inwestycje zwi zane z energetyk , z drugiej- siła, z jak pa stwo
b dzie egzekwowa unijne dyrektywy i zało enia przyj te w strategii rozwoju polskiej
energetyki. O tym, e dzieje si to nie zawsze z jednakow moc wiadczy cho by,
w praktyce martwy, zapis o konieczno ci opracowywania przez gminy zało e do
planów zaopatrzenia w ciepło i w energi elektryczn .
Jaka b dzie przyszło
energetyki odnawialnej na terenie województwa
podlaskiego? Jednej rzeczy mo emy by pewni - zgodnie z wytycznymi UE b dzie
wzrastał udział paliw odnawialnych w wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła przez
du e firmy energetyczne. Prawo energetyczne, ju teraz, wskazuje na obowi zek
zakupywania przez zakłady energetyczne okre lonej ilo ci energii pochodz cej
z odnawialnych ródeł energii. Wytwórcy energii, widz c w tym sposób na
zagwarantowanie zbytu na swoje produkty – a przynajmniej t ich cz
, któr musi
od nich (bo ma taki ustawowy obowi zek) zakupi dystrybutor energii elektrycznej,
prowadz analizy i prace zmierzaj ce do zmodyfikowania swoich procesów
technologicznych, tak aby w kotłach w glowych mo na było spala miał w glowy
zmieszany ze zr bkami, wst pnie posegregowanymi odpadami komunalnymi b d
paliwami b d cymi ich pochodnymi. Nie mog przy tym ogranicza si tylko do
wyboru urz dze czy metod. Spraw najtrudniejsz jest wypracowanie modelu
współpracy wszystkich zainteresowanych stron - od władz samorz dowych,
w których gestii pozostaj zakłady utylizacji odpadów komunalnych, nadle nictwa
zarz dzaj ce zasobami drewna opałowego i zr bków, po firmy zajmuj ce si
oczyszczaniem miasta b d obrotem paliwami odnawialnymi.
W obecnej sytuacji w kontek cie naszych lokalnych uwarunkowa nale y
wskaza w tym momencie na dwie kwestie: w najbli szych latach nale y spodziewa
si coraz wi kszego nacisku na redukcj liczby odpadów komunalnych i konieczno
ich zagospodarowywania nie na drodze prostego składowania poprzedzonego mniej
lub bardziej dokładn , wieloetapow segregacj , ale takiej organizacji systemów ich
zbiórki i selekcji, który umo liwi wytwarzanie z nich energii elektrycznej i ciepła, b d
przetwarzania na półprodukty wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych lub
w przemy le chemicznym. Stanowi to chyba jedyn racjonaln alternatyw
w stosunku do innej dost pnej metody przeróbki, jak jest kompostowanie.
Konieczno
takiego sposobu zagospodarowania odpadów wynika bowiem
po rednio z dyrektywy Unii Europejskiej 99/31/EC z dnia 26 kwietnia 1999r.
w sprawie składowania odpadów w okresie nie dłu szym ni 5 lat. Stwierdza ona m.
in., e:
1. W okresie nie dłu szym ni 5 lat (liczonych od roku 2001, dokładn dat
graniczn okre la dyrektywa) kierowane na składowiska odpady komunalne, które
ulegaj biodegradacji, musz zosta zredukowane do 75% (wagowych) całkowitej
masy odpadów komunalnych ulegaj cych biodegradacji wytworzonych w 1995 roku,
lub w ostatnim roku poprzedzaj cym rok 1995, dla którego s osi galne
standaryzowane dane EUROSTATU;
2. W okresie nie dłu szym ni 8 lat (sposób liczenia- j.w.), kierowane na
składowiska odpady komunalne, które ulegaj biodegradacji, musz zosta
zredukowane do 50% (wagowych) całkowitej masy odpadów komunalnych
ulegaj cych biodegradacji wytworzonych w 1995 roku, lub w ostatnim roku
2
___________________________________________________________________________
poprzedzaj cym rok 1995, dla którego s osi galne standaryzowane dane
EUROSTATU;
Dodatkowo, uzgodniona niedawno przez Parlament Europejski i rad Ministrów
UE dyrektywa o odpowiedzialno ci za ska enie rodowiska przez przedsi biorstwa
według zasady "truciciel płaci". (dotyczy to ska enia wód, strat poczynionych w
gatunkach chronionych i naturalnym rodowisku, a tak e ska enia gruntów) pokazuje
ogólny kierunek zmian zachodz cych w gospodarce odpadami komunalnymi.
Mówi c kolokwialnie: tradycyjne metody polegaj ce na usypywaniu piramid
zło onych ze mieci wytwarzanych przez gospodarstwa domowe i zakłady
przemysłowe w ci gu kilku najbli szych lat stan si na tyle kosztowne i obło one
ró norakimi sankcjami finansowo-prawnymi, e wymusi to wdro enie innych metod
ich przerobu, a produkcja energii w oparciu o odpady komunalne stanie si
praktycznie jedyn mo liw do wykorzystania alternatyw .
Nale y to potraktowa jako wskazówk dla inwestorów poszukuj cych nowych
obszarów działalno ci: odpady komunalne - ich zbiórka, przetwarzanie, utylizacja,
logistyka zwi zana z ich dostarczaniem ju wkrótce mo e sta si
ródłem do
poka nych zysków, a ju teraz stanowi obszar, na którym wyst puje nasilona walka
o rynek. W skali województwa podlaskiego istniej ca ilo
odpadów pozwala na
powstanie maksymalnie dwóch- trzech du ych instalacji, w których odpady
komunalne b d przetwarzane na energi elektryczn , ciepln , b d inne paliwa
(gaz syntezowy, etanol, itp.). Powstanie cho by jednej z nich spowoduje kolosalne
zmiany w sposobie, w jaki obecnie traktowane s takie odpady.
Z niechcianego balastu i masy, która po prostu jest przysypywana warstw ziemi
stan si cennym i poszukiwanym surowcem energetycznym, a moce przerobowe
takiego obiektu mog mie efekt w postaci powstania firm dostarczaj cych odpady
z miejsc nieraz odległych od miejsca działania instalacji.
Jest tylko kwesti czasu kiedy - w post pie logarytmicznym - rosn
b dzie
równie zapotrzebowanie na inne paliwa, które w wietle Prawa energetycznego
i stosownych rozporz dze s uznawane za odnawialne ródła energii, tak cenne
z punktu widzenia energetyki zawodowej. Chodzi tu zarówno o susz le ny i zr bki
b d ce w gestii nadle nictw jak i ro liny energetyczne pochodz ce ze specjalnych
upraw. Je li chodzi o te ostatnie, to opis sytuacji mo na zamkn jednym zdaniem:
w naszym regionie nie ma licz cych si upraw, upraw bo nie ma odbiorców, a nie ma
odbiorców, bo nie ma upraw. Te które istniej mo na uzna za działalno quasi
hobbistyczn .
Du y wpływ na obraz sytuacji panuj cej w energetyce na terenie Podlasia ma
te aktywno gmin. Dla wielu z nich kwesti priorytetow stanowi budowa systemów
kanalizacyjnych, czy dróg, ale ju
nie kosztownych obiektów zwi zanych
z energetyk czy rozwijaniem upraw ro lin energetycznych. Wobec wieloletnich
zaniedba w tych obszarach naprawd trudno si dziwi takiej kolejno ci priorytetów.
Z ankiety przeprowadzonej w kwietniu br. przez Podlask Agencj Zarz dzania
Energi wynika, e wi kszo gmin na terenie Podlasia nie dysponuje zało eniami
do planów zaopatrzenia w ciepło i w energi elektryczn a, co za tym idzie,
wi kszego rozeznania swoich potrzeb i mo liwo ci zwi zanych z rozwojem
energetyki, mimo, e prawo energetyczne nakłada na gminy obowi zek opracowania
takich zało e . Nie chodzi tu o to, aby gani za to gminy, które dysponuj przecie
szczupłymi nieraz bud etami i z ledwo ci wygospodarowuj
rodki na realizacj
najbardziej pilnych zada . Chodzi tu raczej o zach cenie do bardziej
perspektywicznego traktowania przez wójtów i burmistrzów spraw zwi zanych
z energetyk . W sytuacji, w której gminy b d chciały realizowa inwestycje
3
___________________________________________________________________________
zwi zane z energetyk , bez wzgl du na to, czy b d one prowadzone w oparciu
o fundusze strukturalne, pieni dze pochodz ce z WFO iGW, EkoFunduszu czy z
kieszeni prywatnego inwestora brak takich dokumentów mo e by powa n
przeszkod , która powa nie utrudni proces inwestycyjny, nie mówi c ju o
oczywistym zmniejszeniu szans na skuteczne ubieganie si o rodki na takie
przedsi wzi cia. Marginalne traktowanie tych spraw przez władze samorz dowe jest
równoznaczne z obni aniem atrakcyjno ci inwestycyjnej obszaru gminy czy
miejscowo ci. Z naszych obserwacji wynika, e z dnia na dzie wzrasta liczba firm z
bran y energetycznej, które penetruj teren naszego województwa w poszukiwaniu
mo liwo ci inwestowania na naszym terenie. Nie trudno zgadn , e o wiele wi kszy
„magnes” stanowi b d te gminy, które zaoferuj inwestorom najlepsze mo liwe
warunki, w tym klarown sytuacj formalno- prawn rozumian jako solidnie
przygotowane zało enia do wy ej wspomnianych planów zaopatrzenia.
PAZE jako instytucja nie ro ci sobie prawa do snucia zbyt dalekowzrocznych
wizji i planów. Na podstawie naszych kontaktów z osobami, które maj ju pierwsze
do wiadczenia zwi zane z odnawialnymi ródłami energi mo na jedynie, na
zako czenie, pokusi si o kilka wniosków czy raczej podpowiedzi.
Co warto robi czekaj c na wyklarowanie si sytuacji na rynku odnawialnych
ródeł energii? Z pewno ci warto zainteresowa si ro linami energetycznymi,
pami taj c, e oprócz wierzby istnieje cała gama innych ro lin nadaj cych si do
spalania, które rosn w naszym klimacie, takich jak rodzime trawy ł kowe, które
mog produkowa rocznie od 1,5 do 4,5 tony /ha celulozy, (tu ciekawostka: 40-letni
bór sosnowy produkuje zaledwie około 1t/ha tej energetycznej substancji),
topinambur czy malwa pensylwa ska. Nie zapominajmy, e spore walory
energetyczne ma ziarno owsa (instalacja wykorzystuj ca jako paliwo ziarno tej
ro liny działa ju w Polsce w gminie Miechów-woj. małopolskie) czy ro liny bagienne
wyst puj ce obficie w na terenie parków narodowych: Narwia skiego
i Biebrza skiego. Warto organizowa si w grupy producenckie, warto te pami ta
o kwestiach zwi zanych z logistyk : pewn
sztuk
jest hodowla ro lin
energetycznych, ale sztuk jeszcze wi ksz jest ich zebranie i transport. W polskich
realiach ci gle nie dysponujemy specjalistyczn maszyn do zbioru wierzby
energetycznej ani systemem dróg, który zapewniałby sprawny odbiór biomasy
pozyskiwanej na terenach wiejskich, nieraz na gruntach podmokłych. Nale y
zastanowi si , czy w naszych warunkach, w których prywatnych inwestorów nie sta
na nowoczesne i wydajne turbiny wiatrowe warto – zwłaszcza w gminach gdzie
wi kszo jej mieszka ców czerpie dochody z agroturystyki warto psu krajobrazstanowi cy jeden z najwi kszych walorów naszego województwa u ywanymi
przestarzałymi turbinami wiatrowymi demontowanymi w Europie Zachodniej
z powodu kontrowersji, które tam budz i przywo onymi do Polski w ramach
prywatnego importu przez osoby, które nie zawsze s zorientowane we wszystkich
subtelno ciach zwi zanych z opłacalno ci lokowania tego typu inwestycji?
Warto pami ta o wspomnianych w tym artykule dyrektywach unijnych
zwi zanych z odpadami komunalnymi. Powtórzmy-odpady komunalne ju za chwil
b d traktowane nie jak kłopotliwy zbiór bezu ytecznych substancji i przedmiotów,
ale jako warto ciowe paliwo energetyczne.
I rzecz ostatnia, mo e banalna, ale w wietle tego, co czasami mo na
zaobserwowa na terenie naszego kraju chyba warto eby i to zdania znalazło si w
zako czeniu niniejszego tekstu: turbiny wiatrowe powinny powstawa tam gdzie
rzeczywi cie wieje wiatr, kotłownie na zr bki - tam gdzie lokalnie istnieje stała
4
___________________________________________________________________________
dost pno tego paliwa, a spalarnie odpadów - tam gdzie rzeczywi cie wyst puj
one w odpowiedniej ilo ci.
Słowem: zanim rozpoczniemy jak kolwiek inwestycj zwi zan z energetyk
sprawd my jej faktyczn przydatno i starajmy si , aby przynosiła one rzeczywisty
po ytek mieszka com naszego województwa.
5
___________________________________________________________________________
Odnawialne ródła energii i mo liwo ci ich praktycznego
wykorzystania
dr in . Rafał Bal, prof. dr hab. in . Janusz Piechocki
Uniwersytet Warmi sko-Mazurski
Katedra Elektrotechniki i Energetyki
Charakterystyka sektora energetycznego
Istotnym problemem okre laj cym rozwój sektora energetycznego w Polsce
i na wiecie jest efektywne gospodarowanie no nikami energii i rodowiskiem
naturalnym. U progu XXI wieku wa ne jest rozwi zywanie problemu lokalnego
zapotrzebowania na energi w aspekcie jego pokrycia zarówno ze ródeł kopalnych
jak i odnawialnych. Planowanie inwestycji energetycznych jest zwi zane
z udokumentowanymi zasobami surowców energetycznych (tabela 1).
Tabela 1 Udokumentowane zasoby kopalnych surowców energetycznych w Polsce (NEY 2003)
Lp
Surowiec
Jednostka
Ilo zasobów
Wystarczalno
[wydobycie roczne]
[lata eksploatacji]
1.
W giel kamienny
[mln Mg]
80
28
2.
W giel brunatny
[mln Mg]
60
76
3.
Ropa naftowa
[mln Mg]
0,8 - 1,0
24 – 37
4.
Gaz ziemny
[mld m3 ]
5
22
Z przedstawionych powy ej danych wynika, e w strukturze energii pierwotnej
dominuj paliwa stałe takie jak w giel kamienny i brunatny oraz ropa naftowa i gaz
ziemny. W Polsce dysponuj cej znacznymi zasobami paliw stałych, stanowi cych
niew tpliwie wa ny, długookresowy czynnik bezpiecze stwa energetycznego kraju,
znacznie trudniej jest utrzyma , a wła ciwie poprawi konkurencyjno gospodarki
oraz zmniejszy
uci liwy wpływ sektora energetycznego na
rodowisko
przyrodnicze (PARCZEWSKI 2002). Sporo winy za ocieplenie klimatu przypisuje si m.
in. elektroenergetyce, poniewa bazuje ona na spalaniu w gla, podczas którego
wytwarza si dwutlenek w gla wywołuj c efekt cieplarniany. W ostatnich czasach
nasza cywilizacja techniczna spala rocznie o wiele wi cej ton surowców kopalnych
ni kiedykolwiek w przeszło ci. W zestawieniu zamieszczono dane dotycz ce
wydobycia energetycznych surowców kopalnych na
wiecie w ostatnich
kilkudziesi ciu latach (tabela 1.1), oraz w kilku ostatnich latach (tabela 1.2).
Z zestawionych poni ej w tabeli danych wynika, e 1950 roku ł czne wydobycie
surowców kopalnych było ponad 3 razy mniejsze ni obecnie. Niewielki wzrost
nast pił w latach 1960, wi kszy skok odnotowano dopiero 1973 roku (wydobycie
około 1,5 razy mniejsze ni obecnie), co było spowodowane kryzysem paliwowym na
wiecie.
Tabela 1.1 Poziom wydobycia w gla brunatnego, kamiennego i ropy naftowej na wiecie
w ostatnich kilkudziesi ciu latach w mld ton (GAJER 2002; GUS 2003).
Lp.
Rodzaj
1950 rok
1960 rok
1973 rok
1999 rok
2000 rok
2001 rok
paliwa
1.
W giel
0,383
0,635
0,823
1,89
1,82
1,97
brunatny
2.
W giel
1,4
2,0
2,2
2,5
1,46
1,52
kamienny
3.
Ropa
0,523
1,054
2,50
3,318
3,019
2,960
naftowa
RAZEM
2,306
3,689
5,523
7,708
6,299
6,45
6
___________________________________________________________________________
Tabela 1.2 Poziom wydobycia w gla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej i gazu ziemnego
na wiecie w kilku ostatnich latach w mld ton (GAJER 2002;GUS 2003).
wiatowe wydobycie w gla (kamiennego i brunatnego w mld ton
1995 rok
1996 rok
1997 rok
1998 rok
1999 rok
2000 rok
2001 rok
4,646
4,700
4,772
4,593
4,390
3,286
3,502
wiatowe wydobycie ropy naftowej w mld ton
1995 rok
1996 rok
1997 rok
1998 rok
1999 rok
2000 rok
2001 rok
3,158
3,242
3,339
3,393
3,318
3,019
2,960
wiatowe wydobycie gazu ziemnego w mld ton
1995 rok
1996 rok
1997 rok
1998 rok
1999 rok
2000 rok
2001 rok
1,624
1,675
1,677
1,694
1,735
1,586
1,497
Z zestawienia powy szego, wynika, e w ostatnich latach poziom wydobycia
surowców kopalnych kształtował si mniej wi cej na stałym poziomie do 1999 roku.
W latach 2000 – 2001 zaobserwowa mo na gwałtowne zmniejszenie wydobycia
w gla kamiennego i brunatnego przy jednoczesnym zmniejszaniu wydobycia gazu
ziemnego i ropy naftowej. Ropa naftowa jest i w ci gu najbli szych lat pozostanie
najwa niejszym strategicznym paliwem. Kraje wysoko rozwini te s
silnie
uzale nione od głównych producentów ropy naftowej, około 70% zasobów przypada
na kraje arabskie. Zasoby ropy na wiecie ulegaj wyczerpaniu. Stosunek rezerw
ropy naftowej na wiecie do redniego zapotrzebowania przewidywanego do roku
2020 wynosi około 40 lat (SZARGUT, ZI BIK 2000). Stosunek rezerw gazu ziemnego do
redniego zapotrzebowania na gaz przewidywanego do roku 2020 wynosi około 45
lat. Dotychczas 2/3 importu gazu ziemnego do krajów Europy Zachodniej pochodziło
z byłego ZSRR. Blisko
wiatowych złó gazu w Rosji, obecnie i przyszłe
powi zania infrastruktury gazowniczej z tym pa stwem, a tak e przyszłe powi zania
gazoci gów z Uni Europejsk , stanowi w du ym stopniu zabezpieczenie
energetyki w ten surowiec. Powa nym ograniczeniem w dostawach gazu ziemnego
jest konieczno stworzenia infrastruktury transportowej. Transport skroplonego gazu
za pomoc metanowców zwi ksza mocno jego cen . Poza tym, przeszkod jest brak
instalacji do skraplania gazu w ródłach gazu. Koszty skraplania i regazyfikacji
stanowi około 40% ceny gazu. Innym rozwi zaniem zast puj cym gaz ziemny,
którego zło a b d na wyczerpaniu jest zagospodarowanie olbrzymich ilo ci metanu
uwalnianego z unikalnych utworów chemicznych klatratów (gazohydratów)
zal gaj cych dno oceaniczne. Jest to o tyle istotne według PAWŁOWSKIEGO (2005), e
w 1m3 gazohydratu zawarte s 164 m3 metanu, a obszar ich wyst powania zwi zany
jest z dnem oceanu wiatowego i niektórymi obszarami l dowymi w strefie
okołobiegunowej. Wynika z tego, e zamiast doprowadza do niekontrolowanego
procesu uwalniania metanu z gazohydrantów, nale ałoby rozwija technologie
umo liwiaj ce odzyskiwanie tego surowca a nast pnie jego przetwarzanie.
W strukturze pozyskiwania energii pierwotnej dominuje tendencja zmniejszania
zu ycia paliw stałych. Zmniejszony udział w gla w pokrywaniu potrzeb
energetycznych kraju wynika zarówno ze wzgl dów ekonomicznych, jak i barier
ograniczaj cych rozwój górnictwa w glowego m. in. wzrost gł boko ci i temperatury,
du a zawarto
gazów w nowych pokładach, ujemny wpływ zasolonych wód
kopalnianych na rodowisko. Według niektórych prognoz w latach 2010 – 2050
nast pi wzrost zapotrzebowania na energi pierwotn w konsekwencji tego wzrostu,
globalna emisja dwutlenku w gla zwi kszy si w tym okresie o około 95% (MOLENDA
2001).
Uwarunkowania ekonomiczne, a zwłaszcza nakłady inwestycyjne oraz
jednostkowe koszty produkcji energii wykazuj , e obecnie najta sze s
ródła
7
___________________________________________________________________________
w oparciu o paliwa w glowe, poniewa ich opłacalno (w stosunku do technologii
gazowych) zale y mi dzy innymi od relacji ceny w gla do ceny gazu ziemnego.
Dotychczasowe wydobycie podstawowych no ników pierwotnych na wiecie ma
tendencj wzrostow , cho w przyszło ci nale y przewidywa , e wydobycie
wi kszo ci no ników b dzie miało tendencj
spadkow
ze wzgl du na
wyczerpywanie si zasobów oraz wzrost kosztów wydobycia coraz trudniej
dost pnych pokładów.
Zmiany, jakie obserwuje si w ostatnich kilkunastu latach w energetyce
wiatowej, wyra nie odzwierciedlaj
d enie do bardziej racjonalnego
i zrównowa onego rozwoju tego sektora gospodarki. Na pierwszy plan w tych
d eniach wysuwaj si : ekologia, bezpiecze stwo energetyczne oraz klient. Za tym
id działania wspieraj ce rozwój nowoczesnych technologii wytwarzania energii,
a w szczególno ci wzrost wykorzystania zasobów energii odnawialnej.
Odnawialne ródła energii
Zasoby energetyczne Ziemi mo na podzieli na dwie grupy no ników:
nieodnawialne i odnawialne. Zasoby nieodnawialne to te, które nie uzupełniaj si
i ulegaj wyczerpaniu np: w giel kamienny i brunatny, torf, ropa naftowa, gaz
ziemny, paliwa j drowe (SZAFRAN 1997). W artykule trzecim ustawy Prawo
Energetyczne z 10 kwietnia 1997 (DZ. U. NR 54, poz. 348) roku wyodr bniono dwie
zasadnicze grupy no ników energetycznych:
- niekonwencjonalne ródła energii: ródła, które nie wykorzystuj w procesie
przetwarzania spalania organicznych paliw kopalnych;
- odnawialne ródła energii: ródła wykorzystuj ce w procesie przetwarzania
nie zakumulowan energi słoneczn w rozmaitych postaciach, w szczególno ci
energi rzek, wiatru, biomasy, energie promieniowania słonecznego w bateriach
słonecznych.
Ustawa „Prawo Energetyczne” w tym równie
artykuł trzeci, uległa
znowelizowaniu 24 lipca 2002 roku (DZ. U. NR 135, poz. 1144) i obecnie brzmi:
- odnawialne ródła energii: ródła wykorzystuj ce w procesie przetwarzania
energii wiatru, promieniowania słonecznego, geotermaln , fal pr dów i pływów
morskich, spadku rzek oraz energi
pozyskiwan
z biomasy, biogazu
wysypiskowego, a tak e biogazu powstałego w procesach odprowadzenia
lub oczyszczania
cieków, albo rozkładu składowych szcz tek ro linnych
i zwierz cych.
Wiele kontrowersji budzi mo liwo
wykorzystania torfu jako no nika
energetycznego. Według Szafrana (1997) torf zaliczany jest wraz z w glem
kamiennym i brunatnym jako no nik energetyczny nieodnawialny. Uwa a si jednak,
i torf powinien by zu ywany do celów nieenergetycznych, tzn. jako wysoko
składnikowy nawóz do wykorzystania w rolnictwie i ogrodnictwie. Zasoby torfu
w Polsce s szacowane na około 1 mld t p. u.(1 t p. u. – tona paliwa umownego = 29,
3076 GJ) (SZARGUT, ZI BIK 2000). Ustawa o ochronie gruntów rolnych i le nych w
artykule pierwszym reguluje zasady ochrony, rekultywacji i poprawienia warto ci
u ytkowej torfowisk i oczek wodnych (DZ. U. NR 16, poz. 78 z 1995). Torfowisko jest
jednym z typów bagien stałych, w którym nast puje akumulacja substancji
organicznej w postaci torfu. Warunkiem powstania pokładu torfu jest przewaga
produkcji biomasy nad jej rozkładem, co zachodzi w warunkach ograniczonego
dost pu tlenu, słabej aktywno ci mikrobiologicznej i w niskich temperaturach.
Zazwyczaj torfowiska rozwijaj si w miejscach obfituj cych w wod , natomiast
centrum ich wyst powania stanowi obszary klimatu chłodnego i wilgotnego. Udział
8
___________________________________________________________________________
wilgoci w torfie wie o wydobytym dochodzi do 90% w stanie powietrzno – suchym
wynosi 25%. Warto
opałowa podsuszonego torfu mie ci si w granicach
11,3 MJ/kg do 15,9 MJ/kg. Uzasadnione jest zachowanie w stanie nienaruszonym
nieu ytków, jak np.: bagna, trz sawiska, torfowiska wraz z ich flor i faun w celu
ochrony pełnej ró norodno ci przyrodniczej, m. in. poprzez uznanie ich za u ytki
ekologiczne.
Potencjał techniczny, a mo liwo ci wykorzystania zasobów energii odnawialnej
Energia odnawialna jest towarem takim, jak ka da inna forma energii. Ma ona do
odegrania powa n
rol
w spełnieniu zapotrzebowania wiata na energi
i zmniejszeniu niebezpiecze stwa ocieplenia klimatu wiatowego. Wykorzystanie
odnawialnych ródeł energii staje si w ostatnich latach coraz bardziej popularnym
sposobem pozyskiwania energii. Niektóre pa stwa np. Dania, Austria widz w ich
stosowaniu szans na dynamiczny rozwój gospodarki, mo liwo rozwi zania wielu
problemów społecznych (bezrobocie, rozwój terenów wiejskich) oraz skuteczny
instrument ochrony rodowiska. Niestety w Polsce odnawialne ródła energii
odgrywaj marginaln rol (KARACZUN, KASSENBERG 2001).
Potencjał techniczny w Polsce jest zbli ony do potencjału krajów Unii
Europejskiej, ale wykorzystanie jego jest ró ne. W krajach Unii Europejskiej jest on
wykorzystywany w 16%, podczas gdy w Polsce szacuje si na 4% - 9%, i wynika
głównie z energetycznego wykorzystania drewna i odpadów drzewnych (SAYIGH
1998).
Istniej znaczne rozbie no ci w ocenie potencjału technicznego odnawialnych
ródeł energii wyst puj cych w Polsce (tabela 1.3).W roku 2000 zgodnie
z ekspertyz Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej (EC BREC 2000) potencjał
techniczny odnawialnych ródeł energii w Polsce wynosił 2514 PJ w skali roku, co
stanowiło około 60% krajowego zapotrzebowania na energi pierwotn . ZIMNY (2001)
szacuje potencjał techniczny Polski na 625 870 PJ w skali roku, gdzie dominuj cym
ródłem odnawialnym jest energia geotermalna, która stanowi 625 000 PJ/rok.
Wydaje si , e warto ta jest przeszacowana, gdy oparta jest na danych czysto
teoretycznych, wynikaj cych z działaj cych basenów geotermalnych oraz
istniej cych, „zamro onych” odwiertów. Inni badacze, np. HAUF (1996) i W I NIEWSKI
(1997, 2000), podaj warto ci bardziej realne i mo liwe do uzyskania w praktyce.
Promieniowanie słoneczne z przedstawionych danych tabelarycznych jest
ródłem energii o wysokim potencjale technicznym. Sło ce od wielu lat jest
postrzegane jako pewne i czyste ródło energii. W Polsce coraz cz ciej
wykorzystuje si te energie, zwłaszcza do ogrzewania ciepłej wody u ytkowej. Jest
to mo liwe przy zastosowaniu kolektorów słonecznych (CHOCHOWSKI 2003).
Dziedzinami gospodarki, w której kolektory słoneczne znajduj
szerokie
zastosowanie jest rolnictwo oraz gastronomia. Energia słoneczna charakteryzuje si
du ym zapotrzebowaniem na niskotemperaturowe ródła energii do podgrzewania
powietrza i wody zarówno w wielu technologiach, np. w suszarnictwie produktów
rolniczych, produkcji ogrodniczej i zwierz cej, przetwórstwie produktów rolniczych,
jak i w gospodarstwach domowych. W gastronomi zastosowanie kolektorów
umo liwia zminimalizowanie kosztów zwi zanych z podgrzewaniem wody u ytkowej
do celów np. sanitarnych, co w okresie letnim nie jest bez znaczenia.
9
___________________________________________________________________________
Tabela 1.3 Potencjał zasobów energii mo liwy do pozyskania z odnawialnych ródeł energii w Polsce według ró nych badaczy i danych GUS
Lp
ródło energii
Biomasa
Energia wodna
Zasoby
geotermalna
4
Energia wiatru
5
Promieniowanie
słoneczne
Ogółem
Całkowite zu ycie energii
pierwotnej w Polsce w
2001 roku wg. GUS
energii w PJ/rok
J. Zimny
„ Polska samowystarczalna energetycznie ?”
Ministerstwo
rodowiska
„Strategia
rozwoju.........."
Strategii redukcji emisji
gazów cieplarnianych
1
2
3
Szacunkowa ilo
Według
W I NIEWSKIEGO W I NIEWSKIEGO
(1997)
(2000)
HAUF
(1996)
J. Gutkowski
„Energia
........”
ZIMNY
(2001)
SALA I
SZARGUT
(2002)
174
18
257
128
50
100
810
30
ok. 200
895
43
1512
895
43
200
407
43
625 000
4
45
36
36
140
8
55
337
370
ok. 1414
1340
3860
1340
2514
280
625 870
53
510
3925,2 PJ/ rok
10
___________________________________________________________________________
Obecnie nie jest jeszcze mo liwe okre lenie potencjału energetycznego
wykorzystania kolektorów słonecznych w Polsce. Według prognoz krajowych
w 2030 roku potencjał energetyczny kolektorów w rolnictwie mo e wynosi około
60 PJ, w tym na potrzeby suszarnictwa 25,4 PJ, a na ogrzewanie wody u ytkowej
34,4 PJ (PABIS 2002). Przewidywania te wydaj si nierealne do osi gni cia, na co
wskazuje bardzo słabe tempo rozwoju zarówno w zakresie stosowania kolektorów
słonecznych w rolnictwie, jak i produkcji kolektorów.
Z danych przedstawionych w tabeli 1.3 wynika równie , e jednym z najszybciej
rozwijaj cych si
ródeł energii odnawialnej w Polsce jest biomasa. Pochodzenie
biomasy mo e by ró norodne: poczynaj c od resztek surowców pozostaj cych przy
polowej produkcji ro linnej, przez odpady wyst puj ce w przemy le rolno –
spo ywczym, gospodarstwach domowych, do odpadów z gospodarki komunalnej.
Biomasa mo e równie pochodzi z odpadów drzewnych w le nictwie i z przemysłu
celulozowo – papierniczego. Zastosowanie biomasy wydaje si korzystne zarówno
z punktu widzenia zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 128 PJ/rok w Polsce,
jak i efektywno ci ekonomicznej produkcji energii cieplnej. Produkowanie energii
z biomasy pozwala uzyska przewag konkurencyjn na rynku, efektywnie kreowa
polityk rozwoju wykorzystuj c łatwiejszy dost p do proekologicznych funduszy
wspieraj cych procesy inwestycyjne w odnawialne ródła energii.
Mo liwo ci przetwarzania biomasy na cele energetyczne i jej kierunki rozwoju
Biomasa jest istotnym ródłem energii odnawialnej w Polsce i na wiecie. Ponad
98% poda y energii ze ródeł energii odnawialnych w 2000 r. w Polsce pochodziło
z biomasy (W I NIEWSKI 2001; KOWALIK 2002). wiatowa produkcja biomasy w ci gu
roku jest równowa na 3⋅1015 MJ, co jest wielko ci o miokrotnie wi ksz od
wiatowego zu ycia energii pochodz cej z pozostałych ródeł. Wynika st d, e
biomasa stanowi ogromny potencjał energetyczny, który powinien by
wykorzystywany w wi kszym stopniu ni ma to miejsce obecnie. Aktualnie w ci gu
roku zu ywa si tylko około 7% wiatowej produkcji biomasy.
Według KOWALIKA (2003a) biomasa to materiał pochodzenia:
– ro linnego (drewno, słoma, cieki ligninowe, makulatura),
– zwierz cego (komunalne osady ciekowe, obornik, gnojowica),
a tak e substancje przetworzone:
– biogaz z fermentacji metanowej gnojowicy, osadów ciekowych, odpadów
wysypiskowych,
– bioetanol z fermentacji alkoholowej głównie ziemniaków i ziarna zbo owego,
– gaz pirolityczny ze zgazowania drewna lub osadów ciekowych.
Biomasa mo e by wykorzystywana na cele energetyczne w procesach:
– bezpo redniego spalania biopaliw stałych (np. drewna, słomy, osadów
ciekowych),
– przetwarzana na paliwa ciekłe, np. estry oleju rzepakowego, alkohol,
– przetwarzania na paliwo gazowe, np. biogaz rolniczy, biogaz z oczyszczalni
cieków, gaz wysypiskowy, gaz drzewny.
W wyniku spalania biomasy zostaje ograniczona emisja gazów cieplarnianych CO2, tlenków siarki i azotu do atmosfery, a popiół, który powstaje po zako czeniu
procesu, mo e by
wykorzystywany jako dodatkowy komponent nawozów
organicznych i mineralnych.
Mimo korzystnych efektów ekologicznych wykorzystanie biomasy na cele
energetyczne
stwarza
wiele
problemów
technicznych,
spowodowanych
nast puj cymi czynnikami:
11
___________________________________________________________________________
– szerokim przedziałem wilgotno ci, np. wilgotno drewna surowego 30-60%,
– mał
g sto ci
biopaliw jako pochodnych biomasy w postaci
nieprzetworzonej, utrudniaj cych transport i magazynowanie (np. słoma, osady
ciekowe, estry oleju rzepakowego, biogaz),
– du ró norodno ci technologii przetwarzania na no niki energii.
Według MUDY (2003) do wa nych czynników warunkuj cych rozwój produkcji
surowców odnawialnych z biomasy mo na zaliczy : ko cz ce si
zasoby
energetyczne pochodzenia mineralnego, emisj gazów, nadprodukcj
ywno ci
w krajach wysoko rozwini tych i powi kszaj c si rezerw gruntów rolnych,
konieczno
zapewnienia odpowiedniej i stabilnej bazy surowcowej, dost pno
technologii u ytkowania biomasy, atrakcyjno
cen produktów energetycznych
z biomasy. Nało enie si
na siebie wymienionych czynników daje szans
wykorzystania biomasy w celach energetyczny na wi ksz skal .
Wykorzystanie energetyczne biomasy w procesach bezpo redniego spalania
Najtrudniejszym zadaniem, jakie stoi dzi
przed wytwórcami energii,
zmierzaj cymi do spalania biomasy jest pozyskanie wymaganej ilo ci surowca
odpowiedniej jako ci. Istniej ce zasoby biomasy energetycznej w Polsce, szacowane
s na około 40 mln ton rocznie (CIE LI SKI 2005). Do podstawowych rodzajów
biomasy wykorzystywanej w formie stałej jako paliwa do bezpo redniego spalania
nale : słoma, plantacje ro lin uprawianych do celów energetycznych, drewno
opałowe, w tym tak e produkty odpadowe przemysłu drzewnego i zr bki drewniane.
Istnieje wiele metod termochemicznej konwersji biomasy. Najwa niejszymi
metodami, obecnie wykorzystywanymi i rozwijanymi, s : spalanie, współspalanie
z w glem, gazem ziemnym, piroliza i zgazowywanie (PICKEL 2002; RODRIGUES I IN.
2003; KRUCZEK I IN. 2003, PIECHOCKI 2003). Proces zgazowywania stanowi efektywn
metod produkcji paliw gazowych, które mog by wykorzystywane w procesach
syntezy chemicznej lub w układach energetycznych. Przemiana biomasy (jako paliwa
stałego) w paliwa gazowe daje mo liwo
integracji reaktorów zgazowywania
biomasy z układami turbin gazowo – parowych, a tym samym zwi ksza sprawno
przemiany poprzez wykorzystanie zarówno termicznej, jak i chemicznej energii
wytwarzanego gazu jako paliwa dla układów energetycznych ( CIE KO, CHMIELNIAK
2003).
O przydatno ci biopaliw stałych decyduje ich warto
opałowa (tab.1.4),
zwi zana z kosztem uzyskania 1 GJ energii, a tak e cena rynkowa, cz sto zale na
od koniunktury na rynkach zachodnich. Podstawowym wska nikiem ceny jest
warto opałowa zwi zana z wilgotno ci biomasy, która jest głównym problemem
przy ocenie jej potencjału energetycznego.
Porównuj c wła ciwo ci energetyczne poszczególnych no ników energii z tabeli 1.4
wynika, e najwy sz warto opałow ma drewno odpadowe, kora, zr bki le ne
i wierzba. Spalanie odpadów drzewnych cechuje powstawanie mniejszej ilo ci pyłów
lotnych oraz popiołu, gdy przeci tne zawarto ci cz ci niepalnych – popiołu
w zr bkach drzewnych (0,5–3%) oraz w innych odpadach drzewnych s ni sze ni
w słomie (4%) oraz w glu (12%) (GUZEK, PISAREK 2002).
12
___________________________________________________________________________
Tabela 1.4 Warto
2002)
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
opałowa ró nych biopaliw stałych (GRADZIUK
I IN.
2002a; GUZEK, PISAREK
Warto opałowa
(MJ/ kg)
No nik energii
słoma ółta
słoma szara
drewno odpadowe
zr bki drzewne
Kora
zr bki le ne
Wierzba
14,3
15,2
16,0
10,4
18, 5 ÷ 20,0
19,2 ÷ 20,0
18,6 ÷ 19,3
Jak wida , ze wzgl dów ekologicznych bardzo korzystne jest stosowanie paliw
drzewnych. Wi e si to jednak z wi kszym wykorzystaniem ekosystemu le nego
w porównaniu z tradycyjn metod wyr bu drewna do celów przemysłowych,
poniewa w ten sposób usuwa si znaczn cz
biomasy (LAURÓW 2002). Ocenia
si , i w przemy le drzewnym powstaje rocznie 7,5 mln m3 drzewnych odpadów
przemysłowych (SZOSTAK, RATAJCZYK 2003). Na cele energetyczne aktualnie
wykorzystuje si drewno opałowe (S4), drewno małowymiarowe (M1, M2),
pozostało ci zr bowe (S3a, S3b i S11), drewno rednio wymiarowe (S2a i S2b) oraz
papierówk (S2).W miar rozwoju technologii energetycznego wykorzystania drewna
coraz wi kszego znaczenia nabiera wykorzystanie biopaliw rozdrobnionych –
zr bków drzewnych, trocin oraz peletów (W ACH, KOŁACZ 2003).
Pelety w porównaniu do innych form biopaliw stałych np. zr bków, s paliwem
wykazuj cym wi ksz stabilno , zajmuj mniej miejsca do składowania i wymagaj
mniej pracy przy utrzymaniu i konserwacji instalacji kotłowej, jednak
z ekonomicznego punktu widzenia SA dro sze ni inne paliwa z biomasy.
Jednostkowy koszt wytworzenia peletu drewnianego wynosi 285 zł/t (PANASIUK 2004;
GRZYBEK 2005). Najwi kszymi u ytkownikami granulatu (pelet) w Europie s :
Szwedzi - 400 ty /rok, Du czycy - 800 ty /rok, Niemcy 200 ty /rok, Austryjacy 180
ty /ton (WACH 2005; OLESZKIEWICZ 2005). We wszystkich tych krajach przez kilka lat
opracowano technologie i procedury słu ce ocenie granulatu drzewnego.
Wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej z odpadów ro linnych, jak podaj KOTOWICZ
i W EBER (2000), jest cz ciej stosowane w Niemczech ni w Polsce. Wynika to m.in.
z polityki ekologicznej pa stwa. W samej Bawarii pracuje obecnie 14 000 kotłowni
opalanych drewnem i a 1200 opalanych słom (w tym równie rzepakow ).
Corocznie na polskich polach produkuje si rocznie ok. 25 mln ton słomy,
głównie zbo owej i rzepakowej, oraz siana, z czego ok. 10 mln ton mo na
wykorzysta energetycznie (AUMILLER 2003). Słoma rzepakowa w porównaniu
z w glem ma 30–40% jego warto ci opałowej. W Niemczech do celów
energetycznych wykorzystuje si ok. 2,7 mln ton słomy (nie tylko rzepakowej),
głównie w postaci brykietów i du ych bel, daj cych w tej postaci najlepsze efekty
energetyczne (DYBIEC, PANASIUK 2002, 2003). Według prognoz mo liwe jest
wykorzystanie ok. 5–7 mln ton słomy, co daje oszcz dno
2–2,5 mln ton oleju
opałowego. Słoma mo e by wykorzystywana jako ciółka, nawóz i pasza w chowie
zwierz t. Zmiana technologii produkcji zwierz cej (chów na kratach) oraz znacz cy
spadek pogłowia zwierz t (bydła 54,1%, koni o 75,4% oraz owiec o 88,6%) i wzrost
w strukturze zasiewów udziału zbó i rzepaku spowodowały, e poda przewy sza
popyt. Od 1990 r. nadwy ki słomy przekroczyły 10 mln ton, a w latach 1995 – 2000
rednia roczna nadprodukcja słomy wynosiła 13 618 tys. ton (GRZYBEK I IN. 2001).
13
___________________________________________________________________________
Jedn z mo liwo ci zagospodarowania nadwy ek słomy jest wykorzystanie jej
w energetyce (DENISIUK, PIECHOCKI 2000, 2001; DENISIUK 2002). Słoma,
w porównaniu z innymi powszechnie stosowanymi no nikami energii, jest do
uci liwym materiałem energetycznym. Wynika to st d, i jest to materiał
niejednorodny, ponadto ma ni sz warto energetyczn , szczególnie w odniesieniu
do jednostki obj to ci. Pod wzgl dem energetycznym 1,5 tony słomy jest
równowa ne 1tonie w gla kamiennego redniej jako ci.
Inn form zagospodarowania słomy jest jej peletowanie lub brykietowanie.
Przykładem jest mo liwo
zagospodarowania słomy lnianej i konopnej, gdzie
w wyniku przeroby otrzymujemy 25% włókna oraz 75% pa dzierzy, które stanowi
na chwile obecn
bezwarto ciowy odpad (MA KOWSKI, KOŁODZIEJ 2005).
Wykorzystanie technologii brykietyzacji i peletyzacji pa dzierzy lnianych i konopnych
pozwoli na zagospodarowanie surowców, jako pełnowarto ciowy odnawialny
materiał energetyczny. Prowadzone s równie badania nad brykietowaniem słomy
z dodatkiem lepiszcza organicznego (FISZER 2005). Prowadzone badania wykazały,
e słoma wymieszana z lepiszczem zmniejsza nakłady energetyczne ponoszone
przy ich produkcji a ponadto powoduje zmi kczenie słomy w efekcie czego staje si
bardziej podatne. Sprzyja to formowaniu ró nych kształtów brykietów.
W dłu szym okresie, w miar wyczerpywania si ogólnie dost pnych zasobów
biomasy odpadowej, nast pi intensywny rozwój upraw ro lin energetycznych.
Bioenergia pozyskiwana z szybko rosn cych krzewiastych wierzb uprawianych na
plantacjach polowych spotyka si z ogromnym zainteresowaniem ze strony wielu
o rodków naukowych w Europie, Stanach Zjednoczonych oraz w Polsce (PIECHOCKI
2002; LARSSON 2005a, b, c). Szacuje si , e w Polsce ok. 1,8 mln ha gruntów (9,7 %
u ytków rolnych) jest wył czonych z rolniczego u ytkowania –ziemia le y odłogiem
(SZCZUKOWSKI I IN. 2000; SZCZUKOWSKI, TWORKOWSKI 2001a)
Eksploatacja wła ciwie zało onej plantacji wierzby energetycznej powinna trwa
co najmniej 15–20 lat, z mo liwo ci 5–8 - krotnego pozyskiwania drewna, w ilo ci
10–15 ton suchej masy w przeliczeniu na 1 ha rocznie. Dobrym stanowiskiem pod
plantacj szybko rosn cych gatunków wierzb krzewiastych s grunty u ytkowe
rolniczo wy szych klas bonitacyjnych (IIIa i IIIb), a tak e gleby aluwialne napływowe,
mady, które mog by okresowo nadmiernie wilgotne. Mo liwe jest równie
zagospodarowanie gleb zanieczyszczonych przez przemysł, np. metalami ci kimi
(SZCZUKOWSKI 2002; DUBAS 2003a,b; STOLARSKI 2003a; SZCZUKOWSKI, TWORKOWSKI
2003). Warto energetyczna 1 tony suchej masy drzewnej wynosi 4,5 MWh, co
odpowiada warto ci kalorycznej 1 tony niskiej jako ci miału w glowego lub 500 litrom
oleju opałowego. Z rozdrobnionej suchej biomasy wierzby mo na wytłacza pelety,
wykorzystywane do celów grzewczych (SZCZUKOWSKI I IN. 2001b; STOLARSKI 2003b;
KOWALIK 2003b). W wyniku peletyzacji biomasy z wierzby nast puje trzykrotne
zwi kszenie g sto ci paliwa, 4,5 – krotne zwi kszenie koncentracji energii
w jednostce obj to ci pelet w porównaniu do zr bków oraz zmniejszenie zawarto ci
wody (STOLARSKI 2005). Stosowanie takiej technologii jest powszechne w Austrii,
Szwecji i Dani, gdzie zainteresowanie produkcj peletów i ich wykorzystaniem dla
celów grzewczych jest coraz wi ksze. Pelety importuje si do Europy nawet
z Kanady. Przy tak silnie rozwijaj cym si europejskim rynku na pelety z biomasy,
nale y przypuszcza ,
e w niedalekiej przyszło ci wyst pi olbrzymie
zapotrzebowanie na surowiec do produkcji tego paliwa w kraju.
Do upraw ro lin energetycznych nale równie szybko rosn ce, trwałe ro liny
trawiaste –wieloletnie, plonuj ce corocznie. Przykładem traw szybko rosn cych jest
grupa ro lin charakteryzuj ca si typem fotosyntezy C4. Oznacza to przystosowanie
14
___________________________________________________________________________
si organów asymilacyjnych ro liny do wydajnego wi zania CO2 w rodowiskach
kserofitycznych, o ograniczonej wilgotno ci, wysokiej temperaturze i silnym
nasłonecznieniu. Jednym z przedstawicieli tego gatunku jest miskant olbrzymi
(Miscanthus sinensis giganteus), uprawiany dla grubych, wypełnionych g bczastym
rdzeniem dziebeł, o wysoko ci 200 – 350cm. Przeci tna wydajno
kilkuletniej
plantacji kształtuje si na poziomie 20 t/ha przy wilgotno ci 20%. Warto opałowa
takiego paliwa wynosi 14 – 17 MJ/kg (MAJTKOWSKI 2004, 2005). W Niemczech ta
ro lina jest wykorzystywana do produkcji materiałów budowlanych i w przemy le
celulozowo – papierniczym. Do traw typu C4, nadaj cych si do uprawy w warunkach
polskich, zaliczy mo na tak e: miskant cukrowy (Miscanthus sacchaliflorus),
spartina preriowa (Spartina pectinata), palczatka Gerarda (Andropogon gerardii)
(MAJTKOWSKI 2003; KO CIK I IN. 2003).
W grupie ro lin energetycznych s równie trwałe ro liny dwuli cienne.
Przykładem takiej ro liny jest lazowiec pensylwa ski (Sida hermaphrodta Rusby).
Badania nad przydatno ci tej ro liny w warunkach polskich trwaj ju parena cie lat
i wyniki wskazuj na przydatno tego gatunku do energetycznego wykorzystania
(BORKOWSKA, STYK 2002). Wcze niejsze badania wskazywały na mo liwo
wykorzystania jej jako ro liny włóknodajnej, miododajnej, paszowej oraz w przemy le
celulozowo – papierniczym. Na wieloletnie plantacje energetyczne nadaj si ro liny
wytwarzaj ce łodygi do 3 m wysoko ci, plon 25 t/ha, warto energetyczna 15 MJ/kg.
Zalet tej ro liny jest mo liwo uprawy na glebach IV – V klasy.
Do ro lin dwuli ciennych zaliczamy równie :
− topinambur (słonecznik bulwiasty) (Helianthus tuberosus). Potencjał
produkcyjny to 60 t/ha plon łodyg i 40 t/ha plon bulw. Bulwy mog by równie
wykorzystane do produkcji bioetanolu powstaj cego w procesie hydrolizy lub
do fermentacji metanowej. Cz
nadziemna mo na wykorzysta w procesie
bezpo redniego spalania lub do produkcji brykietów i peletów.
− rdest japo ski (Reynoutria japonica) i rdest sachali ski (Reynoutria
sachalinensis). W warunkach polskich rozpoczynaj wegetacje na przełomie
kwietnia i maja. Rosn bardzo szybko, osi gaj c wysoko 4m.
− sylfia (ro nik przerosni ty) (Silphium perfoliatum). Stosowana przy rekultywacji
terenów zdegradowanych ze wzgl du na małe wymagania pokarmowe. P dy
osi gaj wysoko
2,5m. Po 3 – 4 latach udatno
plantacji około 20 t/ha
(MAJTKOWSKI 2005).
Powszechne zainteresowanie ro linnymi paliwami, inaczej biopaliwami, wynika
z kilku wzgl dów, główne z nich to:
– odtwarzalno
ródeł surowcowych,
– uaktywnienie gospodarcze rolnictwa prowadz ce do znacznej redukcji
bezrobocia na obszarach wiejskich,
– produkcyjne wykorzystanie ziem ska onych lub le cych odłogiem
(w wi kszo ci gorszych klas, czyli mało urodzajnych).
Uprawa ro lin energetycznych na terenach wył czonych z produkcji rolniczej
nasuwa równie pytania z zakresu ekologicznych aspektów degradacji rodowiska
przy uprawach monokulturowych na du ych obszarach. Według opracowania
HARASIMOWICZ – HERMANN, HERMANN (2005) czynnikiem decyduj cym o takich
uprawach jest yzno gleby. Oznacza to zawarto próchnicy na poziomie 1,5 –
1,8% czyli około 60 – 70 t/ha , za na glebach piaszczystych lekkich poni ej 1,5%
tzn. < 45 t/ha. Zawarto próchnicy poni ej progu 45 t/ha uznaje si za pierwszy etap
degradacji gleby u ytkowanej rolniczo. Warunkiem uzyskania i utrzymania wysokiego
poziomu yzno ci i urodzajno ci gleby jest stałe dostarczanie materii organicznej pod
15
___________________________________________________________________________
postaci np. odwirowanych osadów ciekowych. Wykorzystanie energii z zasobów
odnawialnych ma chroni rodowisko, a wła ciwe dobranie technologii uprawy ro lin
energetycznych na gruntach rolniczych powinno uwzgl dnia równie ochron ich
yzno ci.
Odr bnym tematem bezpo redniego spalania biopaliw stałych jest
zgazowywanie osadów ciekowych. Osady ciekowe BIE i NOWAK (2005a) definiuj
jako zło ona organiczno – mineralna materia, wyodr bniona ze cieków w trakcie ich
oczyszczania. Sposób prowadzenia procesu zgazowywania zale y od: składu
chemicznego masy palnej i substancji mineralnej, zawarto ci cz ci lotnych,
wilgotno ci, popiołu i jego składu. Jak wynika z bada BIENIA I NOWAKA (2005b)
efektywno
procesu zgazowywania jest wy sza od spalania konwencjonalnego,
bowiem gaz mo na wykorzysta bezpo rednio do celów energetycznych. Warto
spalania jak podaj badacze mo na podnie wskutek zwi kszania g sto ci warstwy
fluidalnej.
Unieszkodliwianie i zagospodarowanie osadów ciekowych oraz ochrona
rodowiska determinuj potrzeb poszukiwania nowych rozwi za w zakresie
utylizacji produktu finalnego. Z przytoczonych zagadnie wynika, e niegdy osad
ciekowy uwa any za zło konieczne staje si coraz bardziej ródłem „deficytowym”.
Wynika to przede wszystkim z jego wła ciwo ci fizyko – chemicznych. Z jednej
strony idealny nawóz pod ro liny energetyczne, a z drugiej strony surowiec do
produkcji gazu pizolitycznego wykorzystywanego w energetyce zawodowej.
Energetyczne wykorzystanie biomasy znajduje coraz szersze poparcie,
aczkolwiek nie nale y uwa a , e jest to panaceum na problemy: z ograniczeniem
emisji truj cych substancji do atmosfery, gospodarka ciekow oraz ze zbytem
produktów z naszego rolnictwa.
Wykorzystanie energetyczne biomasy w procesie przetwarzania na paliwa
ciekłe
W krajach Unii Europejskiej i w Polsce obserwuje si wzrost zainteresowania
wykorzystaniem biopaliw płynnych. Ro nie przekonanie, e biopaliwa s dobrym
rozwi zaniem dla Polski, a zwłaszcza dla krajowego rolnictwa. W tabeli 1.5
zamieszczono informacje o surowcach, metodach otrzymywania oraz mo liwo ciach
zastosowania biopaliw.
Etanol (alkohol etylowy) powstaje w wyniku fermentacji alkoholowej cukrów
(zbo a, ziemniaki, kukurydza), a nast pnie procesów destylacji i rektyfikacji. Mo na
go równie otrzyma syntetycznie z etylenu. Jak podaje ÓŁTOWSKI (2003),
zastosowanie alkoholi jako materiału p dnego dla silników spalinowych jest
przedmiotem bada ju od kilkudziesi ciu lat (np. w Szwecji pracuj silniki zasilane
wył cznie etanolem). Ilo
etanolu wyprodukowanego na wiecie do celów
paliwowych ro nie: we Francji produkcja wynosi ok. 188 tys ton, w Brazyli etanol
odwodniony do celów paliwowych jest produkowany w ilo ci 4,6 mld litrów.
16
___________________________________________________________________________
Tabela 1.5 ródła biopaliw płynnych i ich zastosowanie (GRZYBEK 2001b)
Biopaliwo
Ro lina
Proces konwersji
Zastosowanie
zbo a, ziemniaki,
hydroliza i fermentacja
pseudozbo a i topinambur
Bioetanol
dodatek do benzyn
Biometanol
Olej ro linny
Biodiesel
Bioolej
buraki cukrowe, trzcina
cukrowa lub słodkie sorgo
uprawy energetyczne,
słoma, Miscantus, ro liny
trawiaste
Miscantus
rzepak, słonecznik, soja
rzepak, słonecznik, soja
Miscantus
fermentacja
obróbka wst pna, hydroliza
i fermentacja
gazyfikacja
metanolu
tłoczenie
estryfikacja
piroliza
lub
synteza dodatek do benzyn
dodatek do benzyn
dodatek do ON
substytut
benzyny
lub ON
Bioetanol jest stosowany w benzynach jako jeden z dodatków podnosz cych
liczb oktanow i poprawiaj cych ekologiczne wła ciwo ci benzyny, szczególnie
ołowiowej, podczas spalania w silnikach benzynowych (HENEMAN, CERVINKA 2001).
Metanol mo na produkowa z gazu naturalnego lub gazu powstałego w wyniku
gazyfikacji biomasy. Bioenergia w postaci biometanolu jest jedynym no nikiem
energii, który mo e si sta paliwem czystych ekologicznie technologii nap du
rodków transportu. Metanol cz sto uwa a si
za paliwo przyszło ciowe,
wykorzystywane w nowych typach ogniw paliwowych, wewn trz których jest on
przekształcany w wodór (CIECHANOWICZ 2001).
Bioolej jest paliwem neutralnym w stosunku do bilansu CO, a podczas jego
spalania nie obserwuje si emisji SO2. G sto
biooleju wynosi ok. 1,2 kg/dm3,
warto opałowa stanowi ok. 50–55% warto ci opałowej oleju nap dowego. Jego
warto opałowa wynosi 16–18 MJ/kg (GRADZIUK I IN. 2002b).
Biodiesel powstaje w wyniku estryfikacji nasion rzepaku i mo e stanowi
dodatek do oleju nap dowego. Rzepak mo e by uprawiany w Polsce na
powierzchni ok. 2 mln ha, dlatego mo na go nazwa ro lin przyszło ciow ,
stanowi c m.in. produkt wyj ciowy do wytwarzania metylowych/etylowych estrów
rzepakowych. ZAMOJSKI (2003) podaje, e z 50 tys. ton rzepaku w skali roku mo na
otrzyma ok. 600 ton oleju. Estry rzepakowe s naturalnym, odnawialnym paliwem
do silników wysokopr nych. Według BAUKNEHTA (2002) z jednej tony nasion
rzepaku otrzymuje si
rednio 300 kg biodiesla. rednie plony nasion rzepaku
w Polsce w latach 1990–2001 wahały si od 1,6 do 2,4 t/ha. Mo na oczekiwa , e
przy zwi kszeniu powierzchni uprawy rzepaku o 100 tys ha i niskich plonach w ci gu
2–3 lat jest mo liwe przeznaczenie ok. 250 tys ton rzepaku na produkcj biopaliwa.
Ester metylowy wyprodukowany z tej ilo ci rzepaku stanowiłby wówczas ok. 1,3–,4%
krajowego zu ycia oleju nap dowego (KU 2002; GRADZIUK 2002c). Wieloletnie
do wiadczenia (ROSZKOWSKI 2003) wykazały, e pojazdy nap dzane biopaliwem lub
jego mieszankami z mineralnym olejem nap dowym znacznie mniej zanieczyszczaj
rodowisko, poniewa zawarto
siarki w biodieslu jest du o mniejsza ni
w ropopochodnym oleju nap dowym. W poszczególnych krajach przeestryfikowany
olej rzepakowy jest nazywany: ekodieslem, biodieslem, bionaft , ekoestrem,
epalem.
17
___________________________________________________________________________
Wykorzystanie energetyczne biomasy w procesie przetwarzania na paliwo
gazowe
Najbardziej zaniedban dziedzin odnawialnych ródeł energii w Polsce jest
pozyskiwanie biogazu z odpadów organicznych. Najwi ksz zapa w tym wzgl dzie
odnotowujemy w gospodarstwach rolnych utrzymuj cych du ilo zwierz t, gdzie
powstaj ogromne ilo ci gnojówki, gnojowicy i obornika (BAL, PIECHOCKI 2002).
Zanieczyszczenia pochodz ce z produkcji zwierz cej s du ym ródłem zagro e
rodowiska na terenach wiejskich (MROCZEK 2001; MOLENDA 2001a,b). Na ok. 2 mln
polskich gospodarstw w 2001 r. zaledwie 10% posiadało obiekty przystosowane do
przechowywania gnojówki, obornika i kiszonek. W wyniku produkcji zwierz cej
rocznie powstaje ponad 140 mln ton odchodów (DOBKOWSKI 2000). Szkodliwe
substancje, przenikaj c do gleb i cieków wodnych w pobli u gospodarstw rolnych,
powoduj ska enie wód powierzchniowych. Jednym z najciekawszych sposobów
neutralizacji tych substancji jest ich odgazowywanie. Uzyskujemy wtedy biogaz,
którego spalenie dostarczy energii cieplnej lub elektrycznej oraz cennego kompostu.
Jedn z technologii mo liwych do wykorzystania w produkcji czystej energii jest
beztlenowa fermentacja masy organicznej. Fermentacja metanowa jest procesem
powszechnie wyst puj cym w przyrodzie, a wykorzystanie tego procesu jest efektem
dwu równolegle wyst puj cych problemów: zanieczyszczenia rodowiska na skutek
koncentracji produkcji w rolnictwie i potrzeby powrotu odpadowej materii do gleby
w postaci nawozu organicznego (EYMONTT 2002). Pod koniec 2001 r. w Niemczech
(FISCHER, KRIEG 2001a,b) pracowało 1650 biogazowni rolniczych, z moc
zainstalowan 140 MW. Typowa wielko reaktora wynosiła od 200 do 1200 m3.
Tradycyjne odpady rolnicze s u ywane jako nawóz, a niekiedy składowane na
wysypiskach. Obydwie metody mog
powodowa , i najcz ciej powoduj ,
zagro enie dla rodowiska. Najwi kszym jednak niebezpiecze stwem ze strony
odpadów rolniczych jest zagro enie zdrowia i ycia ludzkiego, co wynika z obecno ci
w odpadach bakterii, wirusów, paso ytów i grzybów. Najlepsz metod utylizacji
odpadów rolniczych wydaje si wi c fermentacja biomasy z jednoczesn produkcj
energii.
Metan mo na równie pozyska bezpo rednio z wysypisk komunalnych jako
wynik zachodz cych tam technologicznych procesów fermentacji beztlenowej.
Utylizacja gazu wysypiskowego jako mieszaniny gazów cieplarnianych: metanu –
50%, dwutlenku w gla – 33%, azotu – 16% i tlenu – 1%, słu y przede wszystkim
ochronie rodowiska (OTT 2004). W wyniku fermentacji beztlenowej substancje
organiczne rozkładane s przez bakterie na metan i dwutlenek w gla. W czasie
procesu fermentacji beztlenowej do 60% substancji organicznej jest zamienione w
biogaz. Biogaz o du ej zawarto ci metanu > 40% mo e by wykorzystany do celów
energetycznych lub w innych procesach technologicznych np. szklarniach,
pieczarkarniach, suszarniach zlokalizowanych wokół składowiska. Wybór mo liwo ci
zagospodarowania gazu składowiskowego jest zale ny od tego czy mamy do
czynienia z ju istniej cym składowiskiem, czy te z b d cym dopiero na etapie
projektowania. Aby móc okre li potencjał gazowy składowiska nale y wykona :
obliczenia wska nikowe na podstawie ilo ci deponowanych odpadów, próbne
odwierty i analiz ilo ciowo – jako ciow biogazu oraz obliczenia modelowe
(CZUREJNO 2005). Oszacowanie potencjału gazowego składowiska pozwoli na wybór
wła ciwej koncepcji ju w fazie projektowania co znacznie ułatwi hipotetyczne straty
z tytułu niewykorzystania biogazu.
18
___________________________________________________________________________
Podsumowanie
W Polsce około 93,5% „zielonej” energii pochodzi obecnie z biomasy. Spo ród
jej wielu rodzajów drewno i jego odpady zajmuj szczególn pozycj ze wzgl du na
ich powszechno , dost pno
oraz zadawalaj ce efekty energetyczne. Potencjał
jaki drzemie w biomasie według ró nych badaczy KOWALIK - 15 – 20 mln Mg (2003),
CIE LI SKI – 40 mln Mg (2005), jest olbrzymi, ale brak jest zdecydowanych działa ,
które zach ciłyby do produkcji i wykorzystani biomasy. W Szwecji ten problem nie
istnieje poniewa tam przy poparciu organizacji rolniczych oraz ekonomicznego
wsparcia pa stwa w ramach ró nych projektów rz dowych realizowane s ró ne
przedsi wzi cia z zakresu odnawialnych ródeł energii (LARSSON 2005a). Przyczyn
takiej sytuacji w Polsce, nale y upatrywa z jednej strony w wysokich kosztach
instalacji
grzewczych,
problemami
logistycznymi,
przygotowaniem
i magazynowaniem biomasy, z drugiej strony niezbyt przejrzysta polityk w zakresie
czy to stosowania i produkcji biopaliw, czy te urz dze do ich stosowania. Nale y
mie jednak nadziej , e znowelizowane Prawo energetyczne rozwieje wiele
w tpliwo ci zwi zanych z potrzeb produkcji odnawialnych ródeł energii.
Literatura
AUMILLER A. 2003. Czy biomasa przyczyni si do restrukturyzacji polskiej wsi. Czysta Energia 6(22),
s. 5
BAL R., PIECHOCKI J. 2002. Biogaz jako przykład biopaliwa pochodzenia rolniczego. In ynieria Rolnicza
7a(40), s. 171 – 176.
BAUKNECHT E. 2002. Biopaliwo z rzepaku. Konferencja Naukowo Techniczna „Niekonwencjonalne
ródła pozyskiwania energii”. Olsztyn 2002, s. 1 – 5.
BIE J. D. , NOWAK W . 2005a. Zgazowywanie osadów ciekowych Cz. 1. Czysta Energia 4(42), s. 30 –
31.
BIE J. D. , NOWAK W . 2005b. Zgazowywanie osadów ciekowych Cz. 2. Czysta Energia 5(45), s. 28 –
29.
BORKOWSKA H. STYK B. 2002. lazowiec Pensylwa ski jako gatunek wielostronnego u ytkowania.
Konferencja Naukowo – Techniczna „Uprawy ro lin energetycznych – prezentacja technologii,
pokaz zbioru i sprz tu”. Luba , s. 33 – 34.
CIECHANOWICZ W . 2000. Technologie energii ery informatycznej cywilizacji. Aura 11, s. 14 – 16.
CIE LI SKI R. 2005. Biomasa. Polskie Ciepło i Energia 7(7), s. 36 – 38.
CHOCHOWSKI A. 2003. Wykorzystanie energii słonecznej za po rednictwem kolektorów słonecznych.
SGGW w Warszawie.
CZUREJNO M. 2005. Mo liwo ci zagospodarowania gazu składowiskowego Cz. II. Czysta Energia
6(46), s. 24 – 25.
DENIUSIUK W ., PIECHOCKI J. 2000. Energetyczne wykorzystanie słomy na przykładzie kotłowni
w Zielonkach. In ynieria Rolnicza 8(19), s. 265 – 271.
DENIUSIUK W ., PIECHOCKI J. 2001. Wpływ parametrów jako ciowych paliwa na wyniki energetyczne
kotłowni opalanej słom ”. In ynieria Rolnicza 9, s. 293 – 300.
DENIUSIUK W . 2002. Prawne, techniczne – technologiczne i ekonomiczne aspekty zast pienia paliw
kopalnych słom . Materiały Konferencyjne „Czy biomasa – odnawialne ródło energii – jest
szans dla polskiego rolnictwa w aspekcie integracji z UE”. Po wi tne, 19 – 20 grudzie 2002,
s. 29 – 38.
DOBKOWSKI G. 2000. Ochrona rodowiska a przechowywanie odchodów zwierz cych. Przegl d
Komunalny 3(102), s. 36 – 38.
DUBAS J. W . 2003a. Uprawa wierzby na cele energetyki cieplnej. Czysta Energia 1(17),
s. 12 – 13.
DUBAS J. W . 2003b. Plantacje wierzby energetycznej. Czysta Energia 2(18), s. 11 – 12.
DYBIEC CZ., PANASIUK J. 2002. Technologia wytwarzania słomianych brykietów. Czysta Energia 7 –
8(11/12), s. 25.
DYBIEC CZ., PANASIUK J. 2003. Brykietowanie słomy, słom pali w piecu, nie na polu. Technika
Rolnicza 1, s. 22 – 23.
19
___________________________________________________________________________
EYMONTT A. 2002. Mo liwo ci pozyskania biogazu z fermentacji odpadów zwierz cych
w biogazowniach rolniczych. Czysta Energia 10(14), s. 32 – 34.
EUROPEJSKIE CENTRUM ENERGETYKI ODNAWIALNEJ (EC BREC) 2000. Ekonomiczne i prawne aspekty
wykorzystania odnawialnych ródeł energii w Polsce. Streszczenie pracy do konsultacji
społecznej. Prac wykonano na zamówienie Ministerstwa rodowiska. Warszawa 2000.
FISZER T., KRIG A. T. 2001a. Biogazownie rolnicze – przegl d sytuacji na wiecie. Materiały
Konferencyjne „Odnawialne ródła energii u progu XXI wieku”. IBMER Warszawa, s. 363 – 366.
FISZER T., KRIG A. T. 2001b. Biogazownie rolnicze – przegl d sytuacji na wiecie. Materiały
Konferencyjne „Odnawialne ródła energii u progu XXI wieku”. IBMER Warszawa, s. 3636 –
371.
FISZER A. 2005. Prosto z pola. Agroenergetyka 2(12), s. 27.
GAJER M. 2002. Ocieplanie klimatu, przemysłowa emisja dwutlenku wegla i wulkany. Gospodarka
Paliwami i Energi 8, s. 21 – 25.
GŁÓWNY URZ D STATYSTYCZNY 2003. Kwartalnik Statystyki Mi dzynarodowej 2. Warszawa, s. 70 – 73.
GRADZIUK P. GRZYBEK A. KOWALCZYK K. KOSCIK B. 2002a. Biopaliwa. Wydawnictwo „Wie Jutra”.
Warszawa.
GRADZIUK P. 2002b. Alternatywne wykorzystanie gruntów rolniczych – ro liny energetyczne.
Konferencja Naukowo Techniczna „Uprawy ro lin energetycznych – prezentacja technologii,
pokaz zbioru i sprz tu”. Luba 31.07. – 01.08. 2002, s. 27 – 31.
GRADZIUK P. 2002c. Rzepak jako surowiec do produkcji biopaliw w aspekcie odłogowania u ytków
rolnych. Materiały Konferencyjne „Czy biomasa – odnawialne ródło energii – jest szans dla
polskiego rolnictwa w aspekcie integracji z UE”. Po wi tne, 27 – 28 grudzie 2002, s. 8 – 10.
GRZYBEK A., GRADZIUK P., KOWALCZYK K. 2001a. Słoma energetyczne paliwo. Wydawnictwo Wie Jutra.
Warszawa.
GRZYBEK A. 2001b. Biopaliwa płynne. Czysta Energia 3, s. 23 – 24b.
GRZYBEK A. 2005. Wykorzystanie pelet jako paliwa. Czysta Energia 6(46), s. 31 – 33
GUZEK K. PISAREK M. 2002. Wykorzystanie biomasy na cele energetyczne w Polsce. Czysta Energia
2(6), s. 6 -7.
GUTKOWSKI J. 2002. Energia odnawialna – stan obecny w Polsce. Gospodarka Paliwami i Energi 5 –
6, s. 11 – 16.
HARASIMOWICZ – HERMANN G., HERMANN J. 2005. Zachowanie yzno ci gleby w uprawie wierzby (Salix)
na cele energetyczne. II Mi dzynarodowa Konferencja Procesów Energii „Eco - uro - Energia”.
Bydgoszcz 7 – 8 czerwiec, s. 345 – 349.
HENEMAAN P., CERVINKA J. 2001. Energy crops and bioenergetics in the Czech Republic. VIII
Mi dzynarodowe Sympozjum „ Ekologiczne aspekty mechanizacji produkcji ro linnej”. IBMER
Warszawa 6 – 7 wrzesie 2001, s. 62 – 68.
KARACZAN Z. M., KASSENBERG A. 2001. Problem rozwoju odnawialnych ródeł energii w Polsce.
Materiały Konferencyjne „Odnawialne ródła energii u progu XXI wieku”. IBMER Warszawa,
s. 31 – 41.
KOTOWSKI W ., WEBER H. 2000. Odpady ro linne ródłem energii. Gospodarka Paliwami i Energi 5,
s. 19 – 22.
KOWALIK P. 2002. Wykorzystanie biomasy jako surowca energetycznego. Czysta Energia 10(14),
s. 22 – 23a.
KOWALIK P. 2003a. Wykorzystanie biomasy jako surowca energetycznego. W: Termochemiczne
przetwórstwo w gla i biomasy. Zabrze – Kraków, s. 39 – 49.
KOWALIK P. 2003b. Pelety z biomasy – paliwo przyszło ci. Kwartalnik Ogólnopolski Agro energetyka
1(3), s. 36 – 37.
KO CIK B., KOWALCZYK - JUSKO A., KALITA E., KOSCIK K. 2003. Topinambur dobry na wszystko.
Kwartalnik Ogólnopolski Agro energetyka 1(3), s. 30 – 31.
KRUCZEK H., MILLER R., TATAREK A. 2003. Spalanie i współspalanie biomasy – korzy ci i zagro enia.
Gospodarka Paliwami i Energi 3, s. 13 – 19.
KU J. 2002. Rzepak bez tajemnic. Kwartalnik Ogólnopolski Agro energetyka 1, s. 30 – 31.
LARSSON S. 2005a. Kilka lat z wierzb energetyczn w Szwecji. Czysta Energia 1(39),
s. 12 – 13.
LARSSON S. 2005b. Wierzba energetyczna w Europie. Czysta Energia 2(40), s. 14 – 15.
LARSSON S. 2005c. Wierzba jako paliwo dla szwedzkich ciepłowni. Czysta Energia 2(40),s. 14 – 15.
LAURÓW Z. 2002. Wybrane problemy wpływu pozyskiwania drewna na rodowisko le ne. Zeszyty
Problemowe Post pów Nauk Rolniczych. Zeszyt 486, s. 115 – 121.
MAJTKOWSKI W . 2003. Ro liny energetyczne. Czysta Energia 10(26), s. 33 – 34.
20
___________________________________________________________________________
MAJTKOWSKI W . 2004. Biomasa szans dla polskiego rolnictwa. Przegl d Ekologiczny 1/2 (37/38),
s. 16 – 20.
MAJTKOWSKI W . 2005. Ro linne ciepło. Polskie Ciepło i Energia. 7(7), s. 31 - 34.
MA KOWSKI J. KOŁODZIEJ J. 2005. Zagospodarowanie na cele energetyczne surowców odpadowych
powstaj cych w trakcie ekstrakcji włókna lnianego i konopnego. II Mi dzynarodowa Konferencja
Procesów Energii „Eco - uro - Energia”. Bydgoszcz 7 – 8 czerwiec, s. 305 – 308.
MOLENDA J. 2001a. Ograniczenie entropogeniczne emisji gazów cieplarnianych cz. 1. Gaz Woda
i Technika Sanitarna 9, s. 311 – 315a.
MOLENDA J 2001b. Ograniczenie entropogeniczne emisji gazów cieplarnianych cz. 2. Gaz Woda
i Technika Sanitarna 10, s. 345 – 354.
NEY R. 2003. Zało enia strategii polskiej energetyki. W: Termochemiczne przetwórstwo w gla
i biomasy. Zabrze - Kraków, s. 11 – 37.
OLESZKIEWICZ J. 2005. Nowe trendy w ciepłownictwie. Ekopartner 4(162), s. 5 – 7.
OTT Z. 2004. Gospodarcza szansa. Przegl d Ekologiczny 1/2(37/38), s. 12 – 15.
PABIS J. 2002. Mo liwo ci wykorzystania energii sło ca w rolnictwie, współdziałanie kolektorów
słonecznych w systemie z innymi ródłami ciepła. Czysta Energia 10(14),s. 27 – 29.
PANASIUK P. 2004. Brykiety czy pelety – próba porównania. Czysta Energia 4(32), s. 16 – 17.
PARCZEWSKI Z. 2002. Efektywno energetyczna w wietle aktualizacji zało e polityki energetycznej
Polski do 2005 roku. Gospodarka Paliwami i Energi 12, s. 2 – 9.
PAWŁOWSKI R. 2005. Odnawialne ródła energii – kryteria wyboru i zasady współfinansowania
przedsi wzi . II Mi dzynarodowa Konferencja Procesów Energii „Eco - uro - Energia”.
Bydgoszcz 7 – 8 czerwiec, s.125 – 126.
PICKIEL P. 2002. Vergasung von Biomasse”. Landtechnik Jg. 57 Nr 5, s. 258 – 259.
PIECHOCKI J. 2002. Wykoristanija biomasy puszczowych wierb u Polszi. Zielenaja Energietika. Nr 3 (7),
s. 19 – 20.
PIECHOCKI J. 2003. Zgazowywanie mokrej biomasy ligninocelulozowej w gazyfikatorze o mocy 500 kW.
W: Ogniwa paliwowe i biomasa lignocelulozowa szans rozwoju wsi i miast. Seria monografie.
Warszawa, s. 241 – 244.
RODRIGUES M., WALTER A., FAAIJ A. 2003. Co – firing of natural gas and Biomass gas in biomass
integrated gasification/ combined cycle systems. Energy Vol. 28, Nr 11,s. 1115 – 1131.
ROSZKOWSKI A. 2003 Biopaliwa a ekologia, estry oleju rzepakowego. Technika Rolnicza 4 s. 28 – 30.
SAYIGH A. 1998. Kierunki rozwoju wykorzystania energii odnawialnej. Seminarium Mi dzynarodowe
„Odnawialne ródła energii w strategii rozwoju zrównowa onego”. Warszawa, s. 1 – 11.
STOLARSKI M. 2003a. Wykorzystanie wierzby do celów bioenergetycznych. Czysta Energia 2(18), s. 14
– 15a
STOLARSKI M., SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J. 2003b. Pelety z biomasy szybko rosn cych wierzb
krzewiastych. Czysta Energia 6(22), s. 30 – 31.
STOLARSKI M. 2005. Pelety z biomasy wierzby i lazowca. Czysta Energia 6(46), s. 36 – 37.
CI KO M., CHMIELNIAK T. M. 2003. Zgazowywanie paliw stałych. W: Termochemiczne przetwórstwo
w gla i biomasy. Kraków, s. 99 – 124.
SZARGUT J., ZI BIK A. 2000. Podstawy energetyki cieplnej. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa.
SZAFRAN R. 1997. Podstawy procesów energetycznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej.
SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J., KLASA A., PIECHOCKI J. 2000. Willow biomass – a renewable source
of energy. 7th Polish – Danish Workshop on „ Biomass for energy”. December 7 – 10, 2000
Starbienino Poland, s. 165 – 169.
SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J. 2001a. Produktywno oraz warto energetyczna biomasy wierzb
krzewiastych Salix sp.na ró nych typach gleb w pradolinie Wisły. Post py Nauk Rolniczych 2,
s. 29 – 38.
SZCZUKOWSKI S., KISIEL R., TWORKOWSKI J., STOLARSKI M., LENC K. 2001b. Wytwarzanie energii cieplnej
w zgazowywarce pirolitycznej z biomasy wierzb krzewiastych. Problemy In ynierii Rolniczej 4,
s. 29 – 36.
SZCZUKOWSKI S. 2002. Zalecenia agrotechniczne do zakładania plantacji polowych wierzby
energetycznej. Wojewódzki O rodek Doradztwa Rolniczego w Olsztynie, s. 3 – 7.
SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J. 2003. Produkcja wieloletnich ro lin energetycznych w regionie Warmii
i Mazur – stan aktualny i perspektywy. Post py Nauk Rolniczych (3)303, s. 75 – 84.
SZOSTAK A., RATAJCZAK E. 2003. Zasoby odpadów drzewnych w Polsce. Czysta Energia 6(22), s. 21 –
23.
21
___________________________________________________________________________
W ACH
E., KOŁACZ I. 2003. Mo liwo ci produkcji i wykorzystanie granulatu drzewnego – analiza
techniczno – ekonomiczna inwestycji. Czysta Energia 6, s. 24 – 27.
W ACH E. 2005. Wła ciwo ci granulatu drzewnego. Czysta energia 6(46), s. 33 – 35.
W I NIEWSKI G. 2001. Dylematy wdra ania krajowej strategii rozwoju energii odnawialnej. Materiały
Konferencyjne „Odnawialne ródła energii u progu XXI wieku”. IBMER Warszawa, s. 42 – 49 .
ZAMOJSKI H. 2003. Efektywno produkcji biopaliw. Czysta Energia 4, s. 22 – 23.
ZIMNY J. 2001. Polska samowystarczalna energetycznie?. Rynek Instalacji 11, s. 61 – 64.
MUDA K. 2003. Pozyskiwanie energii z biomasy – perspektywy wykorzystania surowców rolnych do
produkcji biopaliw. Czysta Energia 10(26), s. 18 – 19.
ÓŁTOWSKI A. 2003. Wpływ dodatku alkoholu etylowego do paliw silników o zapłonie iskrowym.
Przegl d Techniki Rolniczej i Le nej 7, s. 11 – 13.
22
___________________________________________________________________________
Zmiany w produkcji i wykorzystaniu biomasy w Polsce
prof. dr hab. Stefan Szczukowski, prof. dr hab. Józef Tworkowski
Uniwersytet Warmi sko-Mazurski w Olsztynie
Katedra Hodowli Ro lin i Nasiennictwa
Wst p
Perspektywa wyczerpania si paliw kopalnych oraz obawy o stan rodowiska
naturalnego człowieka zwi kszyły zainteresowanie odnawialnymi ródłami energii
(OZE) i w konsekwencji, doprowadziły do wzrostu ich wykorzystania w krajach UE-15
[Groscurth i in. 2000].
Zainteresowanie biomas jako ródłem energii nast piło w krajach Wspólnoty
Europejskiej w wyniku: nadwy ki produkcji ywno ci i wycofaniu si cz ci
producentów rolnych z procesu wytwarzania pasz i surowców ywno ciowych,
mo liwo ci produkcji na gruntach ornych paliwa odnawialnego o zerowym bilansie
dwutlenku w gla i ni szej emisji zanieczyszcze powietrza w porównaniu ze
spalaniem kopalin oraz rozwoju nowoczesnych technologii umo liwiaj cych
osi gni cie wy szej sprawno ci przemian energetycznych. Powy sze argumenty
przekonały społecze stwa w tych krajach o konieczno ci wprowadzenia biomasy
jako paliwa cz ciowo zast puj cego kopaliny w procesach energetycznych.
Regulacje prawne
Polska przyst puj c w dniu 1 maja 2004 r. do struktur UE-25 znowelizowała
ustaw Prawo Energetyczne (Dz. U. z 2004 r. nr 29 i in.) oraz ustaw Prawo
Ochrony rodowiska (Dz. U. z 2004 r. Nr 91). Powy sze zmiany weszły w ycie
z dniem 1 stycznia 2005 r dostosowuj c je do: dyrektywy 2001/77/WE z dnia
27 wrze nia 2001 r. w sprawie wspierania produkcji na rynku wewn trznym energii
elektrycznej wytwarzanej ze ródeł odnawialnych oraz cz ciowo dyrektywy
2003/54/WE z dnia 26 czerwca 2003 r. dotycz cej wspólnych zasad rynku
wewn trznego energii elektrycznej. Powy sze zmiany ustaw oraz wydane stosowne
dokumenty wykonawcze daj podstawy prawne do rozwoju rynku odnawialnych
surowców energetycznych.
Tendencje zmian w produkcji i wykorzystaniu biomasy
W Polsce po akcesji do UE wyra nie wzrosło zainteresowanie wykorzystaniem
biomasy do celów energetycznych. Biomas stał pozyskuje si z odpadów: le nych,
rolniczych, przemysłu drzewnego, zieleni miejskiej oraz niewielkie ilo ci
z segregowanych
organicznych
odpadów
komunalnych.
W
przyszło ci
uzupełnieniem bilansu poda y biomasy na rynku energetycznym mo e by jej
pozyskiwanie z plantacji wieloletnich ro lin: rodzimych gatunków wierzby krzewiastej
(Salix spp.) i aklimatyzowanych w Polsce: lazowca pensylwa skiego (Sida
hermafrodita Rusby) i miskanta (Miscanthus spp.).
Obecnie obserwuje si du e zainteresowanie tymi gatunkami w wielu krajach
Europy i Stanach Zjednoczonych. El Bassam [1997] zalicza wymienione gatunki
wytwarzaj ce lignino-celulozow biomas do grupy wysoko produktywnych ro lin
o potencjalnym plonie suchej masy 30 t . ha–1 . rok-1. Produkcja biomasy tych ro lin
i jej przetwarzanie stwarza mo liwo wykorzystania gruntów rolniczych wył czonych
z produkcji surowców ywno ciowych, odłogowanych oraz wadliwych, cz sto
o du ym potencjale produkcyjnym ale okresowo nadmiernie wilgotnych
lub zanieczyszczonych przez przemysł. Aktualnie w Polsce powierzchnie wieloletnich
23
___________________________________________________________________________
ro lin energetycznych szacuje si na około 4 tys. ha w tym połow areału stanowi
plantacje wierzby energetycznej.
Zawistowski, Ra czak [2003] szacuje, e w Polsce mo na okre li potencjaln
poda biomasy z plantacji ro lin energetycznych na około 50 mln ton o warto ci
energetycznej około 400 mln GJ, co jest równowa ne energetycznie 20% w gla
zu ywanego aktualnie w krajowej energetyce (1 900 mln GJ x 0,2 = 380 mln GJ).
Pozyskanie takiej ilo ci biomasy wi załoby si z przeznaczeniem na ten cel od 1,3
do 1,5 mln hektarów u ytków rolnych. Baz do zakładania potencjalnych plantacji
ro lin energetycznych mógłby by ci gle rosn cy obszar odłogowanych u ytków
rolnych (ponad 2 mln . ha-1) [GUS 2003] oraz cz
ekstensywnie wykorzystywanych
u ytków zielonych (około 0,5 mln . ha-1).
Biomasa wieloletnich ro lin energetycznych pozyskana z plantacji polowych
mo e by wykorzystana jako paliwo stałe: zr bki [Szczukowski i in. 1998, 2001],
pelet – granulat [Stolarski i in. 2003]. Technologie produkcji paliw stałych z biomasy
i wytwarzanie z nich energii cieplnej oraz w skojarzeniu energii cieplnej i elektrycznej
s aktualnie handlowo dost pne na rynku [Szczukowski i in. 2001, Szczukowski i in.
2004], stwarza to mo liwo ich szybkiego wdro enia.
Ciechanowicz [2004], cytuj c najnowsze osi gni cia nauki wiatowej twierdzi, e
aktualnie powstaje szansa rozwoju obszarów wiejskich zwi zana z upraw
wieloletnich ro lin energetycznych, pozyskiwaniem biomasy i przetwarzaniem jej na
paliwo w glowodorowe: metanol, co mo e sta si na pocz tku przyszłej dekady
tego wieku czynnikiem nie tylko rozwoju wsi ale i całego kraju. W przeprowadzonej
symulacji ekonomicznej wykazał on, e korzy ci w postaci warto ci sprzeda y
z okre lonej powierzchni uprawy ro lin wytwarzaj cych lignino-celulozow biomas
o wydajno ci 25 t . ha–1 . rok-1 suchej masy i osi galnej aktualnie sprawno ci jej
przetwarzania do metanolu 40% oraz prognozowanej cenie metanolu 1000 $ USD .t-1
w relacji do energetycznego wykorzystania tej biomasy w odniesieniu do w gla
kamiennego 50 $ USD . t-1 oraz w relacji do uprawy na tej samej powierzchni zbó
o wydajno ci 5,0 t . ha-1 przy cenie ziarna 100 $ USD . t-1 s
jak 20 : 2 : 1
(10000 $ USD . ha-1 : 1000 $ USD . ha-1 : 500 $ USD . ha-1). Z przytoczonych relacji
wynika, e produkcja biomasy jako paliwa w odniesieniu do w gla jest 2-krotnie
bardziej opłacalna ni uprawa zbó . Tak wi c, produkcja paliw stałych z biomasy jest
ju aktualnie atrakcyjna. W perspektywie jednak e polskie rolnictwo potrzebuje
produktu na, który byłby nieograniczony zbyt, który pozwoliłby rozwi za
podstawowe problemy obszarów wiejskich: pogł biaj cy si brak rynku zbytu na
produkcj rolnicz i bezrobocie na wsi. Tym produktem wydaje si by metanol
wytwarzany z lignino-celulozowej biomasy, którego warto sprzeda y z jednostki
powierzchni plantacji mo e by 20-krotnie wy sza ni dochód ze sprzeda y ziarna
zbó .
Aktualnie w wiecie tworzy si rynek na paliwa w glowodorowe pochodzenia
biologicznego. W 1999 roku ameryka sko-kanadyjska firma Ballard powiadomiła, e
istnieje rozwi zanie, które pozwoli pot gom motoryzacyjnym od Tokio po Stuttgart do
Detroit stopniowo uwolni si od pól naftowych obj tych stowarzyszeniem OPEC
[Geyer 2001]. Tym rozwi zaniem okazał si generator w postaci polimerowego
ogniwa paliwowego zasilanego bezpo rednio metanolem, który jest sposobem na
dostarczenie wodoru do ogniw. Ogniwa paliwowe daj 2-krotnie wy sz sprawno
w porównaniu z silnikami wewn trznego spalania i praktycznie zerow emisj
zanieczyszcze . Prognozy wskazuj , e na rynku samochody osobowe wyposa one
w ogniwa paliwowe dost pne b d ju w handlu 2006-2008 roku [Iseberg i in. 2001].
Ponadto sygnalizuje si mo liwo ci wykorzystania polimerowych ogniw paliwowych
24
___________________________________________________________________________
zasilanych metanolem jako generatorów energii w sprz cie elektronicznym:
przeno nych komputerach, telefonach komórkowych itp. [Ciechanowicz 2001, Geyer
2001].
Metanol mo e by produkowany z gazu ziemnego, ale tylko metanol uzyskany
w wyniku przetworzenia biomasy mo e by neutralny wobec efektu cieplarnianego.
Doniesienia wskazuj [Sethi i in. 1999, Suresh i in.2001] na mo liwo produkowania
metanolu z biomasy lignino-celulozowej pozyskiwanej z plantacji polowych. Oznacza
to, e metanol jako paliwo w glowodorowe staje si paliwem strategicznym w skali
wiata w sektorze transportu. Chodzi wi c oto, aby Polska mo liwie szybko na tym
rynku mogła uczestniczy .
Dane Stowarzyszenia Komercjalizacji Bioenergii w USA dowodz , e mo na
wytwarza energi z biomasy, spełniaj c kryteria ekonomiczne, ochrony rodowiska,
stymuluj c jednocze nie rozwój obszarów wiejskich.
O przydatno ci ro lin do intensywnej uprawy na cele bioenergetyczne decyduj :
sprawno
energetyczna uprawy – czyli stosunek energii zawartej
w biomasie do energii potrzebnej do jej wytworzenia,
rodzaj w glowodanów tworz cych biomas (lignino-celuloza lub skrobia)
ze wzgl du na ró n sprawno procesu termo-chemicznego lub biologicznego jej
przetwarzania.
Przeprowadzone badania wykazały,
e wierzba krzewiasta,
lazowiec
pensylwa ski i miskant daj
bardzo wysoki współczynnik efektywno ci
energetycznej, nawet kilkakrotnie wy szy ni u jednorocznych ro lin rolniczych
przeznaczonych na rynek ywno ciowy (zbo a, okopowe, oleiste). Wyja nia to,
dlaczego naukowcy szwedzcy i ameryka scy a za nimi plantatorzy w wielu krajach
do celów energetycznych preferuj na plantacjach polowych upraw wieloletnich
ro lin wytwarzaj cych lignino-celulozow biomas .
Plantacje energetyczne wierzby
Prace badawcze nad tym rodzimym gatunkiem w Polsce prowadzone s od
ponad siedemdziesi ciu lat a autorzy artykułu prowadz je ju od kilkunastu lat
[Szczukowski, Tworkowski 2001, Kisiel i in. 2004].
Wykazano, e plony suchej masy drewna wierzby w do wiadczeniu zawarte były
w przedziale od 11,0 do 26,4 t . ha-1 . rok-1. Najwy szy był on przy zbiorze ro lin co
3 lata ( rednio 21,6 t . ha-1 . rok-1) (tab. 1). Bardzo wysoka produktywno drewna
wierzby oraz wysoka w nim zawarto celulozy (46-56%) sprawia, e ro liny te mog
by interesuj cym surowcem do produkcji metanolu. Dane cytowane przez
Ciechanowicza [1997] wskazuj , e z 2,6 tony suchego drewna mo na uzyska
1 ton metanolu, a sprawno
termo-chemicznego procesu przetwarzania wynosi
około 40%.
Tabela 1 Plon suchej masy drewna Salix spp. oraz jego warto
Rodzaj danych
Cz stotliwo
zbioru p dów
co rok
co 2 lata
co 3 lata
14,9
16,1
21,6
18,55
19,25
19,56
Plon suchej masy drewna
(t . ha-1 . rok-1)
Warto kaloryczna drewna
.
-1
(MJ kg s.m.)
ródło: Opracowanie własne
kaloryczna
25
___________________________________________________________________________
Warto kaloryczna drewna zbieranego co roku wynosiła 18,55 MJ . kg-1 s. m.,
a co 3 lata 19,56 MJ . kg-1 (tab. 1).
Nakłady energetyczne poniesione na zało enie plantacji wierzby i zbiór ro lin
wyniosły 12,1 GJ . ha-1 przy corocznym zbiorze, 18,6 GJ . ha-1 przy zbiorze co 2 lata
i 30,0 GJ . ha-1 przy zbiorze p dów co 3 lata (tab. 2)
Sprawno
energetyczna wyra ona stosunkiem warto ci energetycznej
uzyskanego plonu do sumarycznych nakładów energetycznych poniesionych na
upraw , (m. in. nawozy, zbiór biomasy i transport) zawierała si w przedziale od 22,8
przy zbiorze ro lin co roku do 42,1, gdy ro liny zbierano w cyklu 3-letnim (tab.2)
Tabela 2 Struktura nakładów energetycznych Salix spp. w ró nych cyklach zbioru
Rodzaj danych
Cz stotliwo
co rok
zbioru p dów
co 2 lata
co 3 lata
Nakłady energii
12,13
18,55
29,98
(GJ . ha –1)
Plon suchej masy drewna
14,9
32,1
64,6
(t . ha –1)
Warto energetyczna plonu
276,4
617,9
1 263,5
(GJ . ha –1)
22,8
33,3
42,1
Sprawno energetyczna uprawy*
*Sprawno energetyczna wyra ona stosunkiem warto ci energetycznej plonu do
nakładów energii poniesionych na upraw
Sprawno
energetyczna uprawy wierzby krzewiastej zbieranej w cyklach
trzyletnich jest ponad dziesi ciokrotnie wy sza ni
przy uprawie rzepaku
i o miokrotnie wy sza ni przy uprawie pszen yta ozimego (tab.3).
Tabela 3 Porównanie sprawno ci energetycznej uprawy rzepaku, pszen yta oraz wierzby
krzewiastej
Rodzaj danych
Nakłady energii na upraw
.
–1
(GJ ha )
Plon suchej masy nasion lub
drewna t . ha -1
Warto kaloryczna
MJ . kg –1 s.m.
Warto energetyczna plonu
.
-1
GJ ha
Sprawno energetyczna uprawy
Rzepak
Pszen yto
Wierzba
Zbiór co 3-lata (w
przeliczeniu na rok)
20,05
16,34
9,99
2,70
4,50
21,53
27,80
18,50
19,56
75,06
83,25
421,2
3,74
5,09
42,16
Wyliczono na podstawie uzyskanych danych, e współczynnik efektywno ci
energetycznej przy 40% sprawno ci przetwarzania drewna wierzbowego do
metanolu wynosi 16,9 a pszen yta do etanolu przy tej samej zało onej sprawno ci
(40%) wyniosła 2,1. Z literatury niemieckiej [Hartmann 1995] wynika, e sprawno
energetyczna przetworzenia biomasy miskanta do metanolu wyniosła 19,6 a korzeni
buraka cukrowego do etanolu 1,3.
26
___________________________________________________________________________
Podsumowanie
Po akcesji Polski do UE-25 ustanowiono podstawy prawne do wdro enia nowej
polityki rolnej, nastawionej na rozwój tak zwanego rolnictwa nie ywno ciowego (ang.
non-food-production), produkuj cego ro liny m.in. do energetycznego wykorzystania,
uzupełniaj ce produkcj ywno ci i pasz. Z dniem 1 stycznia 2005 r. weszła w ycie
znowelizowana ustawa Prawo Energetyczne (Dz. U. z 2004 r. nr 29, zgodna
z dyrektyw 2001/77/WE), która zobowi zuje podmioty gospodarcze do zakupu
energii elektrycznej i ciepła ze ródeł odnawialnych co mo e stymulowa szybki
rozwój rynku biomasy.
Notuje si w kraju wzrost areału plantacji polowych ro lin energetycznych,
aktualnie ok. 4 tys. ha (w tym wierzby wiciowej ok. 2 tys. ha), potencjalne mo liwo ci
oscyluj ok. 1,5 mln ha.
Aktualnie na rynku s dost pne technologie umo liwiaj ce wykorzystanie paliw
z biomasy (zr bków i peletu) do wytwarzania w skojarzeniu energii elektrycznej
i ciepła w energetyce zawodowej i ogrzewnictwie komunalnym.
W perspektywie 10 lat mo na stworzy w kraju warunki do wytwarzania paliwa
w glowodorowego - metanolu z biomasy lignino-celulozowej ro lin energetycznych,
który jest ródłem wodoru w ogniwach paliwowych, generatorach energii XXI wieku.
Literatura
Ciechanowicz W. 1997. Energia, rodowisko i Ekonomia. Polska Akademia Nauk, Instytut Bada
Systemowych, Warszawa, ss. 274
Ciechanowicz W. 2001. Metanol zast pi rop naftow ? Aura. 6: 4-7
Ciechanowicz W. 2004. Rola polskiej nauki w zdobywaniu strategicznych rynków XXI wieku. Wy sza
Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarz dzania. Warszawa. Seria Monografie; ss. 320
El Bassam N. 1997. Renewable Energy. REU Technical Series 46: 4-196
Geyer B. (2001): A fuel cell primer. International Workshop on „Bioenergy for Rural Area
Development”. Warsaw Palais Staszic, September 26-29, 2001: 3-11.
Groscurth H.-M. i inni: Groscurth H.-M., Almeida A.de, Bauen A., Costa F.B., Ericson S.-O., Giegrich
J., Grabczewski N.von, Hall D.O., Hohmeyer O., Jörgensen K., Kern C., Kühn I., Löfstedt R., Silva
Mariano J.da, Mariano P.M.G., Meyer N.I., Nielsen P.S., Nunes C., Patyk A., Reinhardt G.A.,
Rosillo-Calle F., Scrase I., Widmann B. (2000): Total costs and benefits of biomass in selected
regions of the European Union. Energy, 25, (11): 1081-1095.
Hartmann H. (1995): Biomasse im Vergleich zu den ubrigen Verfahren der erneuerbaren
Energienutzung Landtechnik, 50, (1): 22-23.
Iseberg G., R. Edinger, J. Ebner. (2001): Renewable Energies for Climate Benign Fuel Production –
Powering Fuel Cell Vehicles. International Workshop on „Bioenergy for Rural Area Development”.
Warsaw Palais Staszic, September 26-29, 2001: 31-33.
Kisiel R., Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J. 2004. Costs of bushy willow coppice production
at a plantation established for production of energy. Economic Sciences. 7: 177-184
Sethi P., Chaundry S., Unnash S. (1999): Methanol production from biomass using the hynol process.
In: Biomass – a growth opportunity in green energy and value-added products. (Overend P.
Chornet E., eds). Pergamon: 833-836.
Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J, Kisiel R. 2003. Pelety z biomasy wierzb krzewiastych.,
Wie Jutra, 9: 12-13
Suresh B. Babu; Remick R.J. (2001): Biomass gasification for fuel cells. International Workshop on
„Bioenergy for Rural Area Development”. Warsaw Palais Staszic, September 26-29, 2001: 17-31.
Szczukowski S., Tworkowski J., Kwiatkowski J. 1998. Mo liwo ci wykorzystania biomasy Salix spp.
pozyskiwanej z gruntów ornych jako ekologicznego paliwa oraz surowca do produkcji celulozy i płyt
wiórowych. Post py Nauk Rol. 2: 53-63
Szczukowski S.,Tworkowski J. 2001. Produktywno
oraz warto
energetyczna biomasy wierzb
krzewiastych Salix spp. na ró nych typach gleb w pradolinie Wisły. Post py Nauk Rol. 2: 29-36
Szczukowski S. Tworkowski J.. Piechocki J. 2001. Nowe trendy wykorzystania biomasy pozyskiwanej
na gruntach rolniczych do wytwarzania energii. Post py Nauk Rol. 6: 87-96
27
___________________________________________________________________________
Szczukowski S., Stolarski M., Tworkowski J., Przyborowski J. , Kisiel R. 2004. Wykorzystanie biomasy
wierzby krzewiastej do produkcji energii cieplnej. Problemy In ynierii Rolniczej. 2:31-40
Zawistowski J., Ra czak J. 2004. Do wiadczenia Instytutu Chemicznej Przeróbki w gla. Materiały
z Konferencji. Zakopane, 2004: 23-31
28
___________________________________________________________________________
Ro liny energetyczne przydatne do uprawy na terenie
województwa podlaskiego
in . Andrzej Stanisław Zaman
Starostwo Powiatowe w Białymstoku
Rolnicy województwa podlaskiego produkuj cy do tej pory ywno i pasze,
maj obecnie niepowtarzaln szans sta si równie producentami ro lin
energetycznych, w energetyce zawodowej wzrasta bowiem znaczenie
wykorzystywania biomasy poprzez jej współ spalanie z w glem lub miałem. Coraz
powszechniejsze staje si tak e wykorzystywanie nowoczesnych kotłów do spalania
drewna w domkach jednorodzinnych oraz słomy w gospodarstwach rolnych. Tworzy
si wi c rynek biomasy, b d cej odnawialnym i jednym z najta szych ródeł energii.
Dlatego rolnicy, którzy jako pierwsi zainwestuj w upraw ro lin energetycznych, by
mo e b d mieli szans zawrze najatrakcyjniejsze kontrakty na dostawy biomasy
wykorzystywanej do celów energetycznych.
Według dr. Piotra Gradziuka z Instytutu Nauk Rolniczych w Zamo ciu, ju
w perspektywie kilku najbli szych lat podstawowego znaczenia energetycznego
nabior biopaliwa stałe oparte na ro linach energetycznych, których uprawa obejmie
znacznie wi ksz powierzchni (blisko 2,5 mln ha) ni zasiewów rzepaku na
biopaliwa płynne (ok. 0,5 mln ha).
Podobnego zdania jest prof. Piotr Kowalik z Politechniki Gda skiej. Uwa a on,
e wypełnienie obowi zku zakupu energii ze
ródeł odnawialnych zmusi
przedsi biorstwa energetyczne do zakupu blisko 15 mln ton biomasy ju w 2010 r.
Co oznacza ta liczba? Rocznie zu ywamy ok. 100 mln ton w gla, co odpowiada
warto ci energetycznej ok. 200 mln ton biomasy - w przybli eniu jedna tona w gla
równa si dwóm tonom biomasy. Zakładaj c, e dominuj ce znaczenie na rynku
OZE b d miały biopaliwa stałe, to zast pienie w 2010 r. 7,5 mln ton w gla (7,5%
próg przyj ty w „Strategii” jako limit produkcji energii OZE) wymaga zebrania wła nie
ok. 15 mln ton biomasy.
Sk d wzi tak ilo biomasy? Na pewno nie mo na opiera si wył cznie na
pozyskiwaniu drewna z lasów i drzew rosn cych przy drogach, poniewa ich zapasy
szybko si wyczerpi . Dlatego niezb dna stanie si uprawa ro lin energetycznych na
gruntach rolnych, odłogach i glebach marginalnych. W naszym kraju rolnicy b d
mogli przeznaczy na ten cel m.in. wierzb , topole, topinambur, malw
pensylwa sk , ró
wielokwiatow i b d ce jeszcze w trakcie bada trawy
wieloletnie, takie jak miskant olbrzymi.
Z przeprowadzonego szacunku produkcji słomy w województwie podlaskim
wynika e ma ono znaczne braki słomy w teoretycznym zapotrzebowaniu na pasz
i cióły. Z tego mo emy wyci gn
wniosek, e nie istnieje mo liwo
rozwoju
lokalnej energetyki w oparciu o spalanie słomy. Mimo to istniej techniczne
mo liwo ci potraktowania ziarna yta, owsa czy całych ro lin zbo owych jako paliwa
energetycznego. Przykładem mog by tu do wiadczenia z owsem energetycznym.
Owies jest łatwy w spalaniu i jako surowiec opałowy jest ta szy od pelletsu. Warto
opałowa owsa wynosi 18,5 MJ/kg. Powstały w procesie spalania popiół mo e by
wykorzystywany jako nawóz. Na ogrzanie jednego gospodarstwa domowego
wystarcza 2ha gruntu.
Spo ród traw rodzimych ciekaw
perspektyw
stanowi energetyczne
u ytkowanie zbiorowisk szuwarowych, a w tym manny wodnej i trzciny pospolitej
z naturalnych stanowisk. W naszych warunkach klimatycznych rodzime trawy ł kowe
29
___________________________________________________________________________
(mozga trzcinowata, tymotka ł kowa, kostrzewa trzcinowata, kupkówka
pospolita, stokłosa bezostna, rajgras wyniosły) mog produkowa rocznie od 1,5
do 4,5 tony /ha celulozy, natomiast 40-letni bór sosnowy produkuje zaledwie około
1t/ha tej energetycznej substancji. Z tych powodów mo na podejmowa rozs dne
decyzje i korzysta z biomasy odłogowanych ł k lub plantacji traw na gruntach
ornych, a plantacje z trawami introdukowanymi typu miskanty, spartina, palczatka
Gerarda wprowadza z ostro no ci i rozwag .
Gminy, jako jednostki administracyjne, zobowi zane s do poprawnego
zagospodarowania
podległej jej administracyjnie
przestrzeni.
Poprawne
zagospodarowanie przestrzeni gospodarstwa rolnego i jego otoczenia jest jednym
z wa niejszych zada i działa przyczyniaj cych si do ochrony rodowiska
i zharmonizowania krajobrazu.
Charakterystyczn cech terenów wiejskich jest, znaczna w swoich rozmiarach,
„produkcja” biomasy. Znaczenie biomasy mo e by rozpatrywane w kategoriach
pozaekonomicznych takich jak: kształtowanie krajobrazu, ochrona rodowiska czy
te zachowanie i utrzymanie lokalnej bioró norodno ci w otaczaj cej przyrodzie oraz
w kategoriach ekonomicznych zwi zanych z przedsi wzi ciami gospodarczymi
(energetyczne wykorzystanie drewna, uprawa ro lin na potrzeby paliw płynnych,
produkcja kompostu).
W naszym regionie do uprawy ro lin energetycznych nadaj cych si do
wytwarzania energii cieplnej poprzez spalanie mo emy zaliczy : wierzb krzewiast
(salix viminalis),
lazowiec pensylwa ski (sida hermaphroddita), zwany
równie malw pensylwa sk lub „sid ”, topinambur (heliantus tuberosus)
zwany w gwarze ludowej „bulw ”, gdy wytwarza podziemne bulwy przydatne do
celów paszowych.
Plantacje energetyczne szybko rosn cych wierzb krzewiastych mog by
zakładane na gruntach ornych lub wył czonych z rolniczego u ytkowania, na
glebach o du ym potencjale produkcyjnym ale wadliwych np. z powodu okresowego
nadmiaru wody lub zanieczyszczenia gleby. Ocenia si , e szybko rosn ce formy
Salix spp. intensywnie uprawiane na plantacjach polowych mog da przyrosty
lignino-celulozowej biomasy ponad dziesi ciokrotnie wy sze ni w lesie naturalnym.
Biomasa wierzb krzewiastych mo e by pozyskiwana w krótkich rotacjach (1,2,3 i 4letnich) na tym samym podkładzie korzeniowym w ci gu 25 lat. Mo na przy tym
ł czy jej funkcj energetyczn z wykorzystaniem plantacji do nawo enia ciekami,
zagospodarowywaniem osadów po ciekowych czy utrwalaniem stromych zboczy lub
systemów melioracyjnych. Do uprawy wierzb najbardziej przydatnymi s gleby III, IV,
V klasy bonitacyjnej. Ro liny reaguj szczególnie wyra nie na przebieg warunków
atmosferycznych od połowy czerwca do ko ca sierpnia (w tym okresie przypada
maksymalny przyrost masy ro linnej). Opady i umiarkowanie wysoka temperatura w
tym okresie wpływaj korzystnie na plony biomasy, susza natomiast mo e
powodowa spadek plonowania nawet o 50%. Susza jest szczególnie niebezpieczna
w pierwszym roku uprawy w czasie ukorzeniania si zrzezów. Wa ne jest, aby
plantacje wierzb zakładane były na u ytkach rolnych dobrze uwodnionych
i odchwaszczonych. Optymalny poziom wód gruntowych przeznaczonych pod
upraw wierzby energetycznej to: 100-300 cm dla gleb piaszczystych i 160-190 cm
dla gleb gliniastych. Wierzba nie znosi terenów pozostaj cych przez okres dłu szy
ni 2-3 tygodnie pod wod po tym nast puje zniszczenie plantacji.
lazowiec pensylwa ski został introdukowany do Polski w latach 50 ub. stulecia
z Ameryki Północnej. Ro lina dzi ki zakładaniu p czków wzrostowych na korzeniach
w strefie przyłodygowej corocznie odrasta, zwi kszaj c liczb łodyg od jednej,
30
___________________________________________________________________________
w pierwszym roku, do 20-30 w czwartym i nast pnych latach tworz c do silnie
ulistniony krzew. Łodygi lazowca s okr gławe, w rodku puste, o rednicy od 5 do
30 mm, za wysoko w ko cu wegetacji mo e przekracza 400 cm. Kwitnienie trwa
około 6-8 tygodni i przypada na okres od lipca do wrze nia. Kwitn ce ro liny s
ch tnie oblatywane przez pszczoły, trzmiele i inne owady.
lazowiec pensylwa ski nie ma specjalnych wymaga w stosunku do klimatu
i gleby. Udaje si nawet na glebach piaszczystych V klasy bonitacyjnej byle
dostatecznie uwilgotnionych. Dzi ki gł bokiemu systemowi korzeniowemu jest to
ro lina odporna na okresowe susze i mro ne zimy. lazowiec mo e by rozmna any
zarówno generatywnie, jak i wegetatywnie przez ró ne cz ci ro liny. Jesieni , po
przymrozkach, lazowiec gubi li cie, a łodygi trac wilgotno
(zawarto
suchej
masy 63-77%). Zebrane w tym stanie nadaj si do spalania, wytwarzania brykietów
czy te peletów. Ze wzgl du na ni sz zawarto
wody s bardziej cenne jako
surowiec energetyczny ni wierzba.
Bior c pod uwag niewielki przyrost suchej masy drewna w 25-letnim lesie
sosnowym wynosz cy 3,9t/ha i ciepło spalania 17417 kJ/kg s.m., mo na wyliczy , e
z 1ha lasu uzyskamy 67926 MJ ciepła. Z jednego ha plantacji lazowca, poczynaj c
od drugiego roku uprawy, coroczna wydajno ciepła wyniesie 110753-257316 MJ
w zale no ci od wysoko ci plonu i grubo ci łodyg. Upraw
lazowca, nawo enie,
piel gnacje i zbiór biomasy prowadzi si tradycyjnymi metodami przy zastosowaniu
standardowych maszyn rolniczych.
Inn
ro lin
przydatn do produkcji biomasy na terenie województwa
podlaskiego mo e by słonecznik bulwiasty zwany topinamburem, nale y on do
rodziny astrowatych i jest blisko spokrewniony ze słonecznikiem zwyczajnym.
Ro lina osi ga wysoko od 2 do 4 metrów, a rednic łodygi do 3 cm. Topinambur
jest ro lin dnia krótkiego. Wymagania klimatyczne topinamburu s niewielkie,
dobrze znosi zmienne warunki klimatyczne i niskie temperatury (do –50st), jednak
najkorzystniejsza dla tego gatunku jest pogoda ciepła i wilgotna. Topinambur raz
posadzony obficie plonuje co najmniej dziesi lat.
Topinambur mo e by wykorzystany do produkcji bioetanolu, a cz ci
nadziemne po wysuszeniu mog by spalane lub te słu y do produkcji brykietów
i peletów. redni plon suchej masy waha si w granicach od 10 do 16 ton /ha. Na
1 ar uprawy potrzeba około 10 kg sadzeniaków. Jeden sadzeniak daje w plonie 5080 bulw. Du a łatwo i niski koszt zało enia plantacji topinamburu stwarzaj szans
na rozpowszechnienie si tej uprawy.
W zwi zku z tworzeniem rynku biopaliw jest szansa do powrotu uprawy rzepaku
w naszym regionie. Ro liny energetyczne i ich uprawa stanowi jeden z elementów
tworz cego si nowego rynku energii bioodnawialnej. Pozyskiwanie energii ze ródeł
odnawialnych musi by starannie opracowane, aby nie stało si przyczyn
degradacji rodowiska. Przede wszystkim nale y zwróci uwag na to, aby nakłady
energii ponoszone na upraw ro lin „energetycznych” były znacznie mniejsze od
energii z nich uzyskiwanej.
Du inicjatyw powinny wykaza samorz dy gminne i powiatowe sporz dzaj c
bilanse energetyczne i plany zaopatrzenia w energi oraz organizuj c mieszka ców
(rolników) wokół rynku lokalnego bioenergii by nie dopu ci do opanowania tych
rynków przez obcych kontrahentów.
Dopiero po opracowaniu planów zaopatrzenia gmin w energi b dzie mo na
stwierdzi jakie s potrzeby i mo liwo ci uprawy ro lin na cele energetyki
odnawialnej.
31
___________________________________________________________________________
Biomasa – ro liny energetyczne
dr in . Anna Edyta Gutowska
Mazowiecki O rodek Doradztwa Rolniczego w Warszawie
Oddział Po wi tne w Pło sku
Obecnie ka de rodowisko naukowe i biznesowe promuje swoj własn
koncepcj energetyki odnawialnej (wiatr, energia słoneczna, geotermalna, biomasa,
biogaz itp.) przekonuj c o zaletach no nika, który w danym momencie stanowi obiekt
ich bada , b d zainteresowa . Jednak najwa niejszym polskim ródłem energii
odnawialnej jest biomasa. Udział jej w strukturze wykorzystania odnawialnych ródeł
energii OZE przekracza 98%. Najwi ksz i najbardziej warto ciow jej cz
mo e
stanowi
biomasa, pochodz ca ze specjalnie uprawianych ro lin zwanych
energetycznymi. Potencjał plonotwórczy tych ro lin waha si od kilkunastu do 25-30 t
suchej masy z ha w ci gu roku i kilkakrotnie przewy sza plon słomy pozostaj cej po
zbiorze zbó czy rzepaku.
Argumentami przemawiaj cymi za energetycznym wykorzystaniem biomasy
jest:
- nadprodukcja ywno ci,
- bezrobocie na wsi,
- konieczno ograniczenia emisji CO2,
- mo liwo tworzenia nowych miejsc pracy na wsi i w mie cie,
- aktywizacja ekonomiczna lokalnych społeczno ci wiejskich,
- wy sze bezpiecze stwo energetyczne poprzez poszerzenie oferty
producentów energii.
Podj cie jednak decyzji o zało eniu plantacji energetycznej wymaga
uwzgl dnienia: warunków siedliskowych, wymaga
agrotechnicznych ro lin,
technologii zbioru i przechowywania biomasy, jako ci surowca, technologii
wykorzystania biomasy oraz opłacalno ci. Spo ród ro lin umo liwiaj cych uzyskanie
wysokich plonów w warunkach polskich mo na wymieni :
Ro liny drzewiaste szybkiej rotacji
Salix viminalis – wierzba wiciowa. Najwi ksz popularno zdobyła w krajach
skandynawskich. W Polsce, gdzie wierzb uprawia si na kilkuset ha, ilo
ta –
wg szacunków – b dzie gwałtownie rosn , dzi ki łatwo ci uprawy, osi gni ciom
w hodowli (nowe, wydajniejsze odmiany), rozwojowi technologii pozyskiwania energii
z biomasy, nieuchronno ci zmian w rolnictwie, zwi zanej z integracj europejsk
oraz ni szym kosztem wytwarzania 1 GJ energii w porównaniu do paliw kopalnych.
Trwałe ro liny dwuli cienne
Do najwa niejszych bylin dwuli ciennych uprawianych w Europie na cele
energetyczne nale :
Sida hermaphrodita – lazowiec pensylwa ski, znany równie pod nazw
malwy pensylwa skiej, jest przedstawicielem rodziny lazowatych. Pochodzi
z Ameryki Północnej, gdzie spotykany jest w warunkach naturalnych. Gatunki
z rodzaju Sida wyst puj na pustynnych i półpustynnych obszarach Afryki,
kontynentu australijskiego, Wyspach Zielonego Przyl dka.
lazowiec był gatunkiem do niedawna nieznanym w naszym kraju. Został
introdukowany do Polski w latach 50. ubiegłego stulecia. Zainteresowanie
lazowcem pensylwa skim wynikało z ch ci poszerzenia asortymentu gatunków
32
___________________________________________________________________________
ro lin uprawnych. Charakterystyka biologiczna i morfologiczna tej ro liny dała
podstawy do optymizmu pod wzgl dem wielostronnego jej wykorzystania. Pierwsze
próby z aklimatyzacj i upraw były bardzo zach caj ce. Warunki glebowoklimatyczne Polski gwarantowały dobry wzrost, rozwój i plonowanie. Stosunkowo
szerokie badania przeprowadzone przez Styka i Borkowsk (pracowników Akademii
Rolniczej w Lublinie) okre liły kierunki i mo liwo ci wykorzystania lazowca. Du a
zawarto w zielonej masie zwi zków białkowych (dochodz ca do 30% w s.m.) przy
korzystnym składzie aminokwasowym i wysokim plonie zielonki wskazała, i mo e
by cennym gatunkiem u ytkowania pastewnego. Wa nym kierunkiem u ytkowania
lazowca jest rekultywacja chemicznie zdegradowanych terenów, która wykorzystuje
zdolno ro liny do pobierania i wynoszenia z podło a metali ci kich (Cd, Mn, Ni,
Pb, Zn). W ostatnim jednak czasie du ym zainteresowaniem cieszy si kierunek
wykorzystania lazowca w przemy le celulozowo-papierniczym i energetycznym
(tab. 1).
Tabela 1. Ciepło spalania niektórych gatunków drzew i łodyg
-1
w kJ·kg s.m.
Gatunek
Buk
wierk
Sosna
Wierzba (wiklina)
lazowiec
lazowca pensylwa skiego
Ciepło spalania
18 042
18 212
17 417
16 711
14 456
11 909
łodygi cienkie
łodygi grube
lazowiec pensylwa ski tworzy stosunkowo du
biomas (10-17 t s.m. z ha
w zale no ci od sposobu rozmna ania i rodzaju podło a) zbieran corocznie przez
kilkana cie lat z jednej plantacji. Zawarto suchej masy w łodygach lazowca mo e
przekracza 70%, za ciepło spalania cienkich łodyg jest zaledwie o 20% ni sze ni
drewna bukowego. Wysoka zawarto suchej masy (63-77%) w łodygach zbieranych
zim wskazuje na mo liwo zastosowania ich do bezpo redniego spalania. Bior c
pod uwag niewielki roczny przyrost suchej masy drewna w 25-letnim lesie
sosnowym wynosz cym 3,9 t z ha i ciepło spalania 17 417 kJ·kg-1, mo na wyliczy ,
e z 1 ha lasu uzyskamy 67 926 MJ ciepła. Z 1 ha plantacji lazowca, poczynaj c od
drugiego roku uprawy, coroczna wydajno
ciepła wyniesie od 110 753 –
257 316 MJ w zale no ci od wysoko ci plonu i grubo ci łodyg (grubo
p dów
mo na regulowa stosuj c ró ne zag szczenie ro lin na jednostce powierzchni).
Poza wymienionymi kierunkami u ytkowania lazowca pewne znaczenie mo e
mie uprawa tego gatunku jako ro liny miododajnej o wydajno ci 110-143 kg miodu
z ha, leczniczej ( luz), nasadze
ródpolnych (remizy) dla dzikiej zwierzyny,
przydro nych pasów ochronnych itp.
Zbiór łodyg lazowca przeznaczonych na cele energetyczne, dla przemysłu
celulozowo-papierniczego, budowlanego itp. ł czymy ze zbiorem na nasiona. Termin
zbioru jest do
szeroki i uzale niony od warunków pogodowych, stanu gleby
warunkuj cego u ycie maszyn, przeznaczenia biomasy. Do zbioru przyst pujemy po
naturalnym zako czeniu wegetacji ro lin (pa dziernik-listopad) lub po przymrozkach
jesiennych. Zbierana w tym terminie biomasa odznacza si wi ksz wilgotno ci .
Mniej wilgotne, a wi c zawieraj ce wi cej suchej masy s łodygi zbierane zim .
Nawet przy bardzo opó nionym terminie zbioru słabo osypuj ce si nasiona nie
33
___________________________________________________________________________
powoduj
wi kszych strat w ich plonach. U ytkowanie plantacji lazowca
pensylwa skiego na pozyskiwanie masy łodygowej mo e trwa 15-20 lat.
Helianthus tuberosus – słonecznik bulwiasty, zwany topinamburem lub bulw ,
nale y do rodziny astrowatych. Jest blisko spokrewniony ze słonecznikiem
zwyczajnym (Helianthus annuus). Topinambur jest ro lin wci mało znan mimo i
jako ro lina uprawna ma dług histori . Był uprawiany przez plemiona Indian
w Ameryce Północnej jeszcze przed przybyciem Kolumba. W 1605 roku francuski
podró nik Samuel de Champlain przywiózł topinambur z Ameryki do Francji,
a poniewa w tym samym czasie do Francji zostali przywiezieni Indianie z plemienia
Tupinamba – ro lina została nazwana imieniem plemienia. W 1615 roku topinambur
został nawet po wi cony przez papie a. Ro lina ta stała si popularna i szybko
znalazła zastosowanie w ywieniu człowieka. Topinambur uprawiany był w wielu
krajach Europy i Azji, a w Ameryce Północnej wykorzystywano tak e ro liny ze stanu
naturalnego, które cz sto wr cz ratowały ycie w okresie suszy, gdy zawiodły plony
ro lin uprawnych. Spo ywany był w postaci surowej, gotowanej, pieczonej, a
w XVIII wieku wyparty został przez ziemniaka i wkrótce niesłusznie zapomniany.
Przez wiele lat kojarzył si ludziom z bied , cho by dlatego, e podczas II wojny
wiatowej był uprawiany i spo ywany w du ych ilo ciach. Do Polski topinambur
sprowadzono w XIX wieku jako ro lin dekoracyjn i przez długi okres spełniał
wła nie t funkcj .
Ro lina ta ze wzgl du na du y potencjał plonowania, wszechstronn warto
u ytkow biomasy, niskie wymagania glebowe oraz niewielkie nakłady na upraw
nale y przypuszcza , e w przyszło ci odegra wa n rol w produkcji rolniczej
i ochronie rodowiska. Topinambur wymieniany jest jako jeden z gatunków
nadaj cych si do produkcji bioetanolu (bulwy). Natomiast zeschni te na pniu cz ci
nadziemne, mog słu y do bezpo redniego spalania, produkcji brykietów, czy te
peletów. wie a masa cz ci nadziemnych, zbierana nawet kilkakrotnie w sezonie
wegetacyjnym, mo e posłu y jako surowiec do produkcji biogazu zarówno po
przewi dni ciu, jak i po zakiszeniu. Wydajno
biogazu z 1 tony biomasy
topinamburu oceniana jest na 480-590 m3.
Zalet tego gatunku (zwłaszcza w przypadku stanowisk trudnych do uprawy,
np. na stoku) jest mo liwo samoodnawiania si plantacji, co eliminuje konieczno
corocznych nasadze . Topinambur najcz ciej uprawia si poza płodozmianem
przez kilka lat na tym samym polu. Wieloletnia plantacja pozostawiona bez
przerzedzania ro lin i nawo enia mineralnego staje si jednak nieefektywna. Na
yznych glebach, przy dostatku wody, plony masy nadziemnej mog dochodzi do
200 t z ha, a plon samych bulw do 90 t z ha.
Termin i cz stotliwo zbioru topinamburu uzale nione s od celu uprawy (na
bulwy lub zielon mas ). Je li podstawowym plonem s bulwy zbioru cz ci
nadziemnych dokonuje si najcz ciej w pa dzierniku, gdy wczesne koszenie
zielonej masy (np. w czerwcu, lipcu) wpływa ujemnie na plon bulw. Zwykle zbioru
bulw dokonuje si pó n jesieni , przed nastaniem mrozów, mo na tak e
wykorzysta okresy odwil y w zimowych miesi cach. Je li planujemy wiosenny
termin kopania bulw, wówczas łodygi cina si zim w czasie mrozów, aby unikn
ugniatania gleby z zimuj cymi w niej bulwami. Wiosenny zbiór powinien by
przeprowadzony mo liwie najwcze niej, kiedy tylko udaje si wjecha na pole
maszynami, poniewa bulwy kiełkuj i ukorzeniaj si bardzo wcze nie, jeszcze
przed całkowitym obeschni ciem gleby. W przypadku uprawy na zielon mas
(w celach pastewnych lub np. do fermentacji na biogaz) cz ci nadziemne mo na
kosi w dwu, a nawet w trzech terminach: w czerwcu, sierpniu i listopadzie.
34
___________________________________________________________________________
Topinambur cz sto wysadzany jest przez le ników i koła łowieckie na
polanach le nych i obrze ach pól uprawnych, gdzie stanowi tzw. poletka zaporowe
dla zwierzyny le nej. Szczególnie dziki ch tniej wyjadaj bulwy topinamburu, ani eli
ziemniaków, dzi ki czemu nie czyni szkód w uprawach rolnych. Inn form
wykorzystania tego gatunku jest rekultywacja gruntów zdewastowanych przez
przemysł i gospodark komunaln . Ro liny te pobieraj znaczne ilo ci metali
ci kich ze ska onego podło a i kumuluj je w swojej biomasie. Wysokie ro liny
topinamburu mog równie stanowi doskonał osłon wysypisk mieci, tras
komunikacyjnych, zwałowisk pokopalnianych i komunalnych. Podnosz aktywno
mikrobiologiczn w glebie.
Polygonum sachalinense – rdest sachali ski. Ro lina pochodz ca z Azji
Wschodniej. W warunkach polskich rozpoczyna wegetacj do pó no, na przełomie
IV i V. Ro lina bardzo szybko rosn ca. Wegetacj ko czy wraz z nadej ciem
pierwszych przymrozków. Z uwagi na du
dynamik wzrostu oraz niewielkie
wymagania glebowe, zasługuje na szersze zainteresowanie ze strony fizjologów
ro lin, genetyków i hodowców ro lin celem wyhodowania odmian do celów
specjalnych, tak e energetycznych.
Trawy wieloletnie
Do najbardziej wydajnych traw wieloletnich, które mog stanowi cenne ródło
energii odnawialnej zaliczamy gatunki introdukowane takie jak: spartina preriowa –
Spartina pectinata, palczatka Gerarda – Andropogon gerardi oraz gatunki
z rodzaju Miscanthus (Miscanthus sinensis giganteus – miskant olbrzymi,
Miscanthus sacchariflorus – miskant cukrowy). W stanie naturalnym gatunki
z rodzaju Miscanthus wyst puj na terenach prawie całej Azji Południowo –
Wschodniej oraz Azji Centralnej. Ro liny te nie s w Polsce jeszcze uprawiane na
du
skal . Ze wzgl du na du
produkcj
biomasy, wielostronno
jej
wykorzystania oraz niskie nakłady na prowadzenie plantacji mo na stwierdzi , e
powierzchnia plantacji obsadzanych tymi gatunkami b dzie wzrasta . Dzi ki du ej
zawarto ci celulozy gatunki te mog by równie wykorzystywane w przemy le
papierniczym, w budownictwie jako materiał izolacyjny i do wyrobu płyt wiórowych,
a tak e w przemy le chemicznym. Z racji mocnego systemu korzeniowego
stosowane s jako ro liny przeciwerozyjne, a ze wzgl du na intensywne pobieranie
z gleby metali ci kich s przydatne w rekultywacji terenów zdegradowanych.
rednie plony suchej masy siana z polskich ł k wynosz ponad 5 t·ha-1,
a w dobrych warunkach 10-15 t·ha-1. Spo ród traw introdukowanych najwy sze plony
suchej masy mog przynie
plantacje miskantów – około 30 t·ha-1, natomiast
mniejszych plonów mo na spodziewa si z plantacji spartiny preriowej i palczatki do
20 t·ha-1.
Omówione gatunki traw na cele energetyczne zbiera si zwykle jeden raz
w roku. Biomasa powinna by zbierana takimi maszynami, które przygotowuj
surowiec opałowy do bezpo redniego podania do pieca. Najcz ciej s to bele
prostok tne lub bele wielkogabarytowe zwijane o wysokim stopniu zgniotu.
Maksymalny plon miskantów uzyskuje si po zako czeniu wegetacji, lecz optymalny
termin zbioru przypada na luty-marzec. Jednak, w okresie zimowym nast puje
obni enie plonu suchej masy w wyniku utraty cz ci li ci przez ro lin . Jest to proces
szczególnie widoczny podczas silnych wiatrów. Natomiast spartin najlepiej zbiera
w lutym lub marcu, poniewa zbyt wczesny zbiór wymusza konieczno dosuszania
biomasy (zasycha dopiero pod koniec listopada). Za palczatka Gerarda wcze niej
35
___________________________________________________________________________
ko czy wegetacj , dlatego mo na j zbiera ju jesieni . Słu do tego celu zwykłe
prasy zbieraj ce.
W opracowaniach polskich i niemieckich przyjmuje si , e warto opałowa
1 kg w gla kamiennego wynosi 25,0 MJ, za 1 kg słomy szarej lub biomasy z traw
stanowi 60,8% tej warto ci opałowej, czyli jest to 15,2 MJ. W przypadku zbioru
plonów biomasy na poziomie 20 t z ha otrzymamy ekwiwalent zakupu 12 t w gla
kamiennego. Biomasa w/w traw mo e by równie wykorzystywana nie tylko do
spalania, ale te w procesie fermentacji metanowej. Wydajno
biometanu z 1 t
3
suchej masy miskanta i spartiny oceniana jest na około 410 m , co przy rednim
plonie tych traw na poziomie około 20 t·ha-1 daje 8200 m3·ha-1 biometanu.
Plantacje energetyczne daj mo liwo
wykorzystania pod upraw mało
urodzajnych lub ska onych gleb, utylizacji osadów ciekowych, co stwarza szans
wdra ania alternatywnej produkcji rolnej na terenach zdegradowanych
i niskoprodukcyjnych. Tereny rolnicze, które z uwagi na silne zanieczyszczenie gleby
nie nadaj si do uprawy ro lin jadalnych, mog by wykorzystywane do uprawy
ro lin przeznaczonych na cele energetyczne. Dodatkow zalet upraw ro lin
energetycznych jest mo liwo szerokiego wykorzystania ich produktów na inne cele
przemysłowe.
Poprzez zakładanie i prowadzenie plantacji energetycznych mo na zwi kszy
dochody rolnicze, zmniejszy bezrobocie. Kwestie te maj szczególne znaczenie dla
rejonów dotkni tych du ym bezrobociem, stwarzaj c dodatkow szans dla osób
zatrudnionych w rolnictwie w okresie, kiedy nie ma typowych rolniczych prac
polowych. Zakładanie i prowadzenie upraw energetycznych na niewielkich
powierzchniach mo e rozwi za problem zaopatrzenia wsi w ciepło. Np. ju 0,5 ha
wierzby z odmian Salix viminalis var. Gigantea mo e zabezpieczy w opał
gospodarstwo rolne w ci gu całego roku.
Odnawialne ródła energii (a w szczególno ci biomasa) mog stanowi istotny
udział w bilansie energetycznym poszczególnych gmin czy nawet całych województw
naszego kraju. Mog przyczyni si do zwi kszenia bezpiecze stwa energetycznego
regionu, a zwłaszcza do poprawy zaopatrzenia w energi na terenach o słabo
rozwini tej infrastrukturze energetycznej. Potencjalnie najwi kszym odbiorc energii
ze ródeł odnawialnych mo e by rolnictwo, a tak e mieszkalnictwo i komunikacja.
36
___________________________________________________________________________
Uprawa wierzby energetycznej
prof. dr hab. Józef Tworkowski, prof. dr hab. Stefan Szczukowski
Katedra Hodowli Ro lin i Nasiennictwa
Wst p
Udział energii ze ródeł odnawialnych w strukturze zu ycia pierwotnych
no ników w bilansie paliwowo-energetycznym Polski ma wynosi 7,5% w 2010 r oraz
14% w 2020 r. Obecnie udział energii odnawialnej w ogólnym bilansie produkcji
energii jest szacowany na 2,6%, oznacza to potrzeb trzykrotnego jej wzrostu w tym
pi cioleciu. W strukturze wykorzystania odnawialnych ródeł energii czołowe miejsce
zajmuje biomasa. Udział biomasy stałej w wytwarzaniu energii odnawialnej w 2002 r.
stanowił 90,5%. Biomas stał do celów energetycznych obecnie pozyskuje si
z odpadów: le nych, przemysłu drzewnego oraz z zieleni miejskiej. W najbli szej
przyszło ci uzupełnieniem bilansu poda y biomasy na rynku energetycznym mo e
by jej pozyskiwanie z gruntów rolniczych z plantacji wieloletnich ro lin
energetycznych: wierzba krzewiasta (Salix spp.), lazowiec pensylwa ski (Sida
hermaphrodita Rusby), miskant olbrzymi (Miscanthus sinnensis giganteus),
topinambur (Helianthus tuberosus L.) i inne. Spo ród tej grupy ro lin za najbardziej
przydatne do uprawy i produkcji biomasy wydaj si by rodzime gatunki szybko
rosn cej wierzby krzewiastej. Od kilku lat w Polsce obserwowany jest wzrost
zainteresowania uprawami energetycznymi wierzby krzewiastej. Zakładane s
głównie plantacje mateczne jak równie pierwsze plantacje produkcyjne. Areał upraw
wierzby krzewiastej z przeznaczeniem na cele energetyczne w warunkach Polski nie
jest dokładnie okre lony. Szacuje si e powierzchnia upraw wierzby energetycznej
w Polsce wynosi około 2 tys. ha. Nale y zaznaczy , e obecnie istotnym czynnikiem
stymuluj cym rozwój areału upraw ro lin energetycznych w Polsce jest
wprowadzenie od br. dopłat bezpo rednich do tego rodzaju produkcji. Najwi kszy
areał upraw wierzby krzewiastej na cele energetyczne w Europie ma Szwecja około
17 tys. ha. Nale y zaznaczy , e rz d Szwecji widz c potrzeb zwi kszania udziału
energii odnawialnej opartej o biomas dotował zakładanie plantacji energetycznych.
Równie obecnie istnieje system wpieraj cy tego rodzaju uprawy ze strony
rodzimego rz du Szwecji jak i UE.
Uprawa wierzby
Produkcja i pozyskiwanie biomasy drzewnej szybko rosn cych wierzb
krzewiastych na polowych plantacjach energetycznych jest nowym kierunkiem
produkcji rolniczej. Wzrasta zainteresowanie t now działalno ci rolnicz ,
okre lan jako „agroenergetyka”. O sukcesie rolnika w uprawie wierzby decyduje
mi dzy innymi plon biomasy z jednostki powierzchni, cena jednostkowa za
wyprodukowany surowiec, a w konsekwencji zysk. Dlatego te nale y zwróci
szczególn uwag na czynniki, które b d o tym decydowa . Potencjalny plantator
mo e mie wpływ przede wszystkim na wysoko plonu lignino-celulozowej biomasy
wierzby zbieranej z jednostki powierzchni. Jednym z głównych elementów
decyduj cych o wysoko ci przyszłych plonów biomasy jest wybór odpowiedniej
odmiany lub klonu wierzby do nasadze oraz jako
somatyczna sadzonek.
Kolejnym bardzo istotnym warunkiem jest wybór stanowiska glebowego. Bardzo
wa ne jest równie wła ciwie prowadzenie zabiegów agrotechnicznych na plantacji
pocz wszy od przygotowania stanowiska, sadzenia, zabiegów piel gnacyjnych
37
___________________________________________________________________________
i ochronnych oraz cz stotliwo zbioru p dów. Upraw wierzby energetycznej nale y
prowadzi w sposób zintegrowany tak jak inne uprawy rolnicze.
Wierzb krzewiast mo na uprawia na ró nych typach gleb pod warunkiem
dobrego ich zaopatrzenia w wod i składniki pokarmowe. Gleby o wy szym
wska niku bonitacji (przydatno ci rolniczej) daj mo liwo
uzyskania wysokich
plonów biomasy wierzby. Gleby aluwialne, napływowe s
bardzo dobrym
stanowiskiem do zało enia plantacji wierzby energetycznej. Podobnie siedliska, które
zwykle uwa ane s za nieodpowiednie dla wi kszo ci upraw polowych (zbo a,
okopowe), ze wzgl du na zbyt wysoki poziom wód gruntowych s przydatne do
uprawy krzewów wierzby energetycznej. Nie nadaj si jednak do tego celu gleby
trwale zabagnione. Dobrym stanowiskiem s gleby u ytkowane rolniczo (płu nie)
wy szych klas bonitacyjnych np. klasy III a i b, IV a i b. Suche, piaszczyste gleby
(klasy VI) nie nadaj si do wykorzystania pod uprawy energetyczne wierzby. Gleby
piaszczyste V klasy wykazuj pewien potencjał dla wzrostu i plonowania wierzby pod
warunkiem, e charakteryzuj si wysokim poziomem wody gruntowej lub b d
nawadniane i wzbogacane nawozami mineralnymi lub organicznymi. W kraju w wielu
regionach kraju wyst puj znaczne obszary u ytków zielonych, które obecnie s
ekstensywnie wykorzystywane. Jedn z mo liwo ci zagospodarowania cz ci tych
terenów mo e by ich przekształcenie w plantacje szybko rosn cej wierzby. Wierzba
na glebach yznych wytwarza du mas nadziemn , p dy dorastaj w ci gu roku
do 4 m wysoko ci, natomiast na glebach ubogich w materi organiczn , składniki
pokarmowe i przy niedostatku wody, wysoko
ro lin i ich masa s znacznie
redukowane.
O powodzeniu uprawy wierzb krzewiastych na cele energetyczne decyduj
równie wła ciwie prowadzone zabiegi agrotechniczne pocz wszy od przygotowania
stanowiska poprzez kolejne lata wegetacji ro lin. Przed zało eniem du ej
powierzchniowo plantacji nale y wła ciwie j rozplanowa , tak aby mo liwe było
zmechanizowanie prac uprawowych (sadzenia, nawo enia, piel gnacji, zbioru).
Konieczne jest wydzielenie dróg technologicznych i miejsc na uwrocia sprz tu
rolniczego. Zaleca si tak e wykonanie analiz glebowych, gdy pozwoli to ustali
zasobno gleby i wielko potrzebnego nawo enia mineralnego. Wierzba toleruje
odczyn gleby od lekko kwa nego do oboj tnego — pH 5,5–7,0.
Gleba pod polow plantacj wierzby energetycznej powinna by przygotowana
tak jak pod inne ro liny rolnicze: zbo a, oleiste czy okopowe. Skuteczne zwalczenie
chwastów to warunek decyduj cy o sukcesie w uprawie wierzby.
Przygotowanie stanowiska po u ytkach zielonych lub zachwaszczonych
gruntach ornych pod przyszł plantacj powinno rozpocz
si latem w roku
poprzedzaj cym sadzenie wierzby. Nale y skutecznie zwalczy
chwasty,
szczególnie wieloletnie: perz (Agropyron repens), ostro e (Cirsium arvense), powój
(Convolvulus arvensis) i inne. Najlepiej w pełni okresu wegetacji zastosowa glifosat
np. Roundup 360 SL w dawce 4–8 l/ha. Po kilku tygodniach nale y rozdrobni
zniszczon mas ro linn przy u yciu talerzówki, a nast pnie zaora (podorywka
+ bronowanie). Bardzo wa nym zabiegiem jest wykonanie zimowej orki na gł boko
35 cm. Zalecane jest równie
u ycie gł bosza, szczególnie na glebach
u ytkowanych rolniczo, w celu rozlu nienia zag szczonych warstw gleby (podeszwy
płu nej).
W pierwszym roku uprawy plantacja wierzby krzewiastej jest nara ona na du
konkurencj ze strony chwastów, dlatego zwalczanie ich w pierwszym roku wegetacji
jest podstawowym zabiegiem. Nadmierne zachwaszczenie ro lin wierzby na plantacji
energetycznej w pierwszym roku wegetacji jest najcz stsz
przyczyn
38
___________________________________________________________________________
niepowodzenia uprawy tego gatunku. Pozostawienie plantacji w stanie
zachwaszczonym wpływa równie ujemnie na produktywno
ro lin w kolejnych
latach jej u ytkowania. Po sadzeniu zrzezów (nieukorzenione 25 cm odcinki p dów),
zanim zaczn rozwija si p dy, 1-3 dni po sadzeniu, nale y zastosowa herbicydy
doglebowe np.: Azotop 50 WP. Zabieg chemiczny ogranicza rozwój chwastów
z nasion przez 6-8 tygodni. Po tym okresie mo e wyst pi zachwaszczenie wtórne,
które warunkuje potrzeb zastosowania piel gnacji mechanicznej. Bardzo wa ne jest
aby mechaniczne zwalczanie chwastów rozpocz
zanim chwasty rozwin silny
system korzeniowy. Najcz ciej w okresie wegetacji oprócz zabiegu chemicznego
wymagane jest dwu lub trzy-krotne płytkie spulchnienie mi dzyrz dzi w celu
ograniczenia liczby chwastów.
W dalszych latach u ytkowania chwasty na dobrze prowadzonej plantacji szybko
rosn cych wierzb krzewiastych nie stanowi zagro enia. Je eli w wyniku zaniedba
agrotechnicznych na polu wyst pi chwasty nale y je wczesn wiosn zwalcza
mechanicznie lub zastosowa zabieg chemiczny. W okresie wegetacji ro lin wierzby
na chwasty jednoli cienne mo na stosowa nalistne herbicydy selektywne np. Targa
Super 5 EC.
Pierwszy rok uprawy traktowany jest jako faza wst pna. Nale y zadba
o wła ciwy rozwój systemu korzeniowego i rozkrzewienie si ro lin. W roku zało enia
plantacji na zasobnych stanowiskach mo na zrezygnowa z nawo enia azotowego.
Natomiast na słabszych nale y zastosowa dawk startow azotu około 40 kg N/ha.
Dawki fosforu i potasu powinny wynosi odpowiednio P2O5 20 kg/ha i K2O 40 kg /ha.
Przy ustalaniu dawek nawo enia mineralnego nale y uwzgl dni zasobno gleby.
W drugim roku ro liny wierzby nale y nawozi intensywnie (NPK 90:40:90 kg/ha).
W tym czasie składniki pokarmowe pobierane z gleby s wykorzystywane przez
ro liny do tworzenia licznych p dów, li ci i korzeni. W trzecim i dalszych latach
uprawy nawozy NPK nale y zastosowa w ilo ci odpowiednio 80:30:80 kg/ha. Po
opadni ciu li ci i uformowaniu si warstwy ciółki, zapotrzebowanie na nawo enie
mineralne mo e by ni sze, poniewa cz
składników pokarmowych ro liny
przyswajaj z rozkładaj cej si biomasy li ci. Wysoko
nawo enia ro lin nale y
dostosowa do ilo ci składników pokarmowych wynoszonych z pola z plonem
p dów.
Nast pnym bardzo istotnym czynnikiem warunkuj cym wysoko plonu biomasy
jest wybór odpowiedniej odmiany lub klonu wierzby krzewiastej do nasadze . Do
uprawy na plantacjach energetycznych zaleca si ró ne gatunki szybko rosn cych
wierzb krzewiastych: Salix viminalis, S. amigdalina, S. dasyclados etc. Obecnie
najcz ciej uprawianym gatunkiem na cele energetyczne jest S. viminalis i jego
miesza ce.
Klony wykorzystywane do zakładania plantacji energetycznych powinny
charakteryzowa si mi dzy innymi: intensywnym wzrostem ro lin, szybkim
odrostem p dów po zbiorze, odporno ci
na choroby i szkodniki, dobr
mrozoodporno ci , korzystn morfologi p dów, wysok warto ci kaloryczn
drewna oraz powinny rozmna a si wegetatywnie. Trzeba podkre li , e zły wybór
odmiany lub klonu mo e by przyczyn uzyskania znacznie ni szych plonów ni jest
to oczekiwane, pomimo doboru odpowiedniego stanowiska i wła ciwie
prowadzonych zabiegów agrotechnicznych. Decyduj c si na zało enie plantacji
wierzby energetycznej i zakup zrzezów nale y zna ródło pochodzenia materiału
oraz mo liwo ci produkcyjne danego klonu czy odmiany w okre lonych warunkach
glebowo-klimatycznych. Dlatego te dobrze jest wcze niej odwiedzi potencjaln
plantacj , z której ma pochodzi materiał rozmno eniowy. Ponadto mo na
39
___________________________________________________________________________
skorzysta z doradztwa w zakresie doboru klonów czy odmian do nasadze ze
strony osób zajmuj cych si t tematyk profesjonalnie.
W Katedrze Hodowli Ro lin i Nasiennictwa Uniwersytetu Warmi skoMazurskiego w Olsztynie ju od 1989 roku prowadzone s prace hodowlane
i agrotechniczne nad wykorzystaniem wierzby do celów energetycznych. Badaniom
poddano ponad 150 klonów Salix spp. Wyselekcjonowano spo ród nich klony, które
mog by wykorzystane do zakładania polowych plantacji energetycznych. W 2003 r.
pracownicy Katedry Hodowli Ro lin i Nasiennictwa UWM zgłosili do Ksi gi Ochrony
wył cznego prawa do odmiany w Centralnym O rodku Badania Odmian Ro lin
Uprawnych pierwsze trzy polskie odmiany wierzby energetycznej — START, SPRINT
i TURBO. Aktualnie prowadzone s prace hodowlane, które maja na celu
wyprowadzenie
mi dzygatunkowych
wysoko
produktywnych
klonów
charakteryzuj cych si zwi kszon tolerancj na choroby i szkodniki, odpowiednio
dostosowane do ró nych siedlisk glebowych.
G sto sadzenia zrzezów uzale niona jest od rozstawu kół maszyn rolniczych,
zwłaszcza ci gników i maszyn do piel gnacji oraz zbioru ro lin z plantacji. Wa nym
czynnikiem s tak e cykle pozyskiwania biomasy — jednoroczny, dwu-, trzy- lub
czteroletni. Zrzezy najlepiej wysadza w pole wczesn wiosna r cznie lub
maszynowo równo z powierzchni gleby. Po około 3 tygodniach pewna liczba
posadzonych zrzezów mo e si nie przyj
(nie wytwarza p dów). Sadzi si
wówczas w te miejsca nowe zrzezy, dobrze przechowane.
W warunkach Polski na plantacjach matecznych lub małych obszarowo
plantacjach produkcyjnych sadzi si 32 tys. sadzonek na hektar w rozstawie
0,75 m x 0,33 m (rys. 1) (uwzgl dnia si drogi technologiczne).
Rys. 1. Sposób sadzenia zrzezów przy zag szczeniu 32 tys. ro lin/ha i zbiorze ro lin w cyklach
jednorocznych
Przy takim zag szczeniu ro lin mog by pozyskiwane p dy w cyklach
jednorocznych do celów energetycznych na plantacjach o powierzchni do 5 ha.
Umo liwia to wykorzystanie istniej cych tam zasobów pracy oraz znajduj cego si
w gospodarstwie sprz tu rolniczego do zbioru p dów po jego niewielkich
adaptacjach. Zbiór p dów wierzby w cyklach jednorocznych zapewnia rolnikowi stały,
coroczny ekwiwalent za wyprodukowany surowiec energetyczny, poczynaj c od
drugiego roku zbioru.
Na wielkoobszarowych towarowych plantacjach (powy ej 5 ha), zrzezy zaleca
si sadzi pasowo, w podwójnych rz dach. Odległo pomi dzy rz dami w pasie
wynosi 0,75 m, a pomi dzy pasami 1,5 m. W rz dach zrzezy sadzi si najcz ciej co
0,5 m, daje to obsad ok. 18-20 tys. ro lin/ha. P dy wierzby zbiera si w 3- lub 4letnich cyklach.
40
___________________________________________________________________________
Rys. 2. Sposób sadzenia zrzezów przy zag szczeniu 18 tys. ro lin/ha i zbiorze ro lin w cyklach
3, 4-letnich
Pozyskiwanie biomasy drzewnej wierzb krzewiastych z polowych plantacji
energetycznych mo e by prowadzone dwukierunkowo. Jednym ze sposobów jest
jednoetapowy zbiór ro lin przeprowadzany za pomoc specjalistycznych kombajnów.
Obecnie najcz ciej do jednoetapowego zbioru ro lin wierzby w cyklach 3 -letnich
u ywa si kombajnów Claas Jaguar, ze zmodyfikowanym aparatem tn cym.
Maszyna ta kosi p dy a nast pnie rozdrabnia je na zr bki (jest to proces analogiczny
do zbioru np. kukurydzy na kiszonk ). W ci gu 1 godziny pracy kombajnu mo na
pozyska około 30 ton zr bków. Nast pnie tak powstałe paliwo (zr bki) o wilgotno ci
ok. 50%, trafia najcz ciej bezpo rednio do obiektu energetycznego.
W innym wariancie p dy wierzby mog by zbierane dwuetapowo. W pierwszym
etapie nast puje koszenie całych p dów, za pomoc specjalistycznych maszyn
samobie nych lub nap dzanych od wałka odbioru mocy ci gnika. Z małych
obszarowo plantacji p dy mog by koszone r cznie przy u yciu tarczowych pił na
wysi gnikach. Po skoszeniu p dy mog by składowane w stertach i poddane
naturalnemu procesowi suszenia. Nast pnie w drugim etapie podsuszone p dy s
rozdrabniane na zr bki przy u yciu r baków. Wydajno r baków jest zró nicowana
i mo e zawiera si w przedziale od jednej do kilkunastu ton zr bków na godzin
pracy. W ten sposób mo na pozyska paliwo (zr bki) o wilgotno ci poni ej 25%.
Oczywi cie na wybór sposobu pozyskiwania biomasy z plantacji wierzbowych b dzie
miało wpływ wiele czynników jak chocia by: technologia w jakiej wytwarzana b dzie
energia z biomasy, wielko instalacji, areał z jakiego pozyskiwane b dzie paliwo,
rozmieszczenie przestrzenne plantacji oraz dost pno maszyn i urz dze .
Plon suchej masy drewna wierzbowego i jego warto kaloryczna
Plon suchej masy drewna wierzbowego z jednostki powierzchni plantacji
produkcyjnej mo e by bardzo zró nicowany. Wynosi on od kilku do kilkunastu ton
suchej masy drewna z 1 ha/rok. Wysoko plonu biomasy jak ju wspomniano zale y
od: stanowiska glebowego, odmiany, agrotechniki oraz g sto ci sadzenia i cyklu
zbioru ro lin. W badaniach własnych na intensywnie prowadzonej polowej plantacji
wierzb krzewiastych na madzie ci kiej wytworzonej z gliny ci kiej pylastej,
kompleks zbo owo pastewny mocny 8, kl. bonitacji III b, przy zbiorze ro lin w cyklach
jednorocznych uzyskano rednio 15 t suchej masy/ha/rok drewna. W miar
wydłu ania cyklu zbioru do 2 i 3-letniego wzrastał on do 16 i 21 t suchej masy/ha/rok
(tab. 1).
Zr bki otrzymane z wierzby krzewiastej miały kalorymetryczn warto ciepln
zawart w przedziale od 18,6 do 19,6 MJ/kg suchej masy , w zale no ci od cyklu
zbioru ro lin (tab. 1). Warto
ta stanowi około 2/3 warto ci kalorycznej redniej
41
___________________________________________________________________________
jako ci w gla kamiennego. Cech charakterystyczn drewna wierzbowego jest jego
bardzo niska popielno . Zawarto popiołu po spaleniu drewna zmniejsza si wraz
z opó nianiem terminu zbioru p dów z około 1,9% do 1,3 %, odpowiednio w cyklu
jednorocznym i trzyletnim. Popiół ten mo e ponownie wróci na plantacje
energetyczne i by wykorzystany jako nawóz mineralny.
Tabela 1 Plon suchej masy drewna wierzb krzewiastych jego warto
kaloryczna oraz
zawarto popiołu [badania własne]
Termin zbioru
Plon suchej
Warto
Zawarto
p dów
masy
kaloryczna
popiołu
(t/ha/rok)
drewna
(%)
(MJ/kg s.m.)
co rok
14,81
18,56
1,89
co dwa lata
16,07
19,25
1,37
co trzy lata
21,47
19,56
1,28
rednio
17,45
19,12
1,51
W innym do wiadczeniu własnym badano produktywno klonów Salix viminalis,
Salix viminalis x Salix purpurea oraz Salix americana na dwóch ró nych
stanowiskach glebowych w jednorocznych cyklach zbioru p dów. Stwierdzono, e
wierzba uprawiana na madzie redniej plonowała istotnie wy ej ni na madzie
lekkiej, odpowiednio 13,81 t/ha i 5,43 t/ha suchej masy drewna (tab. 2). Na madzie
redniej zdecydowanie najwy ej plonował klon z gatunku Salix viminalis (16,88 t/ha),
natomiast słabiej plonowała Salix americana (11,14 t/ha). Uprawa tych klonów na
słabszym stanowisku glebowym przy okresowym niedostatku wody wpłyn ła na
znaczne obni enie plonów. Ro liny Salix viminalis plonowały 3-krotnie ni ej ni na
madzie lekkiej, natomiast u Salix viminalis x Salix purpurea oraz Salix americana
dały 2-krotnie ni sze plony. Z po ród badanych klonów uprawianych na madzie
lekkiej najwy szy plon suchej masy drewna dała krzy ówka Salix viminalis x Salix
purpurea (6,35 t/ha). Mo na przypuszcza e klony z gatunku Salix purpurea oraz
ich krzy ówki mi dzygatunkowe mog by bardziej przydatne do uprawy na
słabszych stanowiskach glebowych ni np. Salix viminalis. Obecnie prowadzone s
badania w tym zakresie.
Tabela 2 Plon suchej masy drewna wierzb krzewiastych uzyskany na madzie redniej i madzie
lekkiej w jednorocznym cyklu zbioru (t/ha) [badania własne]
Klon
Mada rednia
Mada lekka
Salix viminalis
16,88
5,28
Salix viminalis x Salix purpurea
13,43
6,35
Salix americana
11,14
4,67
13,81
5,43
rednio
Opłacalno uprawy wierzb krzewiastych
Na podstawie danych z do wiadcze
polowych prowadzonych przez
pracowników Uniwersytetu Warmi sko-Mazurskiego w Olsztynie przeprowadzono
analiz kosztów zało enia plantacji energetycznej wierzby krzewiastej oraz produkcji
zr bków. Analiz przeprowadzono na podstawie ró nicy mi dzy wszystkimi
dochodami a kosztami własnymi. W obliczeniach nie uwzgl dniono zysku
usługodawcy.
42
___________________________________________________________________________
Zwrot kosztów inwestycji w uprawie wierzby na cele energetyczne nie jest
mo liwy po pierwszym roku. Mo e si on rozpocz po dwóch, trzech lub czterech
latach od momentu zało enia plantacji, w zale no ci od przyj tego cyklu zbioru. Plon
biomasy i jej cena to czynniki, które istotnie wpływaj na zysk ko cowy i opłacalno
uprawy wierzby. W analizie zało ono, e zr bki wierzbowe b d sprzedawane
w cenie 10 zł/GJ, co daje warto ok. 80 zł za ton wie ych „surowych” zr bków.
Nale y tutaj zaznaczy , e w krajach Europy Zachodniej ceny energii zawartej
w biomasie s obecnie wy sze i wynosz ok. 15 zł/GJ, co daje warto około 120 zł
za ton wie ych zr bów przy wilgotno ci około 50%.
Wi kszo
kosztów zało enia plantacji energetycznej wierzb krzewiastych
zwi zana jest z przygotowaniem stanowiska oraz z zakupem zrzezów w pierwszym
roku prowadzenia plantacji. Zało ono, e materiał sadzeniowy zostanie zakupiony
w cenie 0,15 zł za 1 zrzez. Koszt zało enia 1 hektarowej plantacji energetycznej
wierzb krzewiastych, przy obsadzie 32 000 ro lin/ha wyniósł 6951 zł (tab. 3). Koszt
zakupu materiału sadzeniowego w analizowanym wariancie stanowił 69% kosztów
zało enia plantacji wierzby krzewiastej. W pierwszym roku zało enia plantacji
ponosimy znaczne koszty, które s rozło one na 24 lata jej eksploatacji. Zatem
roczne obci enie wynosi 290 zł.
Tabela 3 Koszt zło enia na gruntach rolniczych plantacji wierzby krzewiastej przy obsadzie
32 tys. ro lin/ha po kosztach własnych (zł/ha)* [badania własne]
Wyszczególnienie
zł
Oprysk (Roundup)
17
Wapnowanie
60
Wysiew nawozów (PK)
16
Orka przedzimowa
77
Bronowanie
23
Koszt zakupu sadzonek
4800
Wytyczenie znaków do sadzenia
16
Sadzenie r czne
474
Oprysk (Azotop)
17
Pielenie mechaniczne (2x)
73
Zakup wapna i nawozów
346
Zakup rodków ochrony ro lin (Roundup i Azotop)
230
R czny zbiór ro lin po zako czeniu pierwszego okresu wegetacji
716
Podatek rolny
85
Razem
6951
290
Koszt przeliczony na rok u ytkowania plantacji (1/24 Σ)
*koszty te mog by ró ne dla poszczególnych gospodarstw, ze wzgl du na inn zało on obsad
ro lin/ha, jako gleby, stopie zachwaszczenia stanowiska oraz inne czynniki
Koszty produkcji oraz opłacalno
pozyskiwania p dów wierzby krzewiastej
w trzech cyklach zbioru przedstawiono w tabeli 4. Przyj to plony wie ej biomasy
rednio: 29 t/ha przy zbiorze ro lin co roku, 56 ton przy zbiorze co dwa lata, 91 t/ha
przy zbiorze co trzy lata. Zało ono cen 80 zł za 1 ton zr bków wierzbowych
o wilgotno ci 50%. Najni sze koszty produkcji 1 tony zr bków stwierdzono przy
zbiorze ro lin w cyklu trzyletnim (33 zł/ton ). Zysk z produkcji 1 tony zr bków wyniósł
w tym wariancie 47 zł.
Z punktu widzenia opłacalno ci produkcji najkorzystniej jest zbiera ro liny
wierzby krzewiastej w cyklu trzyletnim. Zysk z ha w przeliczeniu na rok u ytkowania
wyniósł w badaniach własnych 1 423 zł. Gdy ro liny zbierano w cyklu jednorocznym
zysk z ha wyniósł rednio 965 zł. Nale y podkre li , e jednoroczne p dy Salix spp.
mog by zbierane silosokombajnem sprz onym z ci gnikiem, lub snopowi załkami
43
___________________________________________________________________________
do wikliny. Natomiast do zbioru ro lin w cyklach dwu- i trzyletnich wymagany jest
np. kombajn Claas Jaguar.
Tabela 4 Opłacalno
produkcji wierzby krzewiastej w trzech cyklach zbioru przy obsadzie
32 tys. ro lin na 1 ha [badania własne]
Zbiór w cyklach
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Wyszczególnienie
jednorocznym
dwuletnim
trzyletnim
1355
29
1974
56
3011
91
47
35
33
80,00
80,00
80,00
33
45
47
965
965
2506
1253
4269
1423
Koszt produkcji (zł/ha)
rednie plony biomasy (t/ha)
Koszt produkcji 1 tony wie ych
zr bków (zł)
Cena za 1 ton wie ych zr bków
(zł)
Zysk z 1 tony (zł)
Zysk z 1 ha (zł)
Zysk z 1 ha/rok (zł)
Inny obraz ekonomiki uprawy wierzby ujawnia si przy zało eniu, e zr bki
wierzbowe b d wykorzystywane na własne potrzeby energetyczne w gospodarstwie
jako substytut w gla kamiennego sortymentu miał (tab. 5).
Tabela 5 Plon suchej masy drewna wierzbowego, energia brutto zawarta w drewnie oraz
energia wyra ona w równowa niku energetycznym w gla kamiennego oraz przychód brutto
[badania własne]
Plon suchej masy
Energia
Energia wyra ona w równowa niku Przychód brutto
drewna
brutto
energetycznym w gla kamiennego
(zł/ha/rok)
wierzbowego
(GJ/ha/rok)
(sortyment miał) (t/ha/rok)
(t/ha/rok)
5
90
4
920
10
180
8
1840
15
270
12
2760
20
360
16
3680
25
450
20
4600
Przy zało eniu plonów suchego drewna wierzbowego od 5 do 25 t/ha/rok
i warto ci opałowej na poziomie 18 GJ/ton wynika, e ekwiwalentnie mo emy
uzyska równowa nik energetyczny od 4 do 16 ton miału w glowego z 1 ha w ci gu
roku. W zwi zku z powy szym przy cenie miału na poziomie 230 zł/ton , przychód
brutto z uprawy wierzby mo e wynosi od 920 zł/ha/rok przy plonie 5 t suchej masy
drewna do 4600 zł/ha/rok przy plonie 25 t suchej masy. Na rynku s dost pne
bezobsługowe kotły do spalania zr bków drzewnych o mocy od 15 do 50 kW dla
indywidualnych inwestorów oraz o wi kszej mocy dla ogrzewnictwa komunalnego.
Reasumuj c nale y stwierdzi , e pozyskana biomasa z polowych upraw
wierzby energetycznej mo e by wykorzystywana jako samoistne paliwo w postaci
zr bków w ogrzewnictwie indywidualnym lub lokalnych, komunalnych ciepłowniach
do wytwarzania energii cieplnej. Oczywi cie proces spalania musi by prowadzony
w odpowiednich kotłach (wyposa onych w automatyczne podajniki paliwa)
przystosowanych do efektywnego spalania biomasy powietrznie suchej b d
o wysokiej wilgotno ci. Istnieje równie
mo liwo
współspalania zr bków
wierzbowych w mieszance z miałem w glowym w istniej cych kotłach w energetyce
zawodowej. Pozyskana biomasa wierzbowa mo e by równie uszlachetniana,
44
___________________________________________________________________________
przetwarzana do postaci brykietu lub peletu (granulatu drzewnego). W perspektywie
10- 15 lat mo liwe b dzie wykorzystanie lignino-celulozowej biomasy do wytwarzania
biometanolu, który w układzie ogniw paliwowych ma by strategicznym „paliwem
w glowodorowym” w rodkach transportu samochodowego.
Literatura
Szczukowski S. Tworkowski J. Stolarski M. 2004. Wierzba energetyczna. Plantpress, Kraków.
Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J. 2002. Produktywno
klonów wierzb krzewiastych
uprawianych na gruntach ornych w zale no ci od cz stotliwo ci zbioru i g sto ci sadzenia.
Fragmenta Agronomica, 2: 39-51.
Szczukowski S., Tworkowski J. 2000. Produktywno
wierzb krzewiastych Salix sp. na glebie
organicznej. In ynieria Ekologiczna, 1: 138-144.
Szczukowski S., Stolarski M., Tworkowski J., Przyborowski J., Kisiel R., Piechocki J. 2004.
Wykorzystanie biomasy wierzby krzewiastej do produkcji energii cieplnej. Problemy In ynierii
Rolniczej 2(44): 31-40.
Stolarski M. 2004. Ekonomiczne aspekty produkcji peletu z surowców ro linnych. Materiały
z Konferencji „Pelety – czy nam si to opłaca, rok do wiadcze ” Czysta Energia 6: 32-33.
45
___________________________________________________________________________
Energetyczna i ekologiczna ocena biomasy drzewnej na tle
paliw konwencjonalnych
prof. dr hab. in . Janusz Budny
Katedra In ynierii i Aparatury Procesowej oraz Gospodarki Energi
Współczesna cywilizacja wymusza powi kszaj ce si zu ycie ró nych postaci
energii, w ród nich szczególnie energii elektrycznej i cieplnej. Kryterium oceny
energochłonno ci jest warto liczbowa jednostkowego wska nika zu ycia energii na
głow mieszka ca w okre lonym czasie:
E
J
aj =
=
τ rok
gdzie : aj - jednostkowy wska nik zu ycia energii
τ - okres czasu
J- d ul, jednostka energii, lub jej pochodna np. MJ, GJ, itp.
Szczególny wpływ na warto liczbow aj wywiera tzw. „metabolizm społeczny
człowieka”, czyli wzrastaj ce zu ycie energii na potrzeby przemysłu, transportu,
rodków medialnych itp. W społecze stwach opartych o gospodark prymitywn ,
człowiek zadowala si doprowadzeniem około 20 MJ energii dziennie, i to
z po ywieniem, natomiast członek społeczno ci bardzo zindustrializowanej
i zurbanizowanej zu ywa nawet 1000 MJ dziennie! Zatem najwy szym imperatywem,
okre laj cym potrzeb radykalnego obni enia warto ci aj s : mo liwo fizycznego
wyczerpania si paliw oraz ekologiczne skutki ich spalania. Toczy si spór, które
z tych niebezpiecze stw wcze niej dotknie współczesn cywilizacj ?
Najistotniejsza cz
zu ywanej przez ludzko
energii wywodzi si
z podstawowej przemiany energetycznej, któr jest spalanie paliw. Te dziel si na
paliwa konwencjonalne i odnawialne. Paliwa konwencjonalne to te, które zostały
kiedy zmagazynowane pod powierzchni Ziemi i nale do nich: w giel kamienny,
w giel brunatny, torf, ropa naftowa i gaz ziemny. Paliwa odnawialne to te, które
odnawiaj si w przyrodzie pod wpływem promieniowania słonecznego i główn ich
postaci jest „biomasa”. Biomasa jest materi organiczn , wytwarzan przez ro liny
w procesie fotoasymilacji, pod wpływem energii sło ca z dwutlenku w gla w obiegu
przyrodniczym. Głównymi filarami tego obiegu s : ro liny, przyswajaj ce
i gromadz ce w giel pierwiastkowy z dwutlenku w gla CO2 i wydzielaj ce tlen
i zwierz ta, które przyswajaj tlen i dostarczaj ro linom dwutlenek w gla. Biomasa
jest podstawowym ogniwem w ła cuchu ywieniowym zwierz t i człowieka. Cz
jej
mo e by po ytkowana na cele metabolizmu społecznego człowieka, np. spalana,
ale powinno to si dzia w uj ciu rozwoju zrównowa onego, czyli takiego rozwoju
naszej cywilizacji, który gwarantuje utrzymanie poziomu cywilizacyjnego, bez
pogorszenia stanu rodowiska, przy konkurencyjno ci gospodarki. Biomasa jest wi c
paliwem ro linnym, o relatywnie du ej warto ci opałowej, a jej najpopularniejszym
przedstawicielem w energetyce cieplnej jest drewno. Poniewa biomasa jest
ogniwem w ła cuchu ywieniowym zwierz t i człowieka, zdefiniowania wymaga ta jej
cz
, która mo e by wykorzystywana w energetyce. Od pewnego czasu tak
definicj proponuj , gdy „zachłanni energetycy”, chc spala wszystko co wytworzy
przyroda, bez wnikliwej oceny czy dzieje si to w uj ciu rozwoju zrównowa onego.
46
___________________________________________________________________________
Klasycznym przykładem takiego post powania, jest powi kszaj ce si spalanie
ziarna zbó , równie w Polsce, podczas gdy znaczna cz
ludzko ci głoduje,
a nawet umiera z głodu.
Biomasa przeznaczana do celów energetycznych jest tkank ro linn , o du ej
zawarto ci suchej masy, du ym stopniu uw glenia, a wi c i du ym cieple spalania
i warto ci opałowej, poddawana uszlachetnieniu przed spaleniem, nie znajduj ca si
w ła cuchu ywieniowym człowieka i zwierz t gospodarczych, oraz nie nadaj ca si
do zastosowania w intensyfikacji tego ła cucha.
W biomasie zaczyna si upatrywa panaceum na odsuni cie wymienionych
wcze niej niebezpiecze stw, czyli mo liwo ci fizycznego wyczerpania si paliw
konwencjonalnych i wysoce niepo danego oddziaływania procesów ich spalania na
biosfer . Warto zatem dokonywa oceny energetycznej i ekologicznej biomasy, na
tle paliw konwencjonalnych, aby prowadzi rozs dn polityk energetyczn .
Energetyczna ocena biomasy na tle paliw konwencjonalnych, mo e dotyczy
wielu ich wła ciwo ci, jednak za najniezb dniejsze nale y uzna : warto opałow ,
zawarto wilgoci, popiołu i cz ci lotnych. Porównanie tych wła ciwo ci przedstawia
tabela 1.
Tabela 1. Wła ciwo ci energetyczne niektórych paliw konwencjonalnych i biomasy (warto ci
u rednione)
Wła ciwo
Warto
Zawarto wilgoci
Zawarto
Zawarto cz ci
Paliwo
opałowa
%
popiołu
lotnych
MJ/kg
%
%
MJ/m3
Gaz ziemny
35,8-39,3
100
Olej opałowy lekki
41
0,5
0,01-0,2
98-99
W giel kamienny
20-33
7-13
12-27
30-40
W giel brunatny
6-12
45-60
7-17
55-60
Drewno
4-18
15-55
0,5-1,5
70-80
Najistotniejsze ró nice pomi dzy paliwami konwencjonalnymi stałymi,
a zwłaszcza w glem kamiennym, a biomas w postaci drewna stanowi : warto
opałowa i zawarto cz ci lotnych. Stosunek warto ci opałowej paliwa do jednostki
masy lub obj to ci, czyli koncentracja energii w jednostce masy lub obj to ci paliwa,
jest nazywany „g sto ci
energetyczn ” i wyra any warto ci
liczbow
„współczynnika koncentracji energii”. Dla ró nych postaci fizycznych drewna warto ci
liczbowe tego współczynnika podano w tabeli 2.
Tabela 2. Współczynnik koncentracji energii ró nych postaci fizycznych drewna [Dreszer
i wsp., 2003]
Współczynnik koncentracji energii
Posta fizyczna drewna
MWh/m3
polana
0,86-2,15
wióry
0,86-1,29
trociny
0,65-0,86
zr bki
0,70-0,90
brykiety
2,58-3,44
Jak wida g sto energetyczna biomasy, jest bardzo zale na od jej postaci
fizycznej. Wzmaga j bardzo proces uszlachetniania, którym jest np. brykietowanie,
47
___________________________________________________________________________
st d w propozycji definicji biomasy do celów energetycznych, proces ten jest
uwzgl dniony. Co prawda towarzyszy temu pewien nakład energii, ale zyskuje
atrakcyjno energetyczna biomasy. Mała g sto energetyczna biomasy powoduje
okre lone kłopoty transportowe i konieczno
u ycia du ych powierzchni do
składowania. Po uszlachetnieniu, biomasa staje si paliwem niewiele odbiegaj cym
warto ci opałow od gorszych sortymentów w gla kamiennego.
Kłopotliw wła ciwo ci biomasy w procesie spalania jest, relatywnie du a,
zawarto cz ci lotnych w porównaniu z w glem kamiennym, co w istotny sposób
komplikuje proces spalania. Dotyczy to zwłaszcza tzw. współspalania biomasy
z w glem kamiennym, najpopularniejszym i relatywnie najta szym współcze nie
paliwem konwencjonalnym w Polsce.
Wad drewna jest du a zawarto
wilgoci tu po ci ciu. Z tego powodu
drewno wymaga uszlachetnienia, czyli podsuszenia. Mo e si to odbywa
w warunkach naturalnych lub sztucznych. To ostatnie wymaga dodatkowych
nakładów energii. W technologii uprawy wierzby krzewiastej zaleca si ,
pozostawienie plonu na polu i naturalne pozbycie si
nadmiaru wilgoci.
Z do wiadcze autora wynika, e wie o pozyskana wierzba zawierała ponad 60 %
wilgoci, podobnie np.
lazowiec pensylwa ski, ale po kilkumiesi cznym
pozostawieniu na polu, zawarto wilgoci w tego rodzaju biomasie obni ała si do
około 20%. Energetyka odnawialna, szczególnie ciepłownictwo, powinna kupowa
biomas na podstawie znajomo ci przynajmniej zawarto ci wilgoci i warto ci
opałowej. Tym bardziej, e ujemn cech biomasy, rzutuj c na jej warto
energetyczn , jest ogromne wr cz zró nicowanie jej wła ciwo ci. Co gorzej, nie
istniej adne normy dla tych wła ciwo ci oraz odwoławcze metody ich oznaczania.
Inaczej rzecz si przedstawia w przypadku paliw konwencjonalnych, których
wła ciwo ci s znormalizowane, a metody ich oznaczania dokładnie opisane. Handel
biomas mi dzy jej producentami a przedsi biorstwami energetycznymi jest pod tym
wzgl dem nieunormowany. W pi miennictwie spotyka si ni ej przedstawione
wahania
podstawowych
wła ciwo ci
energetycznych
biomasy
drzewnej
[Zawistowski, 2004]:
• warto opałowa GJ/Mg
7,9 -15,8
• zawarto wilgoci %
12,0 - 50,2
• zawarto popiołu %
0,7- 15,1
Podane warto ci odnosz si do stanu roboczego biomasy.
Brak jest równie
ci lejszego sprecyzowania postaci fizycznych biomasy
drzewnej. Autor tego opracowania pobierał próbki biomasy drzewnej z placu
zwałowego ciepłowni miejskiej, które nazywano jako: „zr bki”, „trociny” i „kora”,
a które ró niły si wła ciwo ciami w sposób nast puj cy (tab. 3)
Tabela 3. Wła ciwo ci ró nych postaci biomasy drzewnej
Wła ciwo
Zr bki
Zawarto wilgoci w stanie roboczym
22 - 41
%
Warto opałowa w stanie roboczym
9,2 – 12,6
MJ/kg
Trociny
Kora
37 - 45
49
9,2 – 10,0
7
Zgoła inaczej przedstawia si sprawa w odniesieniu do w gla kamiennego,
gdzie unormowana jest sprawa nazewnictwa fizycznych postaci tego paliwa
np. „groszek”, „grysik”, „miał” itp. Brak unormowania tego zagadnienia w odniesieniu
do biomasy powoduje u przedsi biorstw energetycznych niepewno , jaki towar
kupi i tym samym zniech ca do energetycznego wykorzystania biomasy.
48
___________________________________________________________________________
Drewno cechuje si relatywnie mał zawarto ci popiołu, w porównaniu
z w glem kamiennym, który zale nie od zastosowanej technologii pozyskania tego
paliwa, mo e zawiera sporo zanieczyszcze mineralnych rzutuj cych na zawarto
popiołu. Popiół uzyskiwany z biomasy mo e by po ytecznie u yty w podnoszeniu
warto ci technologicznej gleby.
Równie
wa nym
sposobem
porównania
biomasy
z
paliwami
konwencjonalnymi jest ocena ekologiczna. Otó ekologiczne aspekty spalania
biomasy uchodz za atrakcyjn przesłank medialn i społeczn , na której
wizerunek swój staraj si kreowa ró ni tzw. „działacze ekologiczni, społeczni
i polityczni”. Atrakcyjno ekologiczna biomasy, na tle paliw konwencjonalnych, ma
polega na tym, e w procesie spalania emituje ona do rodowiska mniej składników
spalin odnoszonych do jednostki uzyskiwanej energii cieplnej. Czy tak trudno jest
znale w pi miennictwie dokładn i wiarygodn informacj ?
Emisja składników spalin jest bardzo zale na od rodzaju biomasy i jeszcze
bardziej od jej postaci fizycznej. Pokazywano mi obiekt, który nazywano „kotłowni
ekologiczn ”, w którym w kotłach wodnych, nieprzystosowanych konstrukcyjnie do
tego celu, spalano nierozdrobnione kłody drewna wyci tego przy drogach.
Wydobywaj ce si z takiego spalania spaliny unosiły ze sob cał list składników
szkodliwych dla biosfery. Spalanie biomasy drzewnej w kotłach nieprzystosowanych
do tego konstrukcyjnie jest przyczyn nadmiernej emisji składników spalin, ze
wzgl du na du zawarto w niej wilgoci i cz ci lotnych. Nieliczne ródła informuj
o tym. W tabeli 4. przedstawiono kształtowanie si wska ników emisji niektórych
składników spalin powstaj cych przy spalaniu w gla kamiennego i drewna.
Tabela 4. Emisja składników spalin przy spalaniu w gla kamiennego sortymentu „groszek”
i drewna kawałkowego (polan) w tradycyjnym kotle c.o. [Matuszek, 2005]
W giel kamienny
Drewno kawałkowe
Emisja
sortymentu
(polana)
„groszek”
Tlenek w gla CO g/GJ
2400
2500
Tlenki azotu NOx g/GJ
30
50
Pył
15
50
g/GJ
Wielopier cieniowe
w glowodory aromatyczne
105
500
(WWA)
mg/GJ
Podane w tabeli wska niki emisyjno ci, mo na znacznie obni y w odniesieniu
do biomasy stosuj c odpowiedni jej posta fizyczn , np. zamiast „zr bków” - pelety
i nowoczesn konstrukcj kotłów.
Nadmierna euforia jaka towarzyszy biomasie, okre laj c j jako „paliwo
ekologiczne” wymaga niekiedy znacznej nawet korekty. Pod tym wzgl dem, równie
paliwa konwencjonalne, mo na podzieli na mniej lub bardziej ekologiczne.
Kryterium takiego podziału mo e by emisja dwutlenku w gla CO2 na jednostk
uzyskiwanej energii cieplnej. Ukazuje to tabela 5.
49
___________________________________________________________________________
Tabela 5. Warto ci jednostkowej emisji CO2 przy spalaniu paliw konwencjonalnych (warto ci
u rednione)
Emisja CO2
Paliwo
kg CO2/GJ
W giel brunatny
101,20
W giel kamienny
94,60
Olej opałowy lekki
76,92
Gaz ziemny GZ-50
54,83
Przy spalaniu paliw konwencjonalnych oraz biomasy znaczne ograniczenie
emisyjno ci mo na osi gn
stosuj c wła ciwe rozwi zania konstrukcyjne
i podnosz c tym samym sprawno urz dze kotłowych.
Wyja nienia wymaga sprawa przypisywania biomasie „zerowej emisji
dwutlenku w gla” mówi c, e spalanie biomasy odbywa si „przy zamkni tym obiegu
CO2”. Uzasadnienie tego stwierdzenia jest takie, e przy spalaniu tkanki ro linnej
dwutlenek w gla jest nast pnie wchłaniany przez inne ro liny i w ten sposób
w przyrodzie obieg tego gazu zamyka si . Rozumowanie takie jest teoretyczne,
w praktyce jest inaczej. Bezkrytyczne posługiwanie si takim stwierdzeniem, jest albo
wiadomym nadu yciem, albo dyletanckim niezrozumieniem istoty sprawy.
Pozyskiwaniu i spalaniu biomasy, towarzyszy zu ywanie konwencjonalnych,
nieodnawialnych rodzajów energii, otrzymywanych z paliw konwencjonalnych. Takie
paliwa trakcyjne jak olej nap dowy czy benzyna, zu ywane s do transportu
biomasy. W pi miennictwie znajduj si informacje, e przewo enie biomasy na
odległo ci wi ksze od 60-70 km niszczy ewentualny efekt ekologiczny jej spalania.
Uszlachetnianie biomasy, zwłaszcza jej zr bkowanie czy peletowanie, wymaga
du ych nakładów energii mechanicznej, otrzymywanej z energii elektrycznej, któr
w Polsce uzyskuje si ze spalania bardzo”nieekologicznych” paliw (zwłaszcza w gla
brunatnego), przy sprawno ci niewiele przekraczaj cej 30%! To wszystko powoduje,
e teoretycznie „zamkni ty” obieg dwutlenku w gla rozwiera si , a rozwarcie to mo e
by znaczne i zale nie od długo ci ła cucha uszlachetniaj cego i logistycznego
przekracza nawet 20%.
Dokonuj c energetycznej i ekologicznej oceny biomasy na tle paliw
konwencjonalnych, nie sposób jest, nie zaj
stanowiska przynajmniej w dwu
sprawach: kosztu uzyskiwanej jednostki ciepła i pewno ci dostaw.
Przy ocenie kosztu uzyskiwanej jednostki ciepła, trzeba operowa dwoma
poj ciami: kosztem eksploatacyjnym i kosztem inwestycyjnym.
Koszt eksploatacyjny, to koszt uzyskiwania ”u ytecznej” jednostki ciepła.
U yteczna jednostka ciepła, to taka, przy wytwarzaniu której uwzgl dnia si
sprawno
kotła, a wi c ewentualne straty, jakie towarzysz pracy kotłowni.
Równanie do obliczenia tego kosztu powinno mie nast puj c posta :
10 6
Ku =
⋅ cp
Qw ⋅η k
w którym:
Qw - jest warto ci opałow paliwa, na ogół w stanie roboczym, wyra on
w kJ/kg lub kJ/m3,
k - jest sprawno ci kotła,
cp - cena jednostki masy lub obj to ci paliwa w zł/kg lub zł/m3 (w przypadku
biomasy mo e to by metr przestrzenny).
Potocznie feruje si tak opini , e biomasa stanowi tani surowiec
energetyczny w porównaniu z paliwami konwencjonalnymi. Opinia ta ulega zmianie.
Jak wida , podstawowymi parametrami decyduj cymi o koszcie wytworzenia
50
___________________________________________________________________________
u ytecznej jednostki ciepła s : warto opałowa i cena jednostki masy lub obj to ci
paliwa oraz sprawno
kotła. Zamiast sprawno ci kotła, byłoby lepiej operowa
poj ciem sprawno ci całej instalacji wytwarzaj cej i doprowadzaj cej ciepło do
odbiorników. Przy potocznym ferowaniu opinii o małym koszcie jednostki ciepła
wytwarzanej przy spalaniu biomasy na ogół mało si wie, przy jakiej to było
sprawno ci i jaka była warto opałowa paliwa. Najcz ciej te dwa parametry si
„zakłada”, czyli przyjmuje orientacyjnie. Szczegółowa analiza ukazuje, e koszt
wytworzenia u ytecznej jednostki ciepła z biomasy drzewnej, zrównał si ju
z podobnym kosztem, jaki osi ga si przy spalaniu gorszych gatunków w gla
kamiennego np. sortymentu miał. Poniewa jednak walka o drewno i odpady
z przemysłu drzewnego toczy si
z innymi przemysłami, np. przemysłem
papierniczym, płyt wiórowych i wielkimi przedsi biorstwami energetycznymi,
chc cymi osi gn
re imy UE w zakresie uzyskiwania energii ze ródeł
odnawialnych, koszt ten ulega b dzie szybko powi kszeniu.
Koszt inwestycyjny, to koszt pobudowania instalacji spalaj cej biomas . Jak
na razie, koszt inwestycyjny nowoczesnej kotłowni do spalania biomasy jest wy szy,
ani eli kotłowni do spalania paliw konwencjonalnych.
Je eli chodzi o pewno
dostaw biomasy do przedsi biorstw lub instalacji
energetycznych w Polsce, z wielu przyczyn, jest z tym le. Nieracjonalne,
a szczególnie nader optymistyczne, zwracanie si energetyki w stron biomasy
drzewnej pochodz cej z upraw le nych lub przemysłu drzewnego, opó niło znacznie
jej pozyskiwanie z intensywnej uprawy ro lin energetycznych. Biomasy drzewnej ju
brakuje, a si ganie np. po słom kłóci si z podan tutaj definicj biomasy do celów
energetycznych oraz stanowi powa ne zagro enie dla rolnictwa, które za pewien
czas mo e gospodarowa na glebie o znacznie obni onej warto ci technologicznej.
Ekologiczne aspekty spalania biomasy dotycz bowiem nie tylko powietrza, ale
i gleby, o czym si zapomina [Harasimowicz-Hermann i Hermann, 2005].
Pozbawione racjonalnych i sprawdzonych podstaw energetyczne
gospodarowanie biomas , mo e by przyczyn wielu patologii. Warto wi c
przytoczy opini Autora z Instytutu Chemicznej Przeróbki W gla w Zabrzu, instytucji
specjalizuj cej si w energetycznym wykorzystaniu biomasy:
„Wysoka zawarto
wilgoci w surowej biomasie (45-60% w zale no ci od
terminu zbioru) wpływa negatywnie na efektywno procesu spalania. Niska warto
opałowa na jednostk obj to ci skutkuje konieczno ci operowania kilkakrotnie
wi kszymi obj to ciowo ilo ciami biomasy. Nieodpowiednie rozwi zania
aparaturowe i technologiczne skutkuj zwi kszon powa nie emisj szkodliwych
substancji do atmosfery...w tym rakotwórczych, które mog zniweczy korzystny
efekt ekologiczny wynikaj cy z charakteru biomasy drzewnej” [ Zawistowski, 2004].
Literatura
Dreszer K., Michałek R. Roszkowski A., Energia odnawialna- mo liwo ci jej pozyskiwania
i wykorzystania w rolnictwie, PTIR, Kraków-Lublin-Warszawa, 2003.
Zawistowski J., Zmierzy jako , Agroenergetyka, Nr 2, 2004, s. 24
Matuszek K., W małych kotłowniach, Agroenergetyka, Nr 2, 2005, s. 20.
Harasimowicz-Hermann G., Hermann J., Zachowanie yzno ci gleby w uprawie wierzby (Salix) na
cele energetyczne, Materiały II Mi dzynarodowej Konferencji „Eco-Euro-Energia”, Bydgoszcz,
2005, s. 345.
Zawistowski J., Atestacja kotłów na paliwa stałe – znak bezpiecze stwa, Agroenergetyka, Nr 3, 2004,
s. 34.
51
___________________________________________________________________________
Propozycja wzorca wykorzystania biomasy drzewnej do celów
energetycznych
prof. dr hab. in . Janusz Budny
Katedra In ynierii i Aparatury Procesowej oraz Gospodarki Energi
W ród ró nych „ ródeł energii odnawialnej” (OZE), do których zalicza si
m.in. energi promieniowania słonecznego, spływu wód i wiatru, najistotniejsz
pozycj w Polsce stanowi „biomasa”, czyli tkanka ro linna, stanowi ca według
ró nego pi miennictwa około 95% odnawialnych zasobów energetycznych [Ney,
2004]. Naturalnym i historycznie pierwszym rodzajem biomasy, któr człowiek
zacz ł wykorzystywa do produkcji energii cieplnej jest drewno, natomiast
podstawow przemian energetyczn jest jego spalanie.
Znacz ca rola biomasy w metabolizmie fizjologicznym człowieka i zwierz t
spowodowała konieczno zdefiniowania tej jej cz ci, która bez szkody dla ludzi
i zwierz t mo e by wykorzystana energetycznie, czyli spalana. Nie powinno bowiem
dochodzi do konfliktu mi dzy gospodark ywno ci i gospodark energi na tle
wykorzystania biomasy do celów metabolizmu fizjologicznego i społecznego
współczesnej cywilizacji. Na tym tle rodz si ju obecnie znamiona konfliktu
globalnego a nawet ró nie ideologizowanego terroryzmu.
Pierwotnym ródłem biomasy był las. Przydatno
drewna, jako tworzywa
technologicznego i konstrukcyjnego spowodowała, e powierzchnia upraw le nych
znacznie si zmniejszyła. Tymczasem znaczenie ro lin, w tym szczególnie lasów
w obiegu tlenu i w gla na naszej planecie jest niezast powalne. W Polsce wyst puje
zbyt optymistyczne a nawet nieracjonalne i bezkrytyczne zwracanie si w stron
biomasy drzewnej pochodzenia le nego i słomy jako podstawowych ródeł OZE.
Obok biomasy wyst puj bowiem inne ródła energii odnawialnej, które si
lekcewa y. Tymczasem słoma jest surowcem rolniczym, niezb dnym do produkcji
obornika a lasy maj inn , daleko wa niejsz do spełnienia funkcj , ani eli ich
spalanie energetyczne. Tymczasem do zwi kszonego zu ywania odnawialnych
rodzajów energii zmusza b d nasz kraj przyczyny prawne, w tym przyj te ju
przez nas, w momencie wst pienia do UE, zobowi zanie do sprzeda y w 2010 roku
co najmniej 7,5% energii elektrycznej pochodz cej ze ródeł odnawialnych. A ile
sprzedajemy obecnie? By mo e 2%? Jak wi c dojdziemy do owych 7,5% w ci gu
4 – 5 lat? Ju teraz podnosz si głosy w gremiach opiniotwórczych, a nawet
decyzyjnych, e b dzie to niemo liwe! Opinie tak formułuje si na podstawie analizy
dokumentu „Polityka energetyczna Polski do roku 2025”. Ale i w innych dokumentach
mo na dojrze prób
wr cz o mieszenia idei poprawienia bezpiecze stwa
energetycznego pa stwa poprzez szersze propagowanie ródeł alternatywnych,
mówi c, e pogl d taki jest „...mocno naiwny” [Stenogram 60 posiedzenia Senatu
RP, 2004]. W praktyce niewiele si czyni, aby to zobowi zanie wykona . I co wtedy?
Traktat
akcesyjny rodzi
okre lone
sankcje.
Sankcje
te
b d
najprawdopodobniej takie, e Polska b dzie zmuszona dokupi brakuj c ilo
odnawialnych postaci energii z zewn trz. Czyli pogł bi swoje uzale nienie
energetyczne a wi c osłabi swoje bezpiecze stwo energetyczne. Wszystko to brzmi
gro nie, ale jest bardzo prawdopodobne. Ocen pozycji Polski w post powaniu na
rzecz wykorzystania odnawialnych postaci energii przedstawia poni szy cytat
z Raportu wiatowego Funduszu na Rzecz Przyrody: „Polska przyj ła narodow
strategi produkcji energii odnawialnej i dostosowuje swoja polityk ekologiczn
52
___________________________________________________________________________
i energetyczna do polityki unijnej. ... jednak nie zmierza w kierunku ich osi gni cia,
poniewa ani istniej ce mechanizmy, ani proponowana Ustawa o energii odnawialnej
nie wydaj si by skuteczne...”
Osi gni cie du ego udziału OZE w bilansie energetycznym w kraju
o „mentalno ci w glowej”, nazywanym „prowincj w glow ”, a który „stoi na w glu”
jest rzeczywi cie trudne. Z przyczyn fizycznych jest ono równie niemo liwe, aby
osi gn np. zapowiadany przez UE w 2050 roku poziom 60% energii uzyskiwanej
ze ródeł odnawialnych (?!).
Na co nas wi c sta i co powinni my czyni aby osi gn
wymagane
standardy udziału OZE w bilansie energii pierwotnej naszego kraju.
Głównym ródłem biomasy do celów energetycznych w Polsce powinny by
intensywne uprawy rolnicze ro lin energetycznych.
W Polsce funkcjonuje ju poj cie „ro lin energetycznych”. Ich lista si
wydłu a, staje si równie obszerna ich bibliografia [Ko cik, 2003]. Wprowadza si
nawet poj cie „rolnictwa energetycznego” obok tradycyjnego rolnictwa
ywno ciowego. Wprowadzenie do powszechnego obiegu takiego poj cia jest wa ne
z prawnego punktu widzenia, o czym powiemy w dalszej cz ci tekstu.
W energetyce ciepłowniczej, opartej na podstawowej przemianie
energetycznej, któr jest spalanie, biomas stanowi zdrewniała tkanka ro lin
energetycznych. Od ro lin tych wymaga si spełnienia takich podstawowych
wła ciwo ci jak:
- aby cechowały si
niskimi wymaganiami glebowymi i klimatycznymi
w warunkach naszego kraju;
- dawały du e przyrosty suchej masy w okresie wegetacyjnym;
- cechowały si wysok warto ci opałow w porównaniu z paliwami
konwencjonalnymi;
- aby czynno ci agrotechniczne zwi zane z zakładaniem plantacji, jej
utrzymaniem w stanie intensywnej uprawy rolniczej i zbiorem plonu dawały si łatwo
mechanizowa .
Ro linami, które w intensywnej uprawie rolniczej mog sprosta tym
wymaganiom w warunkach naszego kraju s :
- wierzba krzewiasta (Salix), zwana potocznie „wierzb krzewiast ”, wyst puj ca
w wielu gatunkach np. Salix viminalis,
- lazowiec pensylwa ski (Sida hermaphrodita), niekiedy mylnie i niesłusznie
nazywany „malw pensylwa sk ”,
- trawa chi ska (Miscanthus sinensis) zwana równie potocznie „miskantem”.
W warunkach polskich najpopularniejsz ro lin wydaje si by wierzba
krzewiasta, aczkolwiek równie lazowiec pensylwa ski posiada wiele zalet i jest
w naszym kraju intensywnie promowany dzi ki pracom lubelskiego rodowiska
naukowego [Borkowska, 2004].
Poniewa
w Polsce, o czym wspomniano wcze niej, zbyt wiele
nieuzasadnionych nadziei przypisywano biomasie drzewnej pochodzenia le nego,
intensywna uprawa rolnicza ro lin energetycznych jest opó niona. Mo na jednak
okre li
podstawowe ogniwa zorganizowania systemu wykorzystania ro lin
energetycznych. Były by one nast puj ce:
• promocja i doradztwo,
• prawodawstwo,
• rolnictwo energetyczne,
• uszlachetnianie biomasy i jej dystrybucja,
53
___________________________________________________________________________
• energetyka.
Promocja powinna dotyczy szerszego ni dotychczas przybli ania idei
i zagadnie intensywnej uprawy ro lin energetycznych ł cznie z ich agrotechnik
i tzw. „opłacalno ci ” w porównaniu z ro linami rolnictwa ywno ciowego. Wiele do
wykonania maj rodki medialne, w tym prasa, radio, telewizja. Wa n rol w tym
dziele maj takie formy jak szkolenia, konferencje, publikacje, wydawnictwa
ksi kowe i popularne broszury. Promocja powinna by działaniem ci głym
i efektownie oddziałuj cym na adresatów. Poniewa skierowana jest głównie do
rodowisk wiejskich powinna by prezentowana j zykiem prostym i praktycznym.
Doradztwo powinno by przedmiotem działa O rodków Doradztwa Rolniczego
i organizacji rolniczych. Szczególnie O rodki Doradztwa Rolniczego powinny
praktycznie uczy zagadnie uprawy ro lin energetycznych i nie oczekiwa z tej
działalno ci profitów finansowych. Niestety, zdarza si , e nawet za udost pnienie
sali, na pro b zainteresowanych rolników, oczekuj one na zapłat .
W prawodawstwie polskim jest wiele do uczynienia. Przed przyst pieniem Polski
do UE skonsultowałem ponad 300 rolników i podmiotów gospodarczych w zakresie
uprawy wierzby krzewiastej, na skutek czego cz
z konsultowanych zało yła
plantacje mateczne i towarowe tej ro liny. Akcja promocyjna si rozwijała.
Przyjmuj c na siebie ci ar 7,5%-owego udziału OZE w bilansie energetycznym
kraju nie zwrócono uwagi, e polskie prawodawstwo nie sprzyja rolniczym
intensywnym uprawom ro lin energetycznych. Przede wszystkim Polska Klasyfikacja
Wyrobów i Usług umieszcza wierzb krzewiast , jako wiklin , w grupie „upraw
le nych”. Rolnicy uprawiaj cy wierzb krzewiast nie mog by zatem obj ci
dopłatami bezpo rednimi. Ponadto klasyfikacja le na uprawy wierzby krzewiastej
skutkuje brakiem odszkodowa za tzw. szkody łowieckie, które zwierzyna dzika czyni
coraz wi ksze w tych monokulturowych uprawach. Tymczasem monokulturowo
upraw powoduje wyst powanie szkodników i chorób, na niszczenie których trzeba
ło y nakłady finansowe, je eli chce si utrzyma upraw w definicji „uprawy
intensywnej”. Jak e, wi c mo na zach ca potencjalnych plantatorów, którzy maj
ło y nakłady finansowe na zakładanie i utrzymanie plantacji nie otrzymuj c ze
strony pa stwa pomocy prawnej?
W takiej sytuacji podstawowe w tym ła cuchu ogniwo, jakim jest rolnictwo
energetyczne nie rozwija si . A przecie bez jego rozwoju nie mo e by mowy
o licz cym si udziale biomasy drzewnej pochodz cej z intensywnych upraw
rolniczych ro lin energetycznych w bilansie energetycznym kraju. Co gorsza
incydentalni w skali kraju wielkoobszarowi plantatorzy wierzby krzewiastej, a równie
pomniejsi plantatorzy, poszukuj innych rynków zbytu, nie do energetyki.
Nieco jak na ironi pa stwo ło y pieni dze na zakładanie i prowadzenie
ekstensywnych upraw le nych dokonywanych na gruntach byłych PGR przez byłych
pracowników tych przedsi biorstw. Maj oni otrzymywa przez długi czas pieni dze
za piel gnacj tych ekstensywnych upraw. A co b dzie kryterium oceny, czy
piel gnacja była „wła ciwa”? Czy nie byłoby wła ciwiej zach ci tych ludzi do
intensywnej uprawy rolniczej wierzby? Zach t mo e by np. bezpłatne dostarczenie
im sadzonek, obj cie opieka prawn plantacji w zakresie dopłat bezpo rednich
i likwidacji szkód łowieckich. Takie plantacje, jako „lasy energetyczne” b d ce
intensywnym
ródłem tlenu spełniałyby jednocze nie funkcj
energetyczn
i ekologiczn o wi kszej efektywno ci ani eli lasy.
Niektóre niekorzystne wła ciwo ci biomasy, jak np. wysoka zawarto wilgoci,
niejednorodno
i mała g sto
energetyczna powoduj
konieczno
jej
uszlachetnienia i utworzenia sieci dystrybucyjnej. Przedsi biorstwa energetyczne nie
54
___________________________________________________________________________
b d przecie kupowały surowej postaci biomasy od rozlicznych plantatorów.
Przetwórstwo uszlachetniaj ce ma j ujednolici , poprawi jej g sto energetyczn
(czyli ilo
energii zawart w jednostce masy lub obj to ci) a sie dystrybucyjna
dostarczy gdzie trzeba. Nale y przy tym zauwa y , e transport biomasy na dalsze
odległo ci, wymagaj cy zastosowania paliw konwencjonalnych niweczy jej korzystny
aspekt ekologiczny. Rozwiera si bowiem wówczas teoretycznie zamkni ty obieg
CO2 w przyrodzie, który jest oceniany jako najwa niejsza wła ciwo ekologiczna
biomasy.
Najpopularniejszymi procesami uszlachetniaj cymi s : zr bkowanie, a przede
wszystkim znacznie poprawiaj ce g sto energetyczn peletowanie i brykietowanie.
Przedsi biorcy działaj cy w ogniwie uszlachetnienia i dystrybucji biomasy dostrzegli
ju mo liwo zarobkowania w tej dziedzinie. Niestety, brak surowców pochodz cych
z rolniczych upraw ro lin energetycznych skierował ich w stron odpadów drzewnych
pochodz cych z przemysłów drzewnych, głównie tartacznego, oraz drewna le nego.
Podj li równie próby peletowania i brykietowania słomy, surowca ro linnego do
produkcji obornika, o podstawowym znaczeniu dla rolnictwa. Na tle wykorzystania
odpadów drzewnych z przetwórstwa drewna rozwija si konflikt mi dzy energetyk
i przemysłem płyt drzewnych. Wymienione tu niekorzystne zjawiska mog by
usuni te dzi ki prowadzeniu intensywnej uprawy ro lin energetycznych, głównie
wierzby krzewiastej.
Energetyka jest zainteresowana spalaniem biomasy z uwagi na konieczno
osi gania owych 7,5% udziału OZE, o czym wspomniałem wcze niej. Wytyka ona
jednak biomasie kilka wad, wymienionych uprzednio, jednak najwa niejsz ma by
niepewno
dostaw. Biomas
s
zainteresowane du e przedsi biorstwa
energetyczne, np. elektrownia w Poła cu, które nie mog si zadowoli dostawami
paliwa z małych i oddalonych plantacji towarowych. Tym bardziej, e plantacje te
albo nie powstaj , albo powstaj zbyt powoli. Du e przedsi biorstwa energetyczne
same opracowuj , i staraj si zorganizowa , własne zaplecze paliwowe pod
postaci plantacji. Tu jednak odzywa si ponownie brak przyjaznego dla biomasy
prawodawstwa. Skoro wierzba jest zaliczona do upraw le nych Agencja
Nieruchomo ci Rolnych
da kaucji od potencjalnych dzier awców, która ma
zabezpieczy koszta ewentualnego karczowania i nast pnie rekultywacji gleby.
Wymienione tu, jedynie w sposób bardzo skrócony, okoliczno ci utrudniaj ce
towarow produkcj biomasy wskazuj na piln potrzeb podj cia stosowanych
działa . Wyst puj ce mi dzy kiełkuj cym dopiero rolnictwem energetycznym
i energetyk zawodow zapó nienia w wykorzystaniu upraw ro lin energetycznych
oczekuj na piln interwencj pa stwa. To ono powinno wspomaga swoj polityk
rozwoju zrównowa onego, zapisanego w Konstytucji, nast puj ce główne ogniwa
systemu energetycznego wykorzystania ro lin energetycznych. A ogniwami tymi s :
• Prowadzenie prac hodowlanych nad uzyskaniem ro lin odpowiednich
klimatycznie i glebowo oraz o po danych wła ciwo ciach energetycznych.
• Zapewnienie uzyskiwania dla tych ro lin certyfikatów Centralnego O rodka
Bada Odmian Ro lin U ytkowych.
• Zakładanie i prowadzenie plantacji matecznych i towarowych w formule
konkurencyjno ci. Proces ten powinien odbywa si pod nadzorem, np. O rodków
Doradztwa Rolniczego lub Izb Rolniczych, co zapewni rolnictwu energetycznemu
kwalifikowane sadzonki lub nasiona (w przypadku lazowca pensylwa skiego).
Wymienione tu instytucje wykazuj na razie mizerne zainteresowanie t spraw .
• Powstawanie przetwórni uszlachetniaj cych biomas do postaci fizycznych
odpowiednich dla ró nej konstrukcji kotłów.
55
___________________________________________________________________________
• Okre lenie wymogów normatywnych dla ró nej postaci fizycznej biomasy
i ustanowienie laboratorium odwoławczego.
• Okre lenie wymogów normatywnych pod wzgl dem energetycznym
i ekologicznym urz dze energetycznych spalaj cych biomas , wytwarzanych
w kraju i sprowadzanych z zagranicy.
• Powołanie jednostki certyfikuj cej urz dzenia do spalania biomasy pod
wzgl dem energetycznym i ekologicznym.
Jak dotychczas zainteresowanie organów pa stwa i samorz dów ogranicza si
do uchwalania woluntarystycznych, a nie obligatoryjnych, „rezolucji”, „planów” czy
„strategii rozwoju”. Energetyka coraz silniej woła o biomas , której produkcja
w intensywnej uprawie rolniczej si opó nia gdy rolnictwo energetyczne odczuwa
brak wsparcia a nawet stawianie przeszkód. Klasyczn biomas , pochodz c
z rolniczych upraw ro lin energetycznych, zast puje si , czym si da i co da si
spali . Jest to ze szkod dla racjonalnej polityki le nej, rolnej i niektórych gał zi
przemysłu np. produkcji płyt czy papiernictwa.
Literatura
Ney R., Uwarunkowania wykorzystania energii odnawialnej jako czynnika zrównowa onego rozwoju
energetyki, Polityka energetyczna, T. 7, Z. 1, s. 5, 2004.
Stenogram 60 posiedzenia Senatu RP, 2004,
Ko cik B., (pod redakcj ), Ro liny energetyczne, Wydawnictwo AR Lublin, 2003.
Borkowska H.,
lazowiec (Sida hermaphrodita Rusby) jako ro lina energetyczna, Materiały
Konferencji „Dni lazowca 2004”, Bystra, 26-27.11.2004, s. 6.
56
___________________________________________________________________________
Energia geotermiczna
mgr in . Maciej Neugebauer, prof. dr hab. in . Janusz Piechocki
Uniwersytet Warmi sko-Mazurski
Wydział Nauk Technicznych, Katedra Elektrotechniki i Elektroniki
1. Wprowadzenie.
Słowo geotermiczny pochodzi ze zło enia dwóch wyrazów: geo <gr. g =
ziemia> oraz termiczny <gr. thermós = ciepły, gor cy> i oznacza ciepło pochodz ce
z wn trza ziemi. Cz sto jest równie u ywany wyraz geotermalny, znacz cy to samo,
lecz zło ony z wyrazu geo i terma <gr. therm (lm) = gor ce ródła) [Słownik Wyrazów
Obcych; 1980]. Wi c energia geotermalna/geotermiczna jest to energia pochodz ca
z wn trza ziemi. ródłem tej energii jest bardzo gor ce j dro o grubo ci ok. 6900 km,
składaj ce si w cz ci zewn trznej z metali płynnych, i stałej cz ci wewn trznej.
Podział energii ziemi na ró ne rodzaje energii obrazuje rys. 1. Ciepło to przenika
przez płaszcz (jest to nazwa kolejnej, od rodka patrz c warstwy ziemi, o grubo ci
ok. 2850 km) do skorupy ziemskiej - której grubo
waha si w zale no ci od
budowy geologicznej i poło enia geograficznego od 6 do 40 km. [Encyklopedia
Ziemia].
energia wód
gł binowych
energia skał
energia
mechaniczna
ziemi
energia ziemi
energia magmy
Rys. 1. Podział energii Ziemi na ró ne rodzaje energii.
Pomiary temperatury Ziemi s mo liwe do wykonania jedynie w cienkiej
warstwie powierzchniowej, do gł boko ci ok. 6000 m, stanowi cej znikomy ułamek
promienia Ziemi. Na ich podstawie jednak mo na stwierdzi , e wraz ze wzrostem
gł boko ci temperatura stopniowo wzrasta – rysunek 2. Ilo ciowo wzrost ten
podawany jest w stopniach geotermicznych, tzn. w grubo ciach warstw, w których
temperatura wzrasta o jeden stopie C (w m/1oC). Stopie geotermiczny nie
zachowuje stałej warto ci, zale y bowiem od budowy geologicznej skorupy ziemskiej
na danym obszarze (jej składy chemicznego, grubo ci itp.), i tak np. w Europie
wynosi przeci tnie 33 m/1oC, a np. w Ameryce ok. 40 m/1oC. Poza bezpo rednimi
pomiarami temperatury dowodem wzrostu temperatury z gł boko ci w Ziemi s
gor ce ródła, tzw., gejzery, oraz wybuchy wulkanów. Te ostatnie stanowi
bezpo redni dowód, e gł bokie warstwy Ziemi maj temperatur powy ej 1000 oC.
[Encyklopedia Przyrody i Techniki].
57
C
___________________________________________________________________________
35
30
25
20
15
10
5
0
2
10 0
2 00
gł boko
3 00
400
500
600
o d po w ie rz c h n i w [m ]
Rys. 2. Zmiany temperatury Ziemi w zale no ci od gł boko ci.
Nale y tutaj doda , e temperatura powierzchni Ziemi (do grubo ci ok. 2m)
zale y równie od strefy klimatycznej, pory roku, rodzaju gruntu itp., np. zim od
strefy przemarzania gruntu - rysunek 3. Z wykresu tego wida , e temperatura gruntu
2-3m poni ej powierzchni ziemi wynosi ok. 80C – i jest du o ni sza ni temperatura
powietrza latem i du o wy sza ni rednia temperatura powietrza w zim . Jak do tej
pory ludziom nie udało si ujarzmi energii wulkanów, ródła gor cej wody wyst puj
tylko w niektórych miejscach, lecz maj du
energi , daj zatem mo liwo
ogrzewania całych osiedli czy miast, a energia termalna gruntu umo liwia ogrzanie
mniejszych obiektów.
30
powietrze zewn trzne
20
C
grunt (1m)
10
woda gruntowa
0
-10
-20
miesi c
Rys. 3. Zmiany rednich temperatury powietrza, gruntu - na gł boko ci 1 m oraz wody
gruntowej.
Energia geotermalna jest pochodn ciepła dopływaj cego z wn trza Ziemi,
ciepła generowanego w skorupie ziemskiej oraz docieraj cej do Ziemi energii
słonecznej. Zasoby energetyczne Ziemi s
wynikiem naturalnego rozkładu
pierwiastków promieniotwórczych szeregu uranowego, aktynowego, torowego
i potasowego zachodz cego w jej wn trzu.
G sto strumienia energii przenikaj cej przez formacje skalne ku powierzchni
Ziemi zale y od stopnia przewodnictwa podło a i le cych wy ej formacji skalnych.
W przypadku Polski, najwi kszym przewodnictwem cieplnym charakteryzuj si
granity, sjenity i gabro na podło u krystalicznym oraz wapienie jurajskie, wapienie
dewo skie i piaskowce kambryjskie na podło u karpackim.
Podstawowym sposobem pozyskiwania energii geotermalnej jest odbiór ciepła
z wód geotermalnych lub z suchych skał za po rednictwem kr
cego medium,
którym jest zwykle woda.
W istniej cych obecnie warunkach technicznych pozyskiwania i wykorzystania
złó geotermalnych, najbardziej uzasadniona jest eksploatacja wód, których
temperatura jest wy sza ni 60 °C, chocia płytkie wyst powanie wód - do 1000
metrów, du a wydajno
– ponad 200 m³/h, mała mineralizacja – do 3 g/dm³
i korzystne warunki wydobywania wskazuj równie na celowo eksploatacji złó
geotermalnych, w których temperatura wody jest ni sza ni 60 °C.
Na terenie województwa podlaskiego zaznacza si wpływ dwóch okr gów
geotermalnych. Na kra cach zachodnich jest to okr g grudzi dzko-warszawski,
58
___________________________________________________________________________
natomiast na południu jest to okr g podlaski. W pozostałych cz ciach województwa
nie wyst puj adne zło a geotermalne.
Okr g grudzi dzko-warszawski zawiera wody geotermalne w zakresie
temperatur od 25 °C do 135 °C, które wyst puj w kilku mezozoicznych basenach
geotermalnych. Na terenie województwa podlaskiego wyst puj w tym okr gu wody
o rednich warto ciach temperatur i realnych mo liwo ciach ich eksploatacji. Brak
jednak szczegółowego rozeznania geologicznego, co powoduje trudno ci
w podejmowaniu decyzji lokalizacyjnych uj wód geotermalnych.
Podobna sytuacja wyst puje w przypadku okr gu podlaskiego, który zawiera
wody geotermalne w zakresie temperatur od 30 °C do 120 °C, chocia sumaryczne
zasoby ciepła mo liwe tam do pozyskania s znacznie wi ksze ze wzgl du na
wi kszy obszar wyst powania tego okr gu na terenie województwa.
Zainteresowanie energi geotermaln jest coraz wi ksze ze wzgl du na
mo liwo pozyskiwania taniej energii w sposób ci gły, bez wzgl du na por dnia
i roku oraz warunki klimatyczne.
W dalszej cz ci artykułu b d stosowane konsekwentnie nazwy – energia
geotermalna na oznaczenie energii pochodz cej z gor cych ródeł oraz energia
geotermiczna – na oznaczenie wykorzystania ciepła gruntu lub wód
gruntowych/powierzchniowych, ale o normalnej temperaturze.
2. Energia geotermiczna
Energia mo e wyst powa
wokół nas w ró nych postaciach jako:
mechaniczna, elektryczna, chemiczna,
wietlna oraz najpowszechniejsza
w przyrodzie - cieplna. Energia nie mo e by wytworzona ani zniszczona - mo e
jednak by przekształcana z jednej postaci w inn (np. w procesie spalania
przekształcamy energi chemiczn zawart w paliwie w energi ciepln ) lub
transportowana z jednego miejsca w inne.
Koncepcja wykorzystania energii geotermicznej jest w gruncie rzeczy bardzo
prosta. Wykorzystuj c pompy ciepła pobieramy ciepło z gruntu zim
eby nas
ogrza , a latem mo emy odwróci proces i oddawa ciepło do gruntu, aby chłodzi
mieszkanie, ten drugi proces mo e by stosowany tylko w przypadku stosowania
energii gruntu. Poniewa temperatura gruntu kilka metrów w gł b powierzchni
pozostaje stała, niezale na od pór roku, ok. 13 oC - jest to du o mniej ni
temperatura powietrza latem i du o wi cej ni temperatura powietrza zim . Aby
jednak mo na było t energi wykorzysta potrzebne jest urz dzanie zwane pomp
ciepła.
2.1. Pompy ciepła
Pompa ciepła jest urz dzeniem, które absorbuje energi ciepln w jednym
miejscu i przenosi j do innego miejsca. Taki proces w my l praw fizyki zachodzi
samoistnie tylko w jednym kierunku - to jest od ciała cieplejszego do zimniejszego.
Pompa ciepła umo liwia proces odwrotny tzn. od ciała o ni szej temperaturze do
ciała o temperaturze wy szej, a o to przecie chodzi - temp. gruntu w zim na
gł boko ci kilku metrów jest przecie i tak ni sza ni temperatura panuj ca
w pomieszczeniach mieszkalnych, które chcemy ogrzewa energi z „wn trza ziemi”.
Pompy ciepła nie produkuj same energii, tak jak pompy wodne nie
wytwarzaj wody (dla analogii, z którymi zostały nazwane pompami ciepła). Tak jak
pompa wodna musi by zanurzona w wodzie, eby mogła pompowa wod , tak
i pompa ciepła musi mie ródło ciepła, aby mogła pracowa - przesyłaj c to ciepło
do innego miejsca przy stosunkowo niskich kosztach. Najprostsz pomp ciepła,
59
___________________________________________________________________________
znan wszystkim jest zwykła lodówka, która pobiera ciepło z jednego miejsca
(zamra alnik), ochładzaj c je lokalnie do poziomu uzale nionego od wydajno ci
i sprawno ci, i oddaje je w innym miejscu (na zewn trz) – rysunek 4 przedstawia
ogóln zasad działania jednego z mo liwych i najcz ciej stosowanego rozwi zania
- pompy ciepła spr arkowej. W parowniku czynnik roboczy paruje pobieraj c ciepło
z otoczenia (tak jak pot na ludzkiej skórze paruj c ochładza jednocze nie ciało).
Nast pnie w spr arce jest spr any do wysokiego ci nienia (jego temperatura
wzrasta – podobnie w pompce rowerowej w czasie pompowania, gdy spr amy
powietrze nast puje nagrzewanie si pompki). Nast pnie czynnik roboczy oddaje
ciepło w skraplaczu (jest to zgodne z prawami fizyki gdy jego temperatura jest
w tym momencie wy sza ni temperatura na zewn trz skraplacza). Ko cowym
etapem cyklu jest przej cie czynnika roboczego przez zawór rozpr ny
(z jednoczesnym obni eniem ci nienia i temperatury) do parownika i cykl rozpoczyna
si od nowa.
Rys. 4. schemat działania pompy ciepła.
Innymi mo liwymi rozwi zaniami pomp ciepła s pompy absorpcyjne i pompy
termoelektryczne, jednak w chwili obecnej s one stosunkowo rzadko stosowane.
Przykładem produkowanych przemysłowo pomp ciepła mog by np. pompy
firm: OCHSNER; IVT; EKONTECH; FHP i wiele innych [materiały reklamowe].
Nale y w tym miejscu zwróci uwag na fakt, e pompy ciepła nie emituj
zanieczyszcze do rodowiska naturalnego, poniewa ok. 70% energii pobierane jest
ze rodowiska a reszta w postaci energii elektrycznej (jak zasilanie). Za stosowaniem
tych urz dze przemawia równie rachunek ekonomiczny – fakt wykorzystania
"darmowej" energii dost pnej w otaczaj cym nas rodowisku, a potrzeba
dostarczania energii cieplnej np. z kotła C.O., wył cznie w najbardziej ekstremalnych
warunkach, powoduje minimalizacj kosztów eksploatacyjnych. Jednak ta sytuacja
wyst puje przy pobieraniu ciepła z powietrza w temperaturach poni ej -2oC. Koszty
inwestycyjne systemów z wykorzystaniem pomp ciepła s porównywalne z kosztami
innych systemów, opartych na wykorzystaniu energii z konwencjonalnych ródeł,
jednak przy oszcz dno ciach na kosztach eksploatacyjnych po stosunkowo krótkim
okresie czasu uzyskujemy zwrot poniesionych nakładów.
Zastosowanie pomp ciepła jest uzale nione od zasobów energii znajduj cych
si w otaczaj cym nas rodowisku. Zastosowane ródła energii odnawialnej,
powinny si charakteryzowa :
- mo liwie wysok i stał temperatur w okresie całorocznym;
- du pojemno ci ciepln ;
60
___________________________________________________________________________
- łatw dost pno ci (niskie koszty inwestycyjne);
- mał agresywno ci w stosunku do elementów instalacji (korozja, itp.).
Do ródeł energii odnawialnej, która mo e by wykorzystana przez pompy
ciepła, nale y:
- powietrze zewn trzne;
- grunt;
- woda gruntowa;
- wody powierzchniowe (jeziora, rzeki, stawy – wymagane uzgodnienie ze
słu bami ochrony rodowiska)
2.2. Mo liwo ci wykorzystania energii geotermicznej.
Istnieje wiele ró nych rozwi za
umo liwiaj cych wykorzystanie energii
geotermicznej. Do najcz ciej stosowanych systemów wykorzystuj cych energi
ciepln gruntu lub wód gruntowych nale :
- systemy zamkni te, w których układ rur, zazwyczaj z tworzywa sztucznego,
wypełniony wod lub specjalnymi niezamarzaj cymi płynami tworzy zamkni t p tl ,
zakopan w gruncie, poł czon z pomp ciepła i układem wydzielania ciepła
w mieszkaniu; czynnik roboczy kr y w zamkni tym obiegu; w systemie tym mo emy
wyró ni układ horyzontalny - z rurami uło onymi poziomo, zajmuj cymi wi ksz
powierzchni - ta szy jednak w realizacji o ni szej jednak sprawno ci, nadaj cy si
do małych budynków mieszkalnych oraz układ wertykalny stosowany w przypadku
braku miejsca na układ horyzontalny, dro szy w uło eniu lecz bezpieczniejszy
w eksploatacji – bardziej stabilna temperatura gruntu – rysunek 5 a) układ równoległy
i 5 b) układ szeregowy.
- temperatura gruntu – rysunek 6a) układ równoległy i 6b) układ szeregowy.
Rys.5 a) Układ pionowy równoległy
Rys. 6 a) Układ rur szeregowy
Rys.5 b) Układ pionowy szeregowy.
Rys.6 b) Układ rur równoległy.
Na rysunku siódmym pokazane s dwa mo liwe systemy uło enia rur
w systemie poziomym „jedna obok drugiej” – tzn. rury s uło one poziomo w p tli. Na
rysunku 6 a) mamy układ szeregowy a na rysunku 6 b) równoległy. Maksymalna
rednica rur wynosi ¾’’ do 1’’, długo p tli – 150m.
Kolejn mo liwo ci jest układ poziomy z rurami „jedna nad drug ” równie
w formie równoległej - rysunek 7 a) jak i szeregowej - rysunek 7 b). Daje on lepsze
wykorzystanie powierzchni, lecz zmusza do wykonania gł bszych rowów – poniewa
równie górna rura musi znajdowa si poni ej poziomu przemarzania gruntu –
a odległo mi dzy rurami, zarówno w układzie „jedna obok drugiej” jak i „jedna nad
drug ” powinna by wi ksza ni 1,25m.
61
___________________________________________________________________________
Rys. 7 a) Układ równoległy
Rys.7 b) Układ szeregowy.
W celu jeszcze lepszego wykorzystania ciepła gruntu stosuje si układy z
czterema rurami na rów – rysunek 8 – w dwóch wariantach.
Rys. 8. Układ czterech rur na rów w dwóch wariantach.
- układ zamkni ty, w którym jednak pobierane jest ciepło wody z dna rzeki lub
jeziora. Tak jak na rysunku 5, lecz rury uło one s na dnie rzeki lub jeziora.
- układ otwarty, w którym woda gruntowa lub woda ze ródła termalnego
pobierana z ziemi przepływa przez pomp ciepła, oddaj c swoj energi ,
a nast pnie jest wylewana na zewn trz; system ten wymaga jednak zarówno ródła
wody gruntowej jak i zbiornika na wod wykorzystan ; je eli zbiornikiem b dzie jaki
zbiornik wody powierzchniowej, to pojawiaj si w tpliwo ci natury ekologicznej,
zwi zane z lokalnym obni eniem poziomu wód gruntowych i wzrostem zasolenie
wód powierzchniowych - chyba, e wykorzystana woda b dzie wtłaczana
z powrotem w to samo miejsce z którego była pobrana.
- Systemy z wykorzystaniem wód powierzchniowych. Systemy te wymagaj
blisko poło onego zbiornika wodnego, w którym umieszczony jest wymiennik,
przekazuj cy ciepło do pompy ciepła. W ten sposób wykorzystywana jest stała
temperatura wody. W przeciwie stwie do systemów wykorzystuj cych ciepło z wód
gruntowych, systemy te nie potrzebuj kosztownych odwiertów.
Pompy ciepła znajduj zastosowanie w systemach:
- ogrzewania podłogowego
- podgrzewania c.w.u.
- klimatyzacji
- podgrzewania wody basenowej [materiały reklamowe].
3. Stan wykorzystania energii geotermalnej w Polsce.
Poza małymi, prywatnymi u ytkownikami energii geotermicznej, s w Polsce
dwie firmy, które wykorzystuj energi geotermaln na wi ksz skal . Jedn z nich
jest Geotermia Pyrzyce Sp. z o.o., która powstała 5 grudnia 1994 roku, a ciepłownia
geotermalna została zrealizowana w roku 1997. W procesie technologicznym jest
wykorzystana energia pochodz ca z podziemnych wód termalnych oraz energia
gazu ziemnego. Moc ciepłowni zaprojektowano na 55 MW. Obecnie energia cieplna
dostarczana jest dla mieszka ców miasta i pyrzyckich zakładów. W miejsce 68
przestarzałych kotłowni w glowych powstały nowoczesne w zły cieplne, a proces
62
___________________________________________________________________________
dostaw jest w pełni zautomatyzowany. Energia cieplna pochodzi w 65%
z podziemnych wód geotermalnych, których zasoby wystarcz na wiele lat! Gor ca
woda o temperaturze ok. 62oC wydobywana jest z gł boko ci 1640 - 1680m. Woda
po przej ciu przez bateri filtrów kierowana jest na wymiennik I stopnia, gdzie oddaje
ciepło powracaj cej z miasta wodzie sieciowej. W celu lepszego wykorzystania
entalpii wody geotermalnej, wod kieruje si dalej do wymiennika II-go stopnia, gdzie
nast puje jej dalsze schłodzenie do temperatury 26 oC. Schłodzenie wody
geotermalnej do temperatury 26 oC mo liwe jest dzi ki wcze niejszemu schłodzeniu
cz ci powrotnego strumienia wody sieciowej w parowniku absorpcyjnym pompy
ciepła do temperatury 25 oC. Po wyj ciu z wymiennika woda geotermalna przechodzi
przez bateri filtrów ko cowych i zatłaczana jest z powrotem do tej samej warstwy
geologicznej, z której została wydobyta.
Cz
strumienia wody sieciowej o temperaturze 40 oC kierowana jest do
skraplacza pompy ciepła, gdzie podgrzewa si do temperatury 78 oC. W zale no ci
od panuj cej temperatury zewn trznej mo emy j skierowa do miasta lub dalej
podgrzewa
do temperatury 95 oC w wysokotemperaturowym wymienniku
płaszczowo rurowym i do temperatury 100 oC w szczytowym kotle
niskotemperaturowym. Obieg wody w sieci zapewniaj dwie pompy, poł czone
równolegle,
wyposa one
w
przetwornice
cz stotliwo ci,
umo liwiaj ce
przystosowanie przepływu czynnika grzewczego do potrzeb i prowadzenia
ekonomicznej regulacji ilo ciowej w systemie.
Budynki zasilane s za pomoc niskotemperaturowej sieci ciepłowniczej
o ł cznej długo ci 14,6 km wykonanej w cało ci z rur preizolowanych. Woda
sieciowa płynie do 65 wymiennikowych w złów cieplnych, które zainstalowane
zostały w miejscu starych kotłowni w glowych.
W zły cieplne oparte s na płytowych wymiennikach ciepła, które pracuj na
potrzeby centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody u ytkowej. Ka dy
wymiennik posiada regulator temperatury zasilania c.o. i c.w.u., a wszystkie w zły
o mocy powy ej 100 kW wyposa one s dodatkowo w automatyk pogodow .
Parametry cieplne z w złów redniej i du ej mocy (>100 kW) przesyłane s sieci
sterownicz do Centralnego Systemu sterowania, który nadzoruje prac ródła ciepła
[Instal 1998].
Drugim miejscem w Polsce gdzie energia geotermalna jest wykorzystywana
na wi ksza skal jest Podhale. Wody geotermalne wyst puj na Podhalu w skałach
Niecki Podhala skiej, poło onej pomi dzy Tatrami a Pieni skim Pasem Skałkowym.
Główny zbiornik wodono ny eksploatowanych wód geotermalnych stanowi :
wapienie numulitowe i zlepie ce eoce skie, dolomity i wapienie triasowe oraz
piaskowce jurajskie.
W 1994 roku utworzono Geotermi Podhala sk SA. Jako pierwsza do
nowego systemu została przył czona Ba ska Ni na. Ogrzewana jest tam szkoła,
ko ciół i 120 domów mieszkalnych. Docelowo 85% zapotrzebowania na ciepło na
całym podhalu ma by pokrywane przez Geotermi . Do systemu zostan podł czone
dwa najwi ksze miasta - Nowy Targ i Zakopane, a tak e le ce pomi dzy nimi wsie.
Trwa budowa ruroci gu, którym gor ca woda popłynie do Zakopanego. Miasto
zacz ła ju ogrzewa ciepłownia gazowa, która jest cz ci systemu. Po doł czeniu
rury b dzie spełniała funkcje awaryjnego ródła energii, wykorzystywanego tak e
jako dodatkowe zasilanie w szczytach poboru mocy.
Ciepłownia wraz z infrastruktur to:
a) Budynek ciepłowni, w którym znajduj si wymienniki ciepła oraz pompy.
W znajduj cym si w ciepłowni wymienniku dochodzi do przekazania ciepła z obiegu
63
___________________________________________________________________________
pierwotnego (zło e - ciepłownia - zło e) do obiegu wtórnego (ciepłownia - budynki ciepłownia).
b) Ruroci g budowany jest z tzw. rur preizolowanych, które gwarantuj
minimalne straty ciepła. S to jakby dwie rury, stalowa wewn trz i polietylenowa na
zewn trz, za przestrze mi dzy nimi wypełniona jest piank poliuretanow . Cało
skonstruowano w taki sposób, aby rura nie rozwarstwiała si pod wpływem
temperatury. Rura ma rednic 50 cm.
c) W zły cieplne bior ce udział w dystrybucji wody do poszczególnych
budynków.
d) Sie teleinformatyczna ł cz ca czujniki reguluj ce pobieranie ciepła przez
odbiorców z urz dzeniami steruj cymi ciepłowni . Obydwa obiegi pierwotny i wtórny,
musz
by
odpowiednio opomiarowanie. Wyniki pomiarów s
zbierane,
przetwarzane w systemie komputerowym i na bie co - przez system automatyki
przemysłowej - wykorzystywane do sterowania prac instalacji. Słu
tak e jako
sygnalizacja ewentualnej awarii w pracy instalacji. Cały system pozwala ograniczy
koszty eksploatacji. Kiedy odbiorca przykr ca kurek w cieplejsze dni wtedy
oszcz dza, ale aby i ciepłownia mogła zaoszcz dzi , musi zna w danej chwili
rzeczywiste zapotrzebowanie na moc ciepln .
Ta sz energi odbiorcy mog wykorzysta pobieraj c ciepło zawarte
w obiegu wtórnym, w wodzie powrotnej o ni szej temperaturze 50 - 60 oC. Ciepło
zawarte w obiegu wtórnym powrotnym mo na wykorzysta do:
- ogrzewania podłogowego,
- ogrzewania basenów k pielowych;
- ogrzewania szklarni;
- ogrzewania suszarni;
- ogrzewania stawów rybnych [Geotermia Podhale].
4. Oddziaływanie na rodowisko.
Energia geotermalna jest energi ekologicznie czyst , co w czasach coraz
wi kszego zatrucia rodowiska jest rzecz bardzo istotn . Zanieczyszczenie
rodowiska naturalnego w skutek produkcji energii cieplnej metodami
konwencjonalnymi jest rzecz znan . Dostrzegła to gmina Zakopane, gdzie
zanieczyszczenie spowodowane produkcj ciepła jest bardzo du e i zainwestowała
w Geotermi Podhala sk S.A. (jest jednym z 6 wi kszych udziałowców).
Nale y tutaj doda , ze układy produkuj ce ciepło z energii geotermalnej nie s
w pełni samowystarczalne (chyba, e korzystaj z wysokotemperaturowych ródeł)
i wymagaj uzupełnienia innymi ródłami ciepła, np. gazowym – jak w Geotermii
Pyrzyce Sp. z o.o. Same pompy ciepła te wymagaj zasilania energi , aby mogły
pracowa (np., elektryczn ).
5. Podsumowanie.
Na zako czenie warto było by zwróci uwag na fakt, e w naszym regionie
znajduj si ródła geotermalne, jednak na gł boko ci, która na razie sprawia, e ich
eksploatacja jest nie opłacalna. Jest to tzw. Basen Kambryjski obejmuj cy swoim
zasi giem północno-wschodni obszar Polski, okr g Kaliningradzki oraz Litw , Łotw
i Estoni [Sokołowski, 1997]. Jednak wykorzystanie energii geotermalnej w chwili
obecnej i tak jest mo liwe przy pomocy systemów zamkni tych - pobieraj cych
ciepło z gruntu i pomp ciepła - szczególnie jako wspomo enie konwencjonalnych
ródeł ciepła przy ogrzewaniu domków jednorodzinnych, gospodarstw rolnych itp.
Ka dy kW energii uzyskany z czystego ródła dzisiaj to czystsze powietrze i woda
64
___________________________________________________________________________
jutro, a w naszym regionie opieraj cym przecie swój rozwój na turystyce jest to
szczególnie wa ne.
9. Literatura
Encyklopedia Przyrody Techniki, Wiedza Powszechna, s. 1194.
Encyklopedia Ziemia, wyd. DELTA s. 24.
Geotermia Podhale, Materiały reklamowe, dost pne na stronie
http://www.geotermia.pl/index.php?lng=pl
INSTAL nr 10/1998 „Ogrzewanie energi geotermaln miasta Pyrzyce”, s. 16.
J. Sokołowski, 1997; „Prognozy rozwoju geoenergetyki w wiecie, Europie i Polsce.”
IV Konferencja Naukowo-Techniczna; Mała Energetyka-`97; mat. konferencyjne, Zakopane
Ko cielisko, 18-20 wrze nia 1997.
Materiały reklamowe firm OCHSNER; IVT; EKONTECH; FHP i innych.
Słownik Wyrazów Obcych; 1980; pod red. J. Tokarskiego PWN.
65
___________________________________________________________________________
Pompy ciepła
mgr in . Stanisław Paniczko
Firma HYDROP
Wst p
Coraz cz ciej słyszymy w ró nych mediach, czy cho by w trakcie imprez
(pro)ekologicznych, (chocia nie tylko) o konieczno ci dbania o rodowisko. Podaje
nam si ró ne dane (mniej lub bardziej wiarygodne), które maj nam u wiadomi jak
piln kwesti staje si ochrona tego, co nam jeszcze zostało.
Ale jak jest naprawd ? Warto mo e nieco bli ej przyjrze si temu zagadnieniu,
aby móc wyrobi własn opini .
W drugiej połowie XX wieku ujawniły si , chyba jak nigdy, konsekwencje antyprzyrodniczego funkcjonowania człowieka, objawiaj cych si
mi dzy innymi:
chłonno ci zasobów naturalnych, nieefektywno ci , niegospodarno ci , egoizmem,
krótkowzroczno ci
społecze stw i
rz dz cych
szczególnie
w krajach
socjalistycznych. Prowadziły do stopniowej degradacji rodowiska przyrodniczego
i hamowania mo liwo ci rozwoju gospodarczego.
W latach siedemdziesi tych pojawiła si koncepcja ekorozwoju, zakładaj ca
rozwój gospodarczy z naturalnymi uwarunkowaniami przyrodniczymi, przy
optymalnym wykorzystaniu zasobów naturalnych i ludzkich i
rodowiska
przyrodniczego. Wci
jednak istnieje niebezpiecze stwo konfliktu cywilizacyjnego,
spowodowanego degradacj
rodowiska przyrodniczego i marginalizacj grup
społecznych. Zdegradowane rodowisko nie zapewnia zdrowych i bezpiecznych
warunków ycia. Stanowi realne zagro enie istnienia ycia biologicznego na
ziemi, w tym tak e rozwoju gatunku ludzkiego. [...] [1]
Czyste rodowisko staje si poszukiwanym, deficytowym „towarem”.
Za kluczowe wydarzenie uwa a si jednak raport sekretarza generalnego
ONZ U’Thanta Człowiek i jego rodowisko, opublikowany w maju 1969 roku.
Zwrócono w nim uwag , e zagro enia biosfery wynikaj m. in. z braku integracji
techniki z wymogami rodowiska przyrodniczego, drastycznego zmniejszania si
ró norodno ci biologicznej, post puj cego wyniszczania ziem uprawnych,
bezplanowego rozwoju stref miejskich i zanieczyszczenie rodowiska przyrodniczego
zarówno w skali lokalnej, jak i globalnej.
W czasie obrad Okr głego Stołu w kwestii rodowiskowych sformułowano 28
postulatów, które stanowiły fundamenty ekorozwoju w Polsce. Istotnym osi gni ciem
była uchwała w sprawie polityki ekologicznej pa stwa podj ta w 1991 roku przez
sejm X kadencji. Dokument Polityka ekologiczna pa stwa zasługuje na uwag
z powodu jednoznacznego opowiedzenia si polityków za koncepcj ekorozwoju.
W 2000 roku powstał projekt II Polityki ekologicznej pa stwa, przyj ty przez Sejm
w 2001. W 2000 roku Rada Ministrów przyj ła dokument Polska 2025. Długofalowa
strategia trwałego i zrównowa onego rozwoju, który wypełnia luk w programach
rozwoju Polski, poniewa dotyczy nie tylko rodowiskowych aspektów trwałego
rozwoju.1
Jednak nie jeste my bezsilni w walce o lepsze jutro. Czystsze rodowisko. I taka
troska zaczyna nam si opłaca ! A to w du ej mierze dzi ki rosn cej konkurencji na
rynku nowoczesnych urz dze jak i coraz powszechniejszemu stosowaniu tych e.
1
„Podstawy rozwoju trwałego i zrównowa onego” . Zeszyt 1- Grzegorz Dobrza ski, Białystok 2005
66
___________________________________________________________________________
Na szczególn uwag , w ród mnogo ci rozwi za
zasługuj pompy ciepła oraz kolektory słoneczne.
spotykanych na rynku,
Dlaczego pompa ciepła?
Co to jest i jak działa pompa ciepła?
Generalnie pompa ciepła działa w identyczny sposób jak lodówka, ta sama
technologia, tylko odwrócona zasada. Lodówka odbiera ciepło z ywno ci i oddaje je
do pomieszczenia za pomoc umieszczonych z tyłu urz dzenia eber płytowych.
Pompa ciepła równie odbiera ciepło z „zimnego otoczenia”. Nast pnie pompuje to
ciepło na poziom temperaturowy, który jest absolutnie wystarczaj cy, aby ogrza
dom. Poniewa pompy ciepła to sprawdzona technologia, zasada ta działa latem,
zim , w ci gu dnia i w nocy. Nawet je li na zewn trz jest bardzo zimno, pompa
ciepła ci gle wydobywa z ziemi, wody lub powietrza tyle energii, ile potrzeba do
ogrzania Twojego domu. Oczywi cie nie efektywne staje si wykorzystywanie pomp
ciepła do zbyt wysokich temperatur na zasilaniu. Dlatego te niskotemperaturowe
systemy grzewcze, zarówno ogrzewanie podłogowe jak i cienne oraz specjalne
grzejniki s idealnymi rozwi zaniem dla pomp ciepła. Budynek b dzie zaopatrzony
w przyjemne i zdrowe ciepło. Ogrzewanie podłogowe w nowych lub ogrzewanie
cienne w starych budynkach wytwarza zdrowe ciepło, które jest bardzo podobne do
ciepła pieca kaflowego. Urz dzenia te poprawiaj klimat w pomieszczeniu, co
gwarantuje przyjemne uczucie ciepła nawet przy ni szych temperaturach. ródłem
energii cieplnej dla pompy ciepła mo e by zarówno o rodek naturalny: grunt, woda,
powietrze, jak i o rodek sztuczny: ciepłe wody technologiczne w przemy le, cieki
komunalne, powietrze wentylacyjne z kopalni itp. Jak z tego wynika, rodowisko
naturalne nie musi posiada jakich szczególnych cech, by móc wykorzystywa
zawarte w nim ciepło. Oczywi cie w razie projektowania pompy ciepła nale y wybra
takie
ródło, które zagwarantuje mo liwie najwi kszy strumie
ciepła do
wykorzystania. Wi e si to mi dzy innymi z przewodnictwem cieplnym ciał,
pojemno ci ciepln i stanem skupienia, np. woda omywaj ca rury o okre lonej
powierzchni mo e odda im znacznie wi cej energii ni grunt, w którym znajduje si
taka sama instalacja odbieraj ca ciepło (rys.1).
Rys. 1 Zasada funkcjonowania pompy ciepła –PHU „HYDROP” Białystok (materiały AIT, 2005).
67
___________________________________________________________________________
Troch historii…
Pierwsze prace teoretyczne na temat mo liwo ci wykorzystania pomp ciepła
prowadził w połowie XIX wieku W. Thomson (Lord Kelvin). W 1928 roku zbudowano
pierwsz instalacj do ogrzewania domu opart na amoniakalnym urz dzeniu
spr arkowym.
W latach trzydziestych zacz ły powstawa pompy ciepła w pełni sprawne
technicznie i eksploatowane w sposób ci gły, najpierw w Stanach Zjednoczonych,
potem w Europie. Przykładowo pompa zainstalowana w 1938 roku w Zurychu miała
moc 175 kW i ogrzewała ratusz. Kilka lat pó niej w tym samym mie cie pompa
o mocy 7 MW ogrzewała gmachy politechniki. W połowie lat osiemdziesi tych w USA
a 30% nowo budowanych domów wyposa ono w pompy ciepła. Urz dzenia te stały
si popularne w Japonii, Francji, Szwecji, Niemczech. Spadek cen ropy naftowej
spowolnił gwałtowny rozwój pomp ciepła, ale jednocze nie wpłyn ł na doskonalenie
ich wielko ci, konstrukcji i sprawno ci. W Lund (Szwecja) uruchomiona w 1983 roku
pompa o mocy 13 MW dostarcza ciepło do miejskiej sieci ciepłowniczej, pozwalaj c
zaoszcz dzi rocznie około 8 800 m3 oleju opałowego. Uruchomiona w tym samym
roku w Malmö pompa o mocy 40 MW wykorzystuje ciepło w zakładzie oczyszczania
cieków, dostarczaj c rocznie ponad 310 tys MWh energii cieplnej do sieci miejskiej.
100 tysi cy mieszka w Sztokholmie ogrzewa pompa ciepła o mocy 100 MW,
czerpi ca energi z wód Bałtyku. Znów oznacza to oszcz dno 50-60 tys. m3 ropy
rocznie i zmniejszenie zanieczyszczenia rodowiska.
Rynek pomp ciepła w Polsce
Na podstawie analizy europejskich tendencji wykorzystania energii odnawialnej
mo na w ostatnich latach zaobserwowa w Polsce wzrost zainteresowania
systemami centralnego ogrzewania na bazie pompy ciepła. Jednak e do tej pory nie
ma adnych konkretnych, oficjalnych i ogólnodost pnych danych liczbowych
mówi cych o ilo ci instalacji z pomp
ciepła na terenie Polski. Polskie
Stowarzyszenie Pomp Ciepła jest w trakcie tworzenia bazy informacyjnej. Na swojej
stronie internetowej zamie ciła interaktywn cz
do umieszczania danych
o instalowanych pompach ciepła na terenie Polski. Opieraj c si o wiedz swoj ,
w znacz cym przybli eniu szacujemy, e w roku 2004 w Polsce wykonano około
1000 instalacji z wykorzystaniem pomp ciepła, z czego połowa przypadła na woj.
mazowieckie.
Dlaczego pompa ciepła?
Nasuwaj si dwa podstawowe i niepodwa alne argumenty:
I - niskie koszty eksploatacji:
• dostarcza prawie darmow energi , pobieraj c j z nie wyczerpywanego
ródła – rodowiska,
• pozwala uniezale ni si od wzrostu cen paliw (gazu, oleju opałowego)
spowodowanych na przykład wyczerpywaniem si zasobów naturalnych czy
mi dzynarodowymi konfliktami gospodarczymi (rys.2).
68
___________________________________________________________________________
Rys. 2 Roczne koszty ogrzewania domu o powierzchni 250 m2 w PLN (Internet, 2005).
Na przykładzie programu komputerowego jednego ze znacz cych producentów
pomp ciepła na rynku Europejskim firmy Alpha-Innotec koszty eksploatacji pompy
ciepła w skali roku wygl daj nast puj co:
Powierzchnia domu
Ilo osób
Ogrzewanie podłogowe
Ciepła woda u ytkowa
Pompa ciepła
Zapotrzebowanie na ciepło
Dobrana pompa
-
200 m2
4
(350C)
-
solanka/woda (kolektor gruntowy, płaski)
12 kW
Alpha-InnoTec
SW 140 -I
Koszty eksploatacji
Suma roczna
Koszy miesi czne
II - ekologiczno
: (rys. 3):
/ SWC 140-I
Pompa ciepła
Ogrzewanie
olejowe
Ogrzewanie
gazowe
zł
2375
6404
3215
zł
198
534
268
• jest wygodna i czysta - nie wymaga instalowania komina czy dodatkowego
systemu wentylacji, nie wydziela zapachów; jest w pełni zautomatyzowana, nie
potrzebuje konserwacji ani okresowych przegl dów,
• pracuje cicho - nie jest dokuczliwa dla otoczenia,
• jest bezpieczna dla rodowiska - nie emituje sadzy ani spalin, nie
zanieczyszcza wi c otoczenia; układ grzewczy zasilany przez ni jest ekologiczny,
• sprawno pompy ciepła w miar upływu czasu nie spada - jest stała w całym
okresie jej eksploatacji.
69
Copyright - Veröffentlichung oder Weitergabe, auch nur auszugsweise, ist nur mit der Zustimmung des Verfasser zugelassen
___________________________________________________________________________
Aspekt ekologiczny
Strumie energii pierwotnej
centralnego ogrzewania olejowego i za pompc
pompy ciepła - dolne ródło ciepła: grunt
Quelle: IWP / AIT
AlphaAlpha-InnoTec GmbH • Industriestra
Industriestraß
ße3 • D-95359 Kasendorf
B120101A
Rys. 3 Aspekt ekologiczny wykorzystaniu pompy ciepła jako ródła energii (materiały
AIT, 2005).
Skoro pompy ciepła maj tyle zalet to gdzie tkwi szkopuł jeszcze panuj cego
w społecze stwie sceptycyzmu a propos tego produktu?
Jest to kwestia kosztów inwestycyjnych, które s o około 40% wy sze. Jednak e
wiadomo i wiedza na temat kosztów eksploatacji ponoszonych co roku pozwala
nam stwierdzi , e ta, wydawałoby si , powa niejsza inwestycja w realiach Polski
zwróci si w przeci gu 6,5 roku, bior c pod uwag oszcz dno ci na oleju i gazie.
Podsumowuj c, pompa ciepła staje si na rynku energetycznym czarnym
koniem i to nie tylko z powodu niepodwa alnych walorów ekologicznych ale przede
wszystkim ze wzgl dów ekonomicznych. Przedstawione wy ej wyliczenia, wykonane
w biurze Hydro-Tech, wył cznego przedstawiciela na Polsk firmy Alpha-Innotec,
którego partnerem na północno –wschodni
Polsk
jest firma „Hydrop”
z Białegostoku, wyra nie pokazuj zalety finansowe wykorzystania pompy ciepła
jako ródła energii. Potencjalny u ytkownik pompy ciepła staje si niezale ny od
wszelakich fluktuacji cenowych na rynku, mo e by pewnym tego e Ziemia nie
zakr ci przysłowiowego kurka i nie wystawi rachunku za energi . S to kwestie na
które wielu z nas zwraca baczn uwag , a na pewno wszyscy Ci, którzy przechodzili,
przechodz lub b d przechodzi przez proces podł czania swojego domu, firmy,
fabryki etc. do ródeł energii.
70
___________________________________________________________________________
Biodiesel – ekologiczne ródło energii odnawialnej
dr hab. in . Jacek Bieranowski
1. Wst p
W ostatnich latach ro nie zainteresowanie produkcj i wykorzystaniem biopaliw
zarówno w Polsce jak i na wiecie. Powody s nast puj ce:
- ograniczenie emisji gazów cieplarnianych (CO2) do atmosfery (pobrana przez
ro liny z atmosfery ilo CO2 jest zwracana w procesie spalania),
- wykorzystanie gruntów rolniczych odłogowanych, poprawienie efektywno ci
ekonomicznej gospodarstw rolnych,
- zwi kszenie liczby miejsc pracy,
Biopaliwa płynne przeznaczone do silników spalinowych produkowane s
z ró nych gatunków ro lin oleistych i ro lin o du ej zawarto ci skrobi (Tab. 1).
Tabela 1. ródła paliw płynnych, metody ich otrzymywania oraz mo liwo ci zastosowania
[Grzybek 2002].
Biopaliwo
Ro lina
Proces konwersji
Zbo a, ziemniaki, pseudozbo a,
topinambur
Bioetanol
Biometanol
Hydroliza i fermentacja
Buraki cukrowe, trzcina cukrowa lub
słodkie sorgo
Fermentacja
Wierzba energetyczna, miskant, słoma,
ro liny trawiaste
Obróbka wst pna,
hydroliza fermentacja
Wierzba energetyczna, miskant chi ski,
Miscanthus
Gazyfikacja lub synteza
metanolu
Olej ro linny Rzepak, słonecznik, soja
Biodiesel
Rzepak, słonecznik, soja
Bioolej
Wierzba energetyczna, miskant
Zastosowanie
Dodatek do
benzyny
Estryfikacja
Dodatek do ON
Pyroliza
Substytut ON
lub benzyny
Biodiesel wyprodukowany z oleju rzepakowego (ester metylowy oleju
rzepakowego) mo na stosowa we wszystkich typach silników wysokopr nych, bez
zmian konstrukcyjnych. Mo e by spalany w postaci czystej, jak równie
w mieszankach z tradycyjnym ropopochodnym olejem nap dowym. Paliwo to ulega
rozkładowi biologicznemu, jest odnawialne i nietoksysyczne. Technologia jego
produkcji jest prosta, energooszcz dna i bezpieczna. Substratem s nasiona
rzepaku, z których wytłacza si olej. Pozostało ci, czyli tzw. wytłoczyny (makuch
rzepakowy), ze wzgl du na zawarto
tłuszczu i białka mog
by
wysokoenergetycznym składnikiem paszy dla zwierz t.
Z 1 hektara rzepaku uzyskuje si około 1 tony paliwa. Wi ksze gospodarstwa
rolne, gminy lub rejony rolnicze, w których cz
areału (około 10%) przeznaczy si
71
___________________________________________________________________________
na upraw rzepaku, mog uniezale ni si od zewn trznych ródeł zaopatrzenia
w paliwo. Powszechne stosowanie biopaliwa na wsi generuje: wzrost produkcji pasz,
mo liwo zagospodarowania nieu ytków i zmniejszenie bezrobocia. Na rzepak do
produkcji biopaliwa mo na przeznaczy ska one metalami ci kimi gleby nie
nadaj ce si do produkcji na cele spo ywcze, a wytłoki wykorzysta jako nawóz.
Słoma rzepakowa po przetworzeniu mo e znale
zastosowanie jako materiał
budowlany (płyty pa dzierzowe) lub opałowy (brykiety).
Poziom produkcji biodiesla w Polsce jest obecnie marginalny w stosunku do
zu ycia paliw silnikowych. O niedostrzeganiu przez
rodowiska naukowe
i gospodarcze szans zwi zanych z produkcj biopaliw wiadczy pomini cie tego
zagadnienia w istotnym opracowaniu wykonanym przez EC BREC i IBMER w roku
2000 [Ekonomiczne i prawne aspekty wykorzystania odnawialnych ródeł energii
w Polsce. 2000].
Szczegółowe badania jako ciowe wyprodukowanego w PIMR Pozna paliwa
rzepakowego, przeprowadzone przez Instytut Technologii Nafty w Krakowie
wykazały pełn przydatno tego paliwa do nap du silników wysokopr nych.
Produkcj biopaliw z ro lin oleistych nale y rozwijaj przede wszystkim: Niemcy
(250 tys. ton/rok), Francja (280 tys. ton/rok), Włochy (550 tys. ton/rok, Belgia (240
tys. ton/rok), Dania (30 tys. ton/rok), W gry (18 tys. ton/rok), Czechy (35 tys. ton/rok),
Słowacja (5 tys. ton/rok) – patrz Rys. 1. Z rysunku 1 wynikaj istotne dysproporcje
mi dzy produkcj biodiesla w krajach dawnej UE i w krajach przyj tych w ostatnim
czasie.
Produkcja biodiesla (tys. ton)
600
500
400
300
200
100
0
em
Ni
cy
a
Fr
ja
nc
W
hy
łoc
a
lgi
Be
n ia
Da
W
y
gr
ja
hy
ac
ec
w
z
o
C
Sł
Rys. 1. Produkcja biodiesla w krajach Unii Europejskiej.
W przeciwie stwie do krajów UE produkcja biodiesla w Polsce nie jest dotowana
przez Pa stwo, a wr cz jest obci ona akcyz od paliw silnikowych. Rozwojowi
produkcji biodiesla nie sprzyja zatem sam Rz d polski. Dlatego te produkcja
i przetwórstwo rzepaku musi uwzgl dnia przede wszystkim uwarunkowania
ekonomiczne.
2. Podstawowe definicje i wła ciwo ci biodiesla
1. Biodiesel jest to paliwo ciekłe do silników wysokopr nych (Diesla)
zawieraj ce w 100% metylowe (lub etylowe) estry kwasów tłuszczowych. Paliwo to
oznaczane jest symbolem B100 i jest produkowane z tłuszczów ro linnych lub
zwierz cych. Jest to ekologiczne, nietoksyczne i odnawialne paliwo o wła ciwo ciach
takich samych lub prawie takich samych jak olej nap dowy.
72
___________________________________________________________________________
2. Biodiesel jest to paliwo ciekłe do silników wysokopr nych (Diesla)
zawieraj ce biologiczny komponent w postaci metylowych (lub etylowych) estrów
kwasów tłuszczowych. W tym znaczeniu, najcz ciej stosowane s rodzaje
o nast puj cych oznaczeniach: - B20 – 20% Biodiesla (estrów) i 80% oleju
nap dowego,
- B80 – 80% Biodiesla i 20% oleju nap dowego lub mieszanki estrów i oleju
nap dowego w innych proporcjach.
W Polsce surowcem do produkcji biopaliwa ciekłego stosowanego w silnikach
z zapłonem samoczynnym jest przede wszystkim rzepak. Biopaliwo rzepakowe ulega
degradacji dwa razy szybciej ni ropopochodny olej nap dowy, nie zawiera siarki ani
w glowodorów aromatycznych. Obni enie emisji gazów cieplarnianych w całym
cyklu produkcji i u ytkowania paliwa oraz niska emisja w glowodorów, tlenku w gla
i cz stek stałych przy spalaniu paliwa w silniku, to niew tpliwie ródła korzy ci
rodowiskowych stosowania biodiesla.
W poszczególnych krajach stosuje si
ró ne nazwy handlowe paliwa
pochodz cego z rzepaku:
- Raps – Diesel, Biodiesel (Niemcy),
- Ekodiesel, Biodiesel (Austria),
- Diester (Francja),
- Bionafta, Ekonafta, Ekoester (Czechy i Słowacja),
- Eko – paliwo, Epal, Biodiesel, Ekol, Emkor, Ekor, Azona (Polska).
W olejach ro linnych obecne s kwasy tłuszczowe o stosunkowo du ej liczbie
wi za
nienasyconych co powoduje zmniejszenie odporno ci oksydacyjnej
i termicznej olejów, jak równie du
lepko (ok. 40 mm2/s w temp. 40oC), która
mo e dodatkowo rosn
w wyniku reakcji polimeryzacji składników o charakterze
nienasyconym [Chwieduk, Karbowski]. Utrudnia bezpo rednie wykorzystanie olejów
ro linnych jako paliw silnikowych. Korzystne wła ciwo ci fizykochemiczne ma ester
metylowy oleju rzepakowego (Tab. 2).
Tabela 2. Podstawowe wła ciwo ci estru metylowego w porównaniu z olejem rzepakowym
i olejem nap dowymi [Chwieduk, Karbowski].
Olej
Parametr
Ester metylowy Olej nap dowy
rzepakowy
3
o
G sto [g/cm ] przy 20 C
0,92
0,88
0,81 – 0,84
Lepko kinematyczna [mm2/s] przy 20oC
76
6,9 – 8,2
2,8 – 5,9
*
Liczba cetanowa
34
56
50
Temperatura zapłonu
[oC]
285
168
60
Temperatura zablokowania zimnego filtru
o
**
paliwa [ C]
20
-7/-12
0/-12
Zawarto pierwiastków (około) [%]
w giel (C)
77,000
86,70
wodór (H)
12,500
12,00
siarka (S)
0,001
0,28
tlen (O)
10,000
0,90
Warto opałowa
[kJ/kg]
37 400
37 000 – 39 000
42 800
3
[kJ/dm ]
34 400
33 200 – 34 320
35 950
Masa cz steczkowa
883
296
120 – 320
*
- liczba cetanowa – jest wska nikiem zdolno ci oleju nap dowego do samozapłonu i zale y od
jego składu chemicznego,
**
- olej nap dowy ropopochodny letni DJ/olej nap dowy przej ciowy DP [Chwieduk, Karbowski].
73
___________________________________________________________________________
Jak wynika z tabeli 1 olej rzepakowy wykazuje wy sz ni olej nap dowy
warto liczby cetanowej co istotnie wpływa na wysok warto biodiesla jako paliwa
do silników wysokopr nych.
Liczba cetanowa jest podstawow własno ci olejów nap dowych. Tak jak dla
benzyn liczba oktanowa tak liczba cetanowa jest wska nikiem zdolno ci oleju
nap dowego do samozapłonu i zale y od jego składu chemicznego
[http://pl.wikipedia.org/wiki/Liczba_cetanowa].
Liczb cetanow wyznacza si porównuj c czas zapłonu dla paliwa wzorcowego
i analizowanego oleju nap dowego, stosuj c do tego celu specjalne silniki wzorcowe.
Paliwo wzorcowe to mieszanka cetanu (5-(1,2-dihydroksyetylo)-3,4-dihydroksy-5Hfuran-2-on) - posiadaj cego bardzo krótki czas zapłonu i -metylo-naftalenu. Gdy
analizowany olej nap dowy posiada własno ci takie jak czysty cetan ma on liczb
cetanow 100. Gdy posiada własno ci takie jak mieszanka 50:50 cetanu i -metylonaftalenu ma on liczb cetanow równ 50.
Najbardziej korzystne w silnikach z zapłonem samoczynnym s liniowe
w glowodory parafinowe, które spalaj si równomiernie, a ich liczba cetanowa
ro nie w granicach 70-110 wraz ze wzrostem wielko ci cz steczek w glowodoru.
Rozgał zione w glowodory parafinowe i nafteny s ju mniej korzystne, a ich liczba
cetanowa zawiera si w granicach 20-70. Najgorsze własno ci maj proste
w glowodory aromatyczne, których liczba cetanowa waha si w granicach 0-60,
natomiast dla wielopier cieniowych w glowodorów aromatycznych (poza naftenami)
warto ta wynosi tylko ok. 20.
Na liczb cetanow ma równie wpływ skład frakcyjny oleju. Im l ejsze paliwo
(maj ce ni sz temperatur wrzenia), tym mniejsza liczba cetanowa. Lekkich frakcji
ropy naftowej nie mo na jednak całkowicie usuwa ze składu olejów nap dowych, bo
s one wa ne przy uruchamianiu silnika.
W polskiej normie dla olejów nap dowych ustalone jest minimum liczby
cetanowej wynosz ce 49, poniewa badania eksploatacyjne silników Diesla
wykazały, e paliwa o ni szej liczbie znacznie obni aj ekonomik jazdy. Natomiast
wzrost liczby cetanowej powy ej 50 wydatnie poprawia własno ci eksploatacyjne
paliwa, ułatwia rozruch silnika, spowalnia zanieczyszczenie dysz wtryskiwaczy,
ogranicza czarne dymy w spalinach i obni a hała liwo silnika – ester metylowy
(biodiesel) ma liczb cetanow na poziomie 56 (patrz tab. 1)
Biodiesel wykazuje w zastosowaniu do silników wysokopr nych szereg zalet,
z których najwa niejsze to:
- emisje zwi zków powstaj cych przy spalaniu biodiesla nie wpływaj
negatywnie na zdrowie ludzi i zwierz t,
- biodiesel jest paliwem czystszym pod wzgl dem produktów spalania o prawie
75% w porównaniu z tradycyjnym olejem nap dowym,
- stosowanie biodiesla znacz co zmniejsza w emitowanych spalinach ilo nie
spalonych w glowodorów, tlenku w gla i cz stek stałych,
- stosuj c biodiesel eliminuje si emisj zwi zków siarki do atmosfery (biodiesel
nie zawiera siarki),
- biodiesel jest paliwem pochodzenia ro linnego i dlatego stosuj c go nie
wprowadzamy dwutlenku w gla (CO2) do atmosfery,
- wpływ produktów spalania biodiesla na tworzenie si dziury ozonowej jest
o blisko 50% mniejszy ni dla tradycyjnego oleju nap dowego,
- emisja tlenków azotu (NOx) jako produktów spalania biodiesla mo e wzrasta
lub obni a si ale mo na je zredukowa do poziomu du o ni szego ni dla
tradycyjnego oleju nap dowego m.in. poprzez zmian momentu wtrysku paliwa,
74
___________________________________________________________________________
- spaliny biodiesla nie powoduj podra nienia spojówek oczu, nie maj
odpychaj cego zapachu,
- biodiesel jest paliwem odnawialnym tzn. pochodz cym z surowców
odnawialnych (ro linnych),
- biodiesel jest "bardziej biodegradowalny ni cukier i mniej toksyczny ni sól
stołowa" [US National biodiesel Board]
- biodiesel mo na stosowa w ka dym silniku Diesla,
- biodiesel jest równie ekonomiczny pod wzgl dem wska nika zu ycia paliwa jak
olej nap dowy,
- biodiesel ma lepsze wła ciwo ci smarne od olej nap dowego przez co istotnie
przedłu a trwało
i niezawodno
silnika wysokopr nego – zanotowano
w Niemczech przebieg samochodu ci arowego nap dzanego wył cznie biodieslem
wynosz cy 1,25 mln km,
- biodiesel ma wysok liczb cetanow , co poprawia osi gi silnika: 20% dodatek
biodiesla do oleju nap dowego (tzw. B20) podwy sza liczb cetanow o 3 punkty,
- biodiesel mo e by mieszany z tradycyjnym olejem nap dowym w dowolnej
proporcji (1% dodatek biodiesla do oleju nap dowego podnosi jego własno ci
smarne o 65% )
3. Podstawy teoretyczne technologii produkcji biodiesla
Podstaw produkcji biopaliwa z oleju rzepakowego jest reakcja podwójnej
wymiany trójglicerydów i małocz steczkowych alkoholi alifatycznych (C1 – C4,
głównie metylowego) do estrów wy szych kwasów tłuszczowych i gliceryny wg
reakcji transestryfikacji:
C3H5(OOCR)3
olej rzepakowy
100 kg
+
+
+
3 CH3OH
metanol
10 kg
⇔
⇔
⇔
3 RCOOCH3
ester metylowy
100 kg
+
+
+
C3H5(OH)3
gliceryna
10 kg
gdzie R – rodnik kwasu tłuszczowego
Cykl produkcji biodiesla ilustruje rysunek 2.
100 %
3 tony rzepaku
58 %
1,74 t ruty
42 %
1,26 tony oleju
rzepakowego
40 %
Wydajno procesu
1 ha = 1,2 tony estru
10 %
0,12 ton gliceryny
Rys. 2. Cykl , wydajno
10 %
0,12 ton metanolu
i bilans masy procesu produkcji bodiesla.
75
___________________________________________________________________________
Z bada przeprowadzonych w Niemczech, Wielkiej Brytanii i Francji wynika, e
w zale no ci od plonu rzepaku, wielko ci zakładu przetwórczego itp., jednostka
energii zaanga owanej w upraw rzepaku i produkcj biopaliwa daje 2,5 – 3,0
jednostek energetycznych w biodieslu i produktach ubocznych.
4. Technologia produkcji biodiesla w małej skali
W procesie technologicznym przetwarzania rzepaku na paliwo rozró nia si
kilka etapów:
- wytłoczenie oleju,
- przygotowanie oleju do reestryfikacji,
- przygotowanie mieszaniny katalitycznej,
- reestryfikacj ,
- sedymentacj ,
- filtracj .
Podczas wytłaczania oleju powstaje produkt – wytłoki rzepakowe, które
przeznacza si na pasz dla zwierz t. Podczas rozdzielenia faz po sedymentacji
powstaje biopaliwo i faza glicerynowa zawieraj ca około 45% gliceryny. Produkt ten
mo e by
sprzedany lub zagospodarowany w kompostowni na terenie
gospodarstwa.
W małej skali wytwórnia (zbudowana w Przemysłowym Instytucie Maszyn
Rolniczych w Poznaniu) działa w systemie okresowym (porcjowym). Budow
wytwórni przedstawiono na rysunku 3. Olej rzepakowy do reestryfikacji
doprowadzany jest do dolnego zbiornika reaktora (estryfikatora) (1) i ogrzewany.
Przygotowanie mieszaniny katalitycznej odbywa si w górnym zbiorniku (2), do
którego doprowadza si metanol i katalizator. Katalizator z metanolem jest mieszany
(5).Tworzy si jednorodny roztwór katalizatora i metanolu. Reestryfikacj (wła ciwy
proces przetwarzania oleju na paliwo) przeprowadza si po podgrzaniu oleju do
wymaganej temperatury i całkowitym rozpuszczeniu katalizatora w metanolu.
Przez otwarcie zaworu spustowego górnego zbiornika (2) wprowadza si do
oleju mieszanin katalityczn . W trakcie trwania reakcji olej ro linny i metanol
z katalizatorem s intensywnie mieszane (5) pod ci nieniem atmosferycznym.
Sedymentacja - grawitacyjny rozdział produktów reakcji - nast puje po przerwaniu
mieszania. Faza glicerynowa (produkt uboczny reakcji) osiada całkowicie w dolnejsto kowej cz ci zbiornika reaktora. Gliceryn odprowadza si przez otwarcie
zaworu spustowego (3) w dnie sto kowym zbiornika.
Ostatnim etapem procesu technologicznego jest filtracja. Proces filtracji realizuje
si w prasie filtracyjnej (4) pracuj cej pod ci nieniem.
Wła ciwo ci fizyko-chemiczne wytwarzanego t metod paliwa wykazały
zgodno
z wymaganiami austriackiej normy przedmiotowej ÖNORM C 1190,
najwa niejsze z nich to:
- g sto w temp. 150 oC – 0,885 g/cm3,
- temperatura zablokowania zimnego filtru paliwa – -20 oC,
- lepko kinematyczna w 200 oC – 7,73 mm2/s,
- zawarto siarki – 18 mg/kg,
- liczba cetanowa – 48,2,
- liczba neutralizacji – 0,51 mg KOH/g.
76
___________________________________________________________________________
5. Mieszadła
2. Zbiornik górny
1. Zbiornik dolny
4. Prasa filtracyjna
3. Zawór spustowy
Rys. 3. Wytwórnia biopaliwa rzepakowego w małej skali (PIMR Pozna ).
Biodiesel ma wła ciwo ci proekologiczne. Stosowanie tego paliwa pozwala na:
- obni enie emisji zwi zków siarki, praktycznie do zera,
- obni enie zadymienia i zawarto ci cz stek stałych do 50-70%,
- obni enie emisji tlenku w gla (CO) do 80-90%,
- obni enie emisji w glowodorów aromatycznych do 70-80%.
- obni enie ilo ci emitowanego do atmosfery dwutlenku w gla o 2,0-2,5 kg/kg
paliwa w porównaniu ze spalaniem 1 kg oleju nap dowego, natomiast uwzgl dniaj c
całkowity bilans zwi zany ze wzrostem ro lin bilans CO2 jest równy 0,
- biodegradowalno , zast pienie paliwa i smarów pochodzenia mineralnego
produktami wytworzonymi z oleju rzepakowego powoduje biologiczny rozkład
(biodegradacj ) wycieków w czasie 3 tygodni w 87¸98% (dla oleju nap dowego
odpowiednio 15¸25%).
Obecnie na rynku pojawiło si szereg producentów linii technologicznych do
wytwarzania biodiesla. Dla przykładu firma BIO-TOP [http://www.bio-top.pl/]
produkuje typoszereg urz dze
do wytwarzania biodiesla o zró nicowanej
wydajno ci (patrz Tab. 3)
Aktualnie w Polsce kilka firm podj ło produkcj urz dze do uzyskiwania
biopaliwa z nasion rzepaku w technologii na zimno. Koszt argorafinerii o wydajno ci
kilkuset litrów biopaliwa na dob (bez prasy do wytłaczania oleju) wynosi 30 - 40 tys.
złotych.
5. Zastosowanie biodiesla w technice
Biodiesel ju obecnie znajduje szerokie zastosowanie w ró nych dziedzinach
gospodarki. W dalszej cz ci rozdziału przedstawiono wyprane przykłady
zastosowa biodiesla.
77
___________________________________________________________________________
Tabela 3. Charakterystyka urz dze do produkcji biodiesla [http://www.biotop.pl/].
Czas
Zgodno z
Rodzaj
Wydajno
Rodzaj
Rodzaj
Certyfikat
realiz. (mnorm EN*
urz dzenia
(l/dob )
procesu
surowca
bezp. CE
ce)
14214
*-
P400
P800
P4000
PPM 5
PPM 8
PPM 10
400
800
4.000
17.000
27.000
34.000
cykliczny
cykliczny
cykliczny
ci gły
ci gły
ci gły
1,2,3
1,2,3
1,2,3
1,2,3
1,2,3
1,2,3
3,5
2,5
2,5
5
5
5
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
TAK
PPM 20
68.000
ci gły
1,2,3
5
TAK
TAK
PPM 30
102.000
ci gły
1,2,3
5
TAK
Rodzaj surowca: 1 – oleje ro linne, 2 – tłuszcze zwierz ce, 3 – zu yte oleje ro linne
TAK
1. Zastosowanie do nap du motocykli
Japo ska firma Kawasaki wyprodukowała model motocykla z silnikiem Diesla,
zaprojektowany na potrzeby armii [13].
2. Systemy grzewczo-pr dotwórcze
Przykładem zastosowania Biodiesla w celach grzewczych jest budynek
parlamentu Niemiec w Berlinie. Zainstalowano tam agregat kogeneracyjny,
grzewczo-pr dotwórczy (BHKW) o niezwykle niskim poziomie emisji tlenków azotu.
Generator ma moc 1600 kW el2 a urz dzenie grzewcze 1840 kW th3 energii cieplnej –
umo liwiaj cej ogrzewanie budynku parlamentu w okresie zimowym.
Agregat grzewczo-pr dotwórczy (CHP - combined heat and power unit)
wytwarza energi ciepln w sposób ci gły. Nadwy ka energii cieplnej w okresie
letnim wykorzystywana jest do ogrzania wody, która jest magazynowana naturalnych
zbiornikach poziemnych (na gł boko ci 300) z której korzysta si w chłodne dni
[http://w3.siemens.de/newworld/PND/-PNDG/PND-GB/PNDGBC/pndgbc6_e.htm].
3. Zastosowanie w transporcie kolejowym
Przykładem zastosowania biodiesla w transporcie kolejowym mo e by
wykorzystywanie tego paliwa przez Sierrarailroad z USA w ramach pilota owego
projektu "Power Train - Locomotive Emissions Reduction Project". Bezpo rednim
celem jest zmniejszenie uci liwych emisji z lokomotyw a po rednio tak e wyj cie
naprzeciw problemom Kalifornii z zapewnieniem zaopatrzenia w energi .
Projekt zakłada roczne zu ycie około 34 milionów litrów (7.5 mln galonów)
paliwa biodiesel. Pomysłodawcy projektu spodziewaj si , e przy pieszy on
zbudowanie fabryki biodiesla w Kalifornii. Do tej pory paliwo to było dostarczane do
Kalifornii kolej z Florydy
[http://www.sierrarailroad.com/powertrain/loc_emissision.pdf].
Z kolei niemieckie przedsi biorstwo transportu kolejowego "Prignitzer
Eisenbahn" (PEG) jest jako jedne z pierwszych w Europie nap dza eksploatowane
przez siebie lokomotywy wył cznie czystym olejem ro linnym. Firma operuje
zarówno w transporcie towarowym jak i osobowym na terenie landów: MeklemburgiiPrzedmorza, Brandenburgii oraz Nadrenii Westfalii
[http://www.prignitzer-eisenbahn.de/index.html].
4. Zastosowanie biopaliwa jako biokomponentu paliwowego
Przyczyny dla których niektóre kraje decyduj si na dodatek (w ró nych
proporcjach):
2
3
1 kW el – jeden kilowat energii elektrycznej
1 kW th – jeden kilowat energii cieplnej.
78
___________________________________________________________________________
- konieczno stworzenia du ego rynku zbytu dla produktów rolnych, dla których
potencjał produkcyjny (powierzchnia, zatrudnienie, kultura upraw itp.) jest nadmierny
w stosunku do potrzeb produkcji na cele spo ywcze,
- mo liwo
stosunkowo łatwego dostosowania istniej cej infrastruktury
technicznej i logistycznej do istniej cych i planowanych mocy produkcyjnych
zakładów (tzw. estryfikatorni, zwykle o znacznej mocy wytwórczej - powy ej 30 - 40
tys. ton/rok);
5. Zastosowanie biopaliwa jako komponentu podnosz cego liczb cetanow
paliwa
Biodiesel posiada wysok liczb cetanow (minimalna warto w standardzie
CEN wynosi 51), co poprawia prac silnika: ju 20% udział biodiesla w paliwie do
silników wysokopr nych, podnosi jego liczb cetanow o 3 punkty.
6. Dodatek smaruj cy do silników diesla
Wielu producentów paliw decyduje si na dodawanie dodatków poprawiaj cych
smarno paliw. Testy przeprowadzone na paliwie biodiesel wykazały, e ma ono
bardzo dobre wła ciwo ci smaruj ce i mo e by stosowane jako dodatek
polepszaj cy wła ciwo ci oleju nap dowego
[http://www.chevron.com/prodserv/fuels/bulletin/diesel/L2_4_7_-rf.htm].
7. Zastosowanie w górnictwie
Zagro enia zwi zane z wdychaniem spalin, zostały dobrze udokumentowane.
Ameryka ski Narodowy Instytut Zdrowia i Bezpiecze stwa Pracy oraz
Mi dzynarodowa Agencja Bada nad Rakiem (IARC) oceniły emisje cz stek stałych
pochodz ce z spalania oleju nap dowego w silniku Diesla jako "potencjalnie" lub
"prawdopodobnie" rakotwórcze. Takich cz stek nie emituje biodiesel.
W Wielkiej Brytanii operator kopalni w gla kamiennego "Brytyjski W giel"
("British Coal") z przeprowadził pozytywne testy urz dze pracuj cych pod ziemi ,
które nap dzane były paliwem biodiesel
[http:/www.kghm.pl/wydarzenia/prasa/news.html?news_id-=159].
8. Zastosowanie w rolnictwie. Poprawa ekonomiki gospodarstwa
W warunkach polskich na upraw 1 ha gruntów ornych zu ywa si
redniorocznie 120 litrów oleju nap dowego. Roczne zapotrzebowanie na paliwo do
ci gników i maszyn w gospodarstwie o powierzchni 20 ha wynosi zatem 2400 litrów.
Tak ilo paliwa mo na uzyska przerabiaj c na biodiesel 8 ton nasion rzepaku.
Przy plonie 2,5 t/ha samowystarczalno uzyskuje si przy posianiu rzepakiem około
3 ha gruntów ornych. Paliwo w gospodarstwie rolnym stanowi około 23% kosztów
mechanizacji (wg IERiG ). Ograniczaj c zakup paliwa z zewn trz mo na poprawi
efektywno w gospodarstwach rolnych
[http://www.przysiek.pl/~agrobiznes/mechanizacja/biopaliwa.htm].
9. Zastosowanie estrów metylowych w przemy le
Estry metylowe s
wa nym surowcem w produkcji detergentów oraz
specjalistycznych chemikaliów (tzw. fine chemicals). Najwa niejszym produktem
chemicznym w kategorii estrów tłuszczowych s estry glicerolowe, stanowi c około
40% wiatowej konsumpcji (inne produkty to estry sorbitanowe oraz ich
oksyetylenowe
pochodne,
estry
polioksyetylenoglikoli,
i
alkohole
monowodorotlenowe).
Produkty te maj wiele zastosowa w przemy le spo ywczym, detergentowym,
tworzyw sztucznych, płynów technologicznych (smarów), w przemy le metalowym,
farmaceutycznym, farb i lakierów, tekstylnym, rolnictwie i innych [Hreczuch i in.].
10. Transport wodny
79
___________________________________________________________________________
Transport wodny (zarówno towarowy jaki i pasa erski obejmuj cy m.in. łodzie
rekreacyjne i jachty), stanowi jeden z podstawowych rynków niszowych dla
stosowania paliwa biodiesel.
Z do wiadcze ameryka skich i niemieckich wynika, e w pocz tkowym okresie
obecno ci biodiesla na rynku, jego stosowanie w transporcie wodnym uzyskuje
wi ksz akceptacj ni w przypadku transportu drogowego.
Stosowanie biodiesla przyczynia si głównie do minimalizacji zagro e
wywoływanych np. wyciekiem paliwa ropopochodnego do akwenów. Wynika to
z podstawowej jego cechy u ytkowej, jak jest bardzo dobra biodegradowalno ,
zwłaszcza w rodowiskach wodnych.
Jak wynika z wy ej przedstawionych przykładów zastosowanie biodiesla jest
szerokie i zawsze korzystne dla rodowiska naturalnego.
6. Perspektywy produkcji oleju rzepakowego w Polsce
Z ro lin oleistych uprawianych w Polsce znaczenie gospodarcze maj Rzepak
Ozimy, Rzepak Jary, Gorczyca Biała. Najwa niejsz ro lin oleist jest Rzepak
Ozimy. Rzepak jest obecnie jedn z najcenniejszych ro lin w zmianowaniu, maj cy
dobroczynny wpływ na stan rodowiska glebowego, jego gł boki, palowy system
korzeniowy oddziaływuje fitomelioracyjnie na gleb , rozlu nia j . Długie korzenie
pobieraj składniki pokarmowe z gł bszych warstw profilu glebowego, po ich
mineralizacji s dost pne dla ro lin uprawianych po rzepaku. Ma to du e znaczenie
praktyczne przy obecnych cenach nawozów mineralnych. Du a masa łodyg,
łuszczyn i korzeni wzbogaca gleb w materi organiczn , z której powstaje
próchnica. Rzepak oczyszcza gleb z chorób podsuszkowych i dlatego jest bardzo
dobrym przedplonem dla zbó . Jest ro lin fitosanitarn . Rzepak jako jedna
z nielicznych ro lin nieokopowych dobrze wykorzystuje składniki pokarmowe zawarte
w nawozach organicznych, tj. w oborniku, gnojowicy i gnojówce. Ze wzgl du na
intensywne kwitnienie jest jedn z najbardziej miododajnych ro lin uprawnych.
Z nasion rzepaku uzyskuje si olej, który jest głównym tłuszczem ro linnym.
Zawiera on ró ne kwasy tłuszczowe, które wpływaj korzystnie na zdrowie ludzi i s
wykorzystywane do nap du bioogrzewania. Obok oleju otrzymuje si makuch, który
jest cenn pasz tre ciw dla zwierz t. rednio w 1 kg zawiera w zale no ci od
rodzaju i odmiany 878-895 g suchej masy w tym:
- białka ogólnego 369-342 g,
- białka strawnego 310-287 g,
- włókna 118-127 g,
- jednostek pokarmowych około 1,00
Do uprawy z przeznaczeniem na olej nadaj si wszystkie uprawiane odmiany
rzepaku. Odmiany Górczy ski i Skrzeszowicki ze wzgl du na swoj mniejsz
intensywno oraz ni sze wymagania mog by uprawiane na glebach słabszych,
zdegradowanych i ska onych.
Wykorzystuj c wytłaczarki do produkcji oleju z ro lin oleistych przyjmujemy, e
mo na uzyska 35 % oleju i 65 % ruty. Zakładamy, e 1 l oleju wa y 0,84 kg.
Szacunkowe mo liwo ci produkcji biopaliwa z rzepaku przedstawiono w tabeli 4
[Wyniki rachunkowo ci rolnej (...) 2001].
Mo na oczekiwa , e we wst pnym okresie, obejmuj cym około 2-3 lat przy
zwi kszeniu powierzchni uprawy rzepaku o 100 tys. ha i niskich plonach (na
poziomie redniej z ostatniego 20-lecia), mo liwe jest przeznaczenie około 250 tys.
ton rzepaku na produkcj biopaliwa.
80
___________________________________________________________________________
Tabela 4. Szacunkowe mo liwo ci produkcji biodiesla z rzepaku w Polsce [Wyniki
rachunkowo ci rolnej gospodarstw (...) 2001]
Etap realizacji programu
Wyszczególnienie
wst pny
po redni
docelowy
Powierzchnia uprawy rzepaku - tys. ha
550
750
1000
Plon rzepaku - t/ha
2,2
2,5
3,0
Produkcja rzepaku - tys. ton
1100
1875
3000
Rzepak na olej konsumpcyjny- tys. t
850
850
850
Rzepak na biodiesel - tys. t
250
1025
2150
Produkcja biodiesla (MER)- tys. ton
83
342
750
MER w krajowym zu yciu oleju nap dowego
1,37
5,62
12,36
(2000r,) %
Produkty dodatkowe:
Gliceryna surowa - tys. ton
13
51
105
ruta rzepakowa - tys. ton.
150
630
1295
Wyprodukowany z tej ilo ci rzepaku ester metylowy (MER) stanowiłby około 1,31,4% krajowego zu ycia oleju nap dowego. Wzrost powierzchni uprawy do około
1 mln ha oraz wzrost plonów do 2,5-3,0 t/ha (poziom plonów zbli ony do
uzyskiwanego obecnie w UE), mo na produkcj rzepaku na cele energetyczne
szacowa na około 2,0 mln ton. Uzyskane wówczas Biopaliwo pokryłoby ponad 10%
obecnego zu ycia oleju nap dowego w Polsce. Wariant docelowy mo liwy jest do
zrealizowania w okresie kilkunastu lat.
W 20-leciu (1981-2000) powierzchnia uprawy rzepaku w krajach UE wzrosła
prawie 3-krotnie (Rys. 4 dane z: [Rzepak ozimy 2002]).
Powierzchnia uprawy rzepaku (tys. ha)
1400
1200
Francja
Niemcy
Wlk. Brytania
1000
800
600
400
200
0
1981 1985 1990 1993 1996 1997 1998 1999 2000
Lata
Rys. 4. Powierzchnia uprawy rzepaku w wybranych krajach UE w l. 1981-2000.
Udział tej ro liny w strukturze zasiewów zwi kszył si w tym okresie z około 1,5
do 4,5% (Rys. 5 dane z: [Rzepak ozimy 2002]). Szczególnie znacz cy wzrost
powierzchni uprawy rzepaku odnotowano w 3 krajach (Francja, Niemcy i W.
Brytania), w których jego udział w strukturze zasiewów wzrósł w tym okresie z 1,5-2,0
% do 7-10 %. W krajach UE wyst puje równie wyra ny wzrost plonów rzepaku
w ostatnim okresie. Czynnikiem sprzyjaj cym uprawie rzepaku na biodiesel w UE
jest mo liwo
jego wysiewu na gruntach obj tych programem ugorowania, co
zwi ksza atrakcyjno ekonomiczn takiej produkcji, poniewa rolnik obok zapłaty za
81
___________________________________________________________________________
Udział rzepalku w strukturze zasiewów (%)
wyprodukowany surowiec otrzymuje równie
gruntów.
premi
za obowi zkowe ugorowanie
12
10
Francja
Niemcy
Wlk. Brytania
8
6
4
2
0
1981
1985
1990
1993
1996
1997
1998
1999
2000
Lata
Rys. 5. Udział procentowy w strukturze zasiewów w wybranych krajach UE.
Natomiast w Polsce nie mo na odnotowa wyra nego stałego wzrostu produkcji
i plonu redniego rzepaku (patrz Rys. 5 dane z: [Rzepak ozimy 2002])
1600
30
25
1200
20
1000
15
800
600
10
plon redni (dt/ha)
Zbiory rzepaku (tys. ton)
1400
Zbiory rzepaku w roku
plon redni
400
5
200
0
0
85 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01
19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20
Lata
Rys. 5. Zbiory rzepaku i plon redni w Polsce w latach 1985-2001.
7. Ekonomika produkcji biodiesla – przykładowy bilans kosztów
Bilans kosztów produkcji biodiesla wraz z przykładem dotycz cym małej
wytwórni wiejskiej przedstawiono w tabeli 5.
82
___________________________________________________________________________
Tabela 5. Bilans kosztów produkcji biodiesla.
Lp.
Nazwa kosztów
Obliczenia
Jedn.
Ceny zakupu i surowców zbytu produktów odpadowych
1
Cena rzepaku
zł/t
2
Cena metanolu technicznego
1 litr metanolu - 1,20 zł brutto
zł/t
3
Cena katalizatora
zł/kg
4
Wytłoki
zł/t
5
Cena zbytu gliceryny*
zł/m3
Nakłady inwestycyjne
6
Zakup wytwórni paliwa
zł
W-400
7
Prasa do wyciskania oleju
zł
8
Zbiorniki oleju i rozdzielacze
zł
faz
9
Adaptacja pomieszcze (syszł
tem wentylacji, orurowanie,
magazyn trucizn, itp.)
Razem nakłady inwestycyjne
Koszty pozostałe
10
Koszt amortyzacji (czas
zł/rok
amort. 10 lat)
11
Koszt kredytu
zł/rok
70 000,00 ∗ 0,5 ∗ 4 %/(rok ∗ 100)
12
Koszt napraw i przegl dów
zł/rok
70 000,00 ∗ 1,2/10 lat
13
Razem koszty pozostałe
Koszt wyprodukowania 1 l paliwa (biodiesla)
Nakłady
14
Ziarno - rzepak
300 ton ∗ 800 zł/t
15
Katalizator
zł
1521 kg ∗ 3,3 zł /kg
3
16
Metanol
zł
13 100 dm ∗ 1,2 zł/l
17
Koszty energii elektrycznej
zł
300 t ∗ 405 kwh/t ∗ 0,2 zł/kwh
18
Amortyzacja
zł
19
Oprocentowanie kapitału
zł
20
Koszty napraw
zł
21
Razem nakłady
Ddochody ze sprzeda y produktów ubocznych
22
Wytłoki
zł
230 t ∗ 600 zł/t
3
3
23
Gliceryna*
zł
29,8 m ∗ 1000 zł/m
24
Razem dochody ze sprz. prod. ubocznych
Koszt jednego l paliwa
25
zł/l
301 839 ,00 − 160 600 ,00
(biodiesla)
Warto
(zł)
800,00
1 525,00
3,30
600
1 000,00
30 000,00
15 000
10 000
15 000
70 000,00
7 000,00
1 400,00
8 400,00
16 800,00
240 000,00
5 019,00
15 720,00
24 300,00
7 000,00
1 400,00
8 400,00
301 839,00
130 800,00
29 800,00
160600,00
1,67
84 500 l wyprod . paliwa
*-
Cena zbytu 1000 l gliceryny oczyszczonej (farmakologicznej, kosmetycznej) wynosi około 4000 zł.
Dla uproszczenia przyj to, e cena zbytu fazy glicerynowej (gliceryny zanieczyszczonej) wynosi 25%
warto ci czystej, co daje kwot zbytu 1000 zł/m3.
W powy szym przykładzie nie uwzgl dniono kosztów robocizny i podatku
dochodowego. Zało ono, e wykonana praca jest prac „dla siebie”. Wyznaczony
koszt produkcji jednego litra biodiesla odnosi si do wytwórni zainstalowanej
w Chudopczycach. Koszt produkcji biopaliwa ciekłego w małej wiejskiej wytwórni bez
uwzgl dnienia robocizny i opodatkowania wynosi 1,67 zł za litr (poziom cen roku
2002).
Dla porównania rednia roczna cena oleju nap dowego wyniosła w 2002 r.
2,60 zł. Zatem w przypadku zwolnienia z akcyzy biopaliwo mogłoby by
konkurencyjne w stosunku do paliwa pochodz cego z przerobu ropy naftowej.
83
___________________________________________________________________________
8. Podsumowanie
Rozwój uprawy rzepaku w celu przetworzenia go na biopaliwo generuje
nast puj ce korzy ci:
- aktywacja obszarów wiejskich w wyniku powstania nowych miejsc pracy.
Szacunki przeprowadzone w ró nych krajach UE wskazuj , e wyprodukowanie
1000 ton biopaliw ciekłych wymaga zatrudnienia około 11- 16 osób, z tego 30%
bezpo rednio w rolnictwie, a nakłady robocizny s 50-krotnie wi ksze ni przy
wyrobie i wydobyciu ropy naftowej. Zast pienie 1% paliw kopalnych biopaliwami
stworzyłoby w ramach całej Wspólnoty od 45 tys. do 75 tys. nowych miejsc pracy,
w wi kszo ci na obszarach wiejskich,
- poprawa gospodarki płodozmianowej. W Polsce zbo ami obsiewa si około
70% gruntów ornych. W gospodarstwach wi kszych, w których głównie b dzie
uprawiany rzepak, udział zbó w strukturze zasiewów jest zdecydowanie wi kszy,
cz sto zbli ony do uprawy monokulturowej. Uprawa rzepaku zwi kszy ró norodno
uprawianych ro lin i spowoduje wzrost plonów zbó ,
- zwi kszenie krajowych zasobów pasz białkowych, uniezale nienie si od
waha cen oraz poprawa salda w bilansie handlu zagranicznego surowcami
pochodzenia rolniczego,
- stworzenie alternatywnego sposobu wykorzystania potencjału produkcyjnego
rolnictwa i dodatkowego ródła dochodów rolniczych,
- ochrona rodowiska przyrodniczego (ograniczenie emisji tlenków azotu
i zamkni ty obieg CO2 ),
- wzrost bezpiecze stwa energetycznego kraju.
Przy obecnych cenach surowców koszt produkcji biodiesla wynosi 2,0 - 2.30 zł/l.
Jednak e Polska jest jednym z trzech krajów w UE, w którym utrzymywana jest
akcyza na paliwa odnawialne i wynosi ok. 1,30 zł/l. Minimalna cena zbytu wynosi
3,30-3,60 zł/l. Dlatego te w Polsce produkcja biodiesla osi ga poziom marginalny,
a 80-90% wyprodukowanego paliwa jest eksportowane.
9. Literatura
Chwieduk D., Karbowski A. Analiza mo liwo ci stosowania biopaliw płynnych. Krajowa Agencja
Poszanowania Energii.
EC BREC i IBMER. 2000 Ekonomiczne i prawne aspekty wykorzystania odnawialnych ródeł energii
w Polsce.
Ekonomiczne i prawne aspekty wykorzystania odnawialnych ródeł energii w Polsce. 2000.
Europejskie Centrum Energii Odnawialnej, Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji
Rolnictwa Warszawa.
Grining S. (2001) Zamieszanie w baku. Przegl d Techniczny nr 15.
Grzybek A. 2002. IBMER, Materiały konferencyjne, Kutno 25.02.2002 r.
Hreczuch W., Mittelbach M., Holas J., Soucek J., Bekierz G. "Produkcja oraz wa niejsze kierunki
przemysłowego wykorzystania estrów metylowych kwasów tłuszczowych"
Ku J. (2002) Mo liwo zwi kszenia areału uprawy rzepaku ozimego w ró nych rejonach Polski.
Wie Jutra, nr 8
Olejnik M. (2002) Biopaliwo rzepakowe celem strategicznym polskiego rolnictwa. Wie Jutra,
nr 2;s.50 - 51.
Raneses Anton R. , Lewrense K. Glaser, J. Michael Price “ Potential Niche Fuel
Markets for
Biodiesel and Their Effect on Agriculture”
Rejman K. (2002) ruta rzepakowa jako pasza. Wie Jurata, nr 2
Roszkowski A. (2001) Płynne paliwa ro linne - mrzonki rolników czy ogólna niemo liwo ? Wie
Jutra, nr 9; s.22 - 26.
Rzepak ozimy (2002) Wyd. IHAR. Pozana
Schimmoller B. „Rental power fills temporary power niche”, Power Engineering 7/2002
Wyniki rachunkowo ci rolnej gospodarstw indywidualnych (1998, 1999, 2000) Wyd. IERiG
Warszawa.
84
___________________________________________________________________________
http://www.sierrarailroad.com/powertrain/loc_emissision.pdf
http://biodiesel.pl
http://pl.wikipedia.org/wiki/Liczba_cetanowa
http://w3.siemens.de/newworld/PND/PNDG/PNDGB/PNDGBC/pndgbc6_e.htm
http://www.bio-top.pl/
http://www.chevron.com/prodserv/fuels/bulletin/diesel/L2_4_7_rf.htm
http://www.oceanairenvironmental.com/aboutbiodiesel/data3.html
http://www.prignitzer-eisenbahn.de/index.html
http://www.przysiek.pl/~agrobiznes/mechanizacja/biopaliwa.htm
http:/www.kghm.pl/wydarzenia/prasa/news.html?news_id=159
Materiały Uniwersytetu Walijskiego w Bangor, 1997 (Dr Mudge)
85
___________________________________________________________________________
Rola odnawialnych ródeł energii w zaspokajaniu lokalnych
potrzeb energetycznych
dr in . Rafał Bal, prof. dr hab. in . Janusz Piechocki
Rozwój energetyki odnawialnej w Polsce
Racjonalne gospodarowanie paliwami oraz potrzeba oszcz dno ci energii,
wynikaj ca ze zmieniaj cych si warunków gospodarczych jak równie obawa o stan
rodowiska naturalnego, spowodowała szerokie zainteresowanie energi
odnawialn . Wła ciwe u ytkowanie energii jest jednym z wa niejszych problemów
ekologicznych, społecznych i gospodarczych. Paliwa kopalne takie jak: w giel
kamienny, brunatny, ropa naftowa i gaz ziemny uwa ane do tej pory za
niewyczerpalne ródło energii, w rodowisku naturalnym ulegaj gwałtownemu
wyczerpywaniu (GRACZY SKI 2001).
Produkcja i wykorzystanie na obecnym etapie odnawialnych ródeł energii
w aden sposób nie jest w stanie zakłóci bilansu energetycznego kraju opartego
w głównej mierze o pierwotne no niki energii, wr cz przeciwnie, mo e w znacz cy
sposób o ywi
rozwój gospodarczy w sektorach produkcyjnych. Wa nym
argumentem jest to, aby rozwój odnawialnych ródeł energii, w tym produkcja
biomasy, rozpocz ł si nie tylko na szczeblu krajowym, ale przede wszystkim na
szczeblu lokalnym. Obydwa kierunki działa powoduj nie tylko zmniejszenie
obci enia rodowiska naturalnego poprzez ograniczenie zu ycia pierwotnych
no ników, lecz tak e wykorzystanie produktów niebezpiecznych dla rodowiska,
produktów ubocznych rolnictwa, odpadów przetwórstwa rolno – spo ywczego
i zanieczyszcze komunalnych (LUSAWA 2002).
Odnawialne ródła energii s
zaliczane do tzw. energii rozproszonej
zaspakajaj cej przede wszystkim potrzeby społeczno ci lokalnych. Dotyczy to
w szczególno ci terenów oddalonych od du ych instalacji energetycznych. Ten
aspekt energetyki odnawialnej podkre la wpływ władz lokalnych na stan rozwoju
bran y energetycznej. Ameryka ski analityk AMORY LOVINS jako pierwszy
w 1976 roku, wprowadził poj cie tzw. mi kkiej cie ki energetycznej. Oznaczało to,
opieranie si w energetyce na lokalnych, rozproszonych ródłach odnawialnych
i zdecentralizowanych systemach. Pogl d ten został uznany za całkowicie
nieprzydatny. Ostatnie lata przyniosły jednak wiele zmian w energetyce komunalnej,
powoduj c, e pogl d LOVINSA zacz ł nabiera znaczenia.
Odnawialne ródła energii w lokalnym planowaniu energetycznym na poziomie
pojedynczej gminy.
Warunkiem uzyskania
pozytywnego
efektu
wykorzystania
zasobów
odnawialnych ródeł energii jest przede wszystkim powa ne potraktowanie
planowania energetycznego na szczeblu gminy przez samorz dy lokalne i tworzenie
warunków w postaci przejrzystej polityki inwestycyjnej sprzyjaj cej podejmowaniu
inicjatyw gospodarczych. Polska nale y ju do struktur europejskich i zarz dzanie
strategiczne nabiera szczególnego znaczenia, gdy z jednej strony jest warunkiem,
a drugiej daje szans na pozyskanie rodków z zewn trz. Aby to jednak mogło
nast pi , trzeba przekona społeczno ci lokalne o celowo ci działa strategicznych
oraz nauczy miejscowe elity sporz dza , a nast pnie przeprowadza dobre
programy i projekty. Niestety nierzadkie s
sytuacje, kiedy plan rozwoju
86
___________________________________________________________________________
strategicznego zostaje jedynie dokumentem (PAWELSKA – SKRZYPEK 1997). Wiedza
z zakresu planowania energetycznego dla wielu gmin w Polsce jest nadal
zagadnieniem nie w pełni zrozumiałym. Problem ten jest o tyle skomplikowany, e
wynika z braku ci le okre lonego terminu rozpocz cia i zako czenia planowania
energetycznego oraz braku informacji o korzy ciach wynikaj cych z opracowania
takich zało e przez gmin odnawialne ródła energii w lokalnym planowaniu
energetycznym na poziomie gminy.
Podstawowym aktem prawnym, który okre la pozycje energii odnawialnej
w strukturze energetycznej Polski jest ustawa – Prawo Energetyczne z 10 kwietnia
1997 roku oraz pó niejsze zmiany do tej ustawy (Dz. U. Nr 54, poz. 348 , Nr 133,
poz. 885 z 1997 r; Dz. U. Nr 153, poz. 1504, Nr 203, poz. 1996 z 2003 r; Dz. U.
Nr 29, poz. 257, Nr 34, poz. 293, Nr 91, poz. 875, Nr 96, poz. 959, Nr 173, poz. 1808
z 2004r; Dz. U. Nr 62, poz. 552 z 2005 r.). Ostatnia nowelizacja ustawy – Prawo
energetyczne jest zwi zana z implementacja dyrektyw 2001/77/WE oraz 2003/54/WE
i ma na celu dostosowanie prawa polskiego do prawa UE. Wa nym rozdziałem
ustawy – Prawo Energetyczne s zało enia polityki energetycznej pa stwa oraz
planowanie energetyczne okre laj ce zakres udziału w całym przedsi wzi ciu
przedsi biorstw energetycznych zajmuj cych si przesyłaniem i dystrybucj paliw
gazowych, energii elektrycznej lub ciepła:
Art. 16. 1 „…Przedsi biorstwa energetyczne zajmuj ce si przesyłaniem
i dystrybucj paliw gazowych lub energii elektrycznej sporz dzaj dla obszaru
swojego działania plany rozwoju w zakresie zaspokojenia obecnego i przyszłego
zapotrzebowania na paliwa gazowe lub energi elektryczn , uwzgl dniaj c
miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego gminy…” (Dz. U. Nr 54, poz. 348,
pkt 1).
2. „…Plan, o którym mowa dotyczy przedsi wzi
w zakresie modernizacji,
rozbudowy albo budowy sieci oraz ewentualnych nowych ródeł energii paliw
gazowych lub energii elektrycznej, w tym równie
ródeł niekonwencjonalnych…”
(Dz. U. Nr 54, poz. 348, pkt 2).
Jak dot d dla przedsi biorstw zajmuj cych si przysyłaniem i dystrybucj
a w niektórych przypadkach nawet produkcj energii elektrycznej (w skojarzeniu) ten
zapis pozostawał „martwy”. Dopiero nowelizacja ustawy – Prawo Energetyczne (Dz.
U. Nr 62, poz. 552 z 2005 r.) spowodowała, e koncepcja wspierania ródeł
odnawialnych w prawie polskim oparta b dzie zasadniczo na: obowi zku zakupu tej
energii przez przedsi biorstwa energetyczne zajmuj ce si wytwarzaniem energii
elektrycznej lub jej obrotem, je li sprzedaj energie odbiorcom ko cowym.
Wypełnienie tego obowi zku jest „mierzone” odpowiednia ilo ci posiadanych
wiadectw pochodzenia (MURAS 2005). Zast pcz form obej cia tego obowi zku
b dzie tzw. opłata zast pcza (Dz. U. Nr 62, poz. 552 art. 9a z 1 pa dziernika 2005
r.), obliczana według formuły:
Oz = Ozj × (Eo - Eu)
(1)
gdzie:
Oz – opłata zast pcza w złotówkach,
Ozj – jednostkowa opłata zast pcza wynosz ca 240 złotych za 1 MWh,
Eo – ilo
energii elektrycznej, wyra ona w MW, wynikaj ca z obowi zku
uzyskania i przedstawienia do umorzenia wiadectw pochodzenia,
Eu – ilo
energii elektrycznej, wyra ona w MW, wynikaj ca ze wiadectw
pochodzenia, które przedsi biorstwo energetyczne przedstawiło do umorzenia
w danym roku.
87
___________________________________________________________________________
Wysoko opłaty zast pczej (1) tak naprawd stanowi b dzie około 360 złotych
za MWh w 2005 roku. Wynika to z uwzgl dnienia równie ceny zakupu energii
konwencjonalnej, któr przedsi biorstwo i tak musi zakupi (240 złotych samej opłaty
zast pczej + około 120 złotych ceny zakupu energii „czarnej”). W przypadku nie
wypełnienia powy szego obowi zku, b d nakładane kary, poniewa w takim
przypadku nie stymulowałyby rozwoju ródeł odnawialnych. Wysoko
kary
pieni nej (Dz. U. Nr 62, poz. 552 art. 56 pkt.2a) nie mo e by ni sza ni :
Ko = 1,3 × (Oz - Ozz)
(2)
gdzie:
Ko – minimalna wysoko kary pieni nej [zł],
Oz – opłata zast pcza (1) [zł],
Ozz – uiszczona opłata zast pcza [zł].
Ukształtowanie takiego systemu opłat zast pczych (1) i kar (2) miejmy nadziej
pozwoli skutecznie zmusi przedsi biorstwa energetyczne do poszukiwania i zakupu
zielonej energii. Maj si one według MURASA (2005) przyczyni do wzrostu
zainteresowania tego rodzaju energetyk przez potencjalnych inwestorów.
Nale y równie podkre li , e w planowaniu energetycznym wa ne zadania do
wykonania maj równie gminy (Dz. U. Nr 54, poz. 348):
ART. 18. 1. „…Do zada własnych gminy w zakresie zaopatrzenia w energi
elektryczn i ciepło nale y planowanie i organizacja zaopatrzenia w ciepło na
obszarze gminy…”.
ART. 19. 1. „… Zarz d gminy opracowuje projekt zało e do planu zaopatrzenia
w ciepło, zwanej dalej projektem zało e …”
2. „…Projekt zało e powinien okre la :
1. ocen stanu aktualnego i przewidywanych zmian zaopatrzenia na ciepło,
2. przedsi wzi cia racjonalizuj ce u ytkowanie ciepła przez odbiorców
i u ytkowników,
3. mo liwo
wykorzystania istniej cych nadwy ek i lokalnych zasobów
energii z uwzgl dnieniem skojarzonego wytwarzania ciepła i energii
elektrycznej oraz zagospodarowania ciepła odpadowego z instalacji
przemysłowych.”
Wymieniona ustawa obliguje równie do analizy mo liwo ci wykorzystania
odnawialnych ródeł energii jako lokalnych zasobów energii. Zało enia do planów
powinny uwzgl dnia specyfik gminy, która jest okre lona w dwóch podstawowych
dokumentach:
– studium uwarunkowa i kierunków zagospodarowania przestrzennego gminy,
– miejscowych planach zagospodarowania przestrzennego.
Studium umo liwia władzom gminy prowadzenie racjonalnej polityki w zakresie
zagospodarowania przestrzennego (OLESZKIEWICZ 2001; URAWSKI 2000; MIGLEWICZ
2001b). Polityka ta jest realizowana przez gmin przez opracowywanie i uchwalanie
na tej podstawie miejscowych planów. Miejscowy plan zagospodarowania
przestrzennego, w przeciwie stwie do studium, jest przepisem gminnym, który
sporz dza si dla obszaru całej gminy, jej cz ci lub zespołu gmin. Zawiera on
informacj
dotycz c
obszarów inwestycyjnych, z uwzgl dnieniem rodzaju,
intensywno ci i charakteru zabudowy. Oba dokumenty stanowi istotne narz dzie
przy badaniu mo liwo ci wykorzystania odnawialnych ródeł energii w gminie.
W tabeli 1 przedstawiono uproszczony model analizy dost pnych danych.
88
89
Tabela 1 Zalecenia dla stosowania odnawialnych ródeł energii w gminie (GRECKA 2002)
Elementy analizy
Zagadnienie
Zalecenie
Wskazania dla O E
I. Studium uwarunkowa i kierunków zagospodarowania przestrzennego
Warunki naturalne
warunki wietrzne, odległo terenów
potencjalna lokalizacja siłowni
odsłoni tych od zabudowa
wiatrowych
Stan rodowiska przyrodniczego
wysokie zanieczyszczenia powietrza od obni enie emisji ze spalania paliw
zastosowanie biomasy lub biopaliw,
systemów energetycznych
kopalnych
kolektory słoneczne na potrzeby c.w.
a. tereny chronione
parki krajobrazowe, otuliny parków
zakaz budowy kotłowni
zastosowanie biomasy lub biopaliw,
konwencjonalnych
kolektory słoneczne na potrzeby c.w.
Ogólna sytuacja społecznodane demograficzne, prognozy wzrostu konieczno budowy nowych ródeł O E jako ta sze no niki energii,
gospodarcza
liczby ludno ci w gminie, stan
ciepła, obni enie kosztów
np. biomasa.
zaspokojenia potrzeb mieszka ców
wytwarzania ciepła
gminy
Struktura przestrzenna gminy
a. obszary zabudowane
budownictwo mieszkaniowe, usługowe,
eliminacja rozproszonych kotłowni
lokalizacja indywidualnych O E
przemysłowe
w glowych
w miejscach zabudowy rozproszonej
i centralnych w zabudowie zwartej
b. obszary zabytkowe
niszczenie struktury budowlanej na
obni enie emisji ze spalania paliw
lokalizacja O E np. pompy ciepła
skutek zanieczyszczenia powietrza
kopalnych
c. obszary rolnicze i le ne
wielko produkcji zbó , trzody chlewnej podniesienie opłacalno ci produkcji wykorzystanie potencjału
rolnej
energetycznego biogazu i biopaliw
d. obszary wył czone spod
odpady drzewne, wielko obszarów
aktywizacja lokalnej społeczno ci
uprawa ro lin energetycznych
u ytkowania rolniczego
wył czonych
Istniej ca infrastruktura techniczna stan techniczny, wiek systemu
konieczno modernizacji systemów modernizacja systemu z
ciepłowniczego i elektroenergetycznego
uwzgl dnieniem O E
Czynniki stymuluj ce rozwój gminy walory przyrodniczo–krajobrazowe
ochrona istniej cych zasobów,
lokalizacja O E w tych obszarach
eliminacja w gla
Bariery rozwoju
degradacja rodowiska–wysoki poziom
obni enie emisji z systemów
zast powanie paliw konwencjonalnych.
zanieczyszcze powietrza
ocieplanych
Zagospodarowanie nieu ytków
plantacje ro lin energetycznych
lokalizacja ródeł energii opalanych
poprzemysłowych
biomas
Zalesianie gruntów porolnych
krajowy program zwi kszania lesisto ci
zwi kszenie ilo ci biomasy
lokalizacja ródeł energii opalanych
biomas
Aktywizacja gospodarcza
bezrobocie
nowe miejsca pracy
plantacje energetyczne, biopaliwa
Gospodarka odpadami
technologia utylizacji odpadów
wykorzystanie biogazu
elektrociepłownie biogazowe
Gospodarka
technologia oczyszczania cieków
wykorzystanie biogazu
elektrociepłownie biogazowe
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Problematyka tak pomy lanej strategii regionalnej winna by zró nicowana
i dostosowana do charakteru konkretnego regionu. Według HUMI CKIEGO (2003)
podstawowymi elementami tej strategii s :
– charakterystyka stanu rozpoznania zasobów odnawialnych ródeł energii na
badanym obszarze regionu (np. badania terenowe),
– wst pny szacunek tych zasobów oraz ocena ich wykorzystania w wietle
aktualnie dost pnych mo liwo ci techniczno–ekonomicznych i społecznych, przy
uwzgl dnieniu
wyst puj cych
w
regionie
uwarunkowa
sprzyjaj cych
i ograniczaj cych pozyskiwanie energii ze ródeł odnawialnych,
– okre lenie regionalnej polityki realizacji krajowej strategii rozwoju energetyki
odnawialnej i programów wykonawczych do tej strategii.
Badania terenowe daj lepsze rezultaty ni inne metody (reprezentacyjna,
eksperymentalna, socjometryczna, panelowa) w procesie poznawania:
- stosunków społecznych zachodz cych w danej społeczno ci np. mieszka ców
wsi,
- przebiegu niektórych typów procesów społecznych,
- kształtowania si opinii w badanym rodowisku,
- funkcjonowania okre lonego typu instytucji społecznych.
Metoda bada
terenowych pozwala zgł bi mechanizm funkcjonowania
badanego przedmiotu, skonstruowa bardziej naturalny i szczegółowy obraz
stosunków społecznych. Jest to osi galne dzi ki mo liwo ci posłu enia si wieloma
sposobami gromadzenia danych. Istnieje sposobno
zastosowania w niej
wszystkich odmian obserwacji, wywiadu i ankiety, wykorzystania dokumentów
osobistych i ró nego rodzaju typu danych statystycznych (SOŁOMA 2002).
Badania przeprowadzone metod sonda u diagnostycznego z wykorzystaniem
techniki wywiadu kwestionariuszowego (ankiety) w społeczno ci regionalnej mog
stanowi podstaw do sprecyzowania wniosków dotycz cych nie tylko pojedynczego
badanego przypadku, ale te do sformułowania twierdze ogólnych. Mówi c
o społeczno ci regionalnej mamy na my li nie tylko pojedyncze osoby i rodziny, ale
tak e funkcjonuj ce w ich obr bie organizacje, ró ne struktury społeczne i podmioty
gospodarcze, to znaczy wszystkich, których dotyczy dany problem i bez których
zaanga owania nie mo na go w pełni zrealizowa (DERLATKA, LUTEK 2001).
Wdra anie polityki rozwoju opracowanej przy udziale społecznym b dzie
uwzgl dniało wizj rozwoju popieranego przez mieszka ców. Dzi ki temu b dzie
mo liwe opracowanie optymalnej polityki rozwoju gminy, maj cej poparcie lokalnej
społeczno ci.
Zgodnie z regułami zarz dzania strategicznego, zanim przyst pi si do
identyfikacji celów, nale y zdefiniowa misj i wizj (W OJEWODZIC, ZIOBRO 2002).
Przez misj nale y rozumie nadrz dny, wiod cy cel, który zapewni ekonomiczn
stabilno i akceptowany poziom ycia ogółu mieszka ców. Wizja strategiczna to
spojrzenie w przyszło . Wskazuje ona sytuacj , w jakiej gmina pragnie si znale
w przyszło ci.
Planowanie energetyczne na szczeblu lokalnym jest poj ciem stosunkowo
nowym, samorz dy nie maj zbyt du ego do wiadczenia w realizacji tego typu
przedsi wzi . Najwi ksz barier do ich opracowania jest brak zarówno fachowej
wiedzy i umiej tno ci, jak i niezb dnych danych dotycz cych składników bilansu
energetycznego na poziomie lokalnym (ONISZK–POPŁAWSKA I IN. 2002; KAMRAT 2001).
Planowanie zapotrzebowania w energi elektryczn , ciepło i gaz na poziomie
lokalnym jest nie tylko wa ne ze wzgl dów formalnych (wymóg prawa
energetycznego w stosunku do gmin), ale stanowi wa ny instrument działania
w gminie lub powiecie. Pozwala, bowiem władzom lokalnym by rzeczywistym
90
___________________________________________________________________________
partnerem w stosunku do producentów, dystrybutorów i u ytkowników energii,
zwłaszcza ze ródeł odnawialnych (KASSENBERG 2002).
Wykorzystanie odnawialnych
ródeł energii wzmacnia bezpiecze stwo
energetyczne w skali lokalnej i przyczynia si do poprawy zaopatrzenia w energie na
terenach o słabo rozwini tej infrastrukturze energetycznej. Według niektórych
autorów (KASSENBERG 2002; ONISZK – POPŁAWSKA 2002) poziom gminy, jako jednostki
administracyjnej jest niewystarczaj cy do efektywnego społecznie, ekologicznie
i ekonomicznie zaplanowania sposobów zaopatrzenia w energie, zwłaszcza
w energi ze ródeł odnawialnych. Powiat według autorów daje szersze mo liwo ci
działania ni pojedyncza gmina. KARSKI (2004) uwa a, e powy sze stanowisko nie
jest uzasadnione, poniewa w my l postanowie Konstytucji Rzeczypospolitej Polski
(ART. 164) okre la, e podstawow jednostk samorz du terytorialnego jest wła nie
gmina. Te zró nicowane opinie, a tak e analiza wiedzy z zakresu tematu skłoniły
autorów do przeanalizowania losowo wybranej gminy województwa warmi sko –
mazurskiego.
Na potrzeby opracowania strategii wytwarzania odnawialnych no ników
energetycznych w wybranej gminie województwa warmi sko – mazurskiego
konieczne było wyj cie poza oficjalne dane statystyczne i przeprowadzenie
stosowanych bada ankietowych w ród 990 gospodarstw wybranej gminy. Na
potrzeby opracowania wykorzystano tylko te dane, które w sposób bezpo redni lub
po redni scharakteryzuj
mo liwo ci wytwarzania odnawialnych systemów
energetycznych. Analizie poddano ocen stanu aktualnego zapotrzebowania na
no niki energetyczne. Przy wyborze obszaru kierowano si dost pno ci danych
i mo liwo ciami ich porównania na przestrzeni nast pnych 5 – 10 lat, niezale nie od
zmian w granicach administracyjnych województwa.
Przeprowadzono wieloetapowe badania ankietowe przy wykorzystaniu techniki
sonda u diagnostycznego. Zebrane informacje o strukturze gospodarstw w gminie
podzielono na trzy zakresy:no niki energetyczne. Przy wyborze obszaru kierowano
si dost pno ci danych i mo liwo ciami ich porównania na przestrzeni nast pnych
5 – 10 lat, niezale nie od zmian w granicach administracyjnych województwa.
Przeprowadzono wieloetapowe badania ankietowe przy wykorzystaniu techniki
sonda u diagnostycznego. Zebrane informacje o strukturze gospodarstw w gminie
podzielono na trzy zakresy:
Pierwszy zakres – ogólne dane o gospodarstwie:
– dane osobowe pracuj cych w gospodarstwie,
– forma organizacyjno – prawna gospodarstwa,
– wyposa enie gospodarstwa w gaz, wod , kanalizacj ,
– powierzchnia gruntów: u ytki zielone, rolne, lasy, nieu ytki, dzier awy,
– kierunek produkcji w gospodarstwie,
– składowanie odpadów zwierz cych.
Drugi zakres – edukacja ekologiczna mieszka ców:
– propagowanie w mediach informacji o alternatywnych ródłach energii,
– znajomo odnawialnych ródeł energii,
– znaczenie ekologiczne O E,
– mo liwo
wykorzystania w swoim gospodarstwie alternatywnych ródeł
energii,
– znajomo gospodarstw wykorzystuj cych alternatywne ródła energii,
– propagowanie przez gmin wykorzystania odnawialnych ródeł energii.
Trzeci zakres – struktura gospodarstwa domowego:
– stan inwentarza w gospodarstwie,
– sposób utylizacji odpadów,
91
___________________________________________________________________________
– zastosowanie rodków higieny,
– zapotrzebowanie w gospodarstwie na no niki energetyczne: energi
elektryczn , gaz, olej nap dowy, olej opałowy, benzyn , drewno, w giel, miał,
koks, trociny,
– współpraca z instytucjami społecznymi,
– koszt funkcjonowania gospodarstwa,
– mo liwo współzawodnictwa na rynkach Unii Europejskiej.
Dodatkowo badaniami ankietowymi obj to podmioty gospodarcze działaj ce na
badanym terenie, w tym: tartaki, nadle nictwa, szkoły, lokale gastronomiczne, fermy
i ubojnie indyków. W zale no ci od zakładu, gdzie prowadzono badania, trzeci
zakres rozszerzono, wprowadzaj c:
a). podmioty zajmuj ce si produkcj le n :
– ogólna powierzchnia lasów według gatunków drzewostanu,
– mo liwo pozyskiwania drewna według asortymentu,
– sposób prowadzenia produkcji zr bków w Nadle nictwie;
b). podmioty zajmuj ce si przerobem drewna:
– stopie pozyskiwania drewna według asortymentu,
– sposób utylizacji odpadów drzewnych, m.in. zrzynów, trocin.
Dla pozostałych podmiotów ankieta była podobna jak dla gospodarstw
indywidualnych.
Dzi ki szczegółowej analizie gminy uwzgl dniaj c takie elementy jak: warunki
przyrodnicze, charakterystyka demograficzna, rolnictwo, przedsi biorczo ,
infrastruktur techniczn i społeczn oraz wybrane elementy ochrony rodowiska
stwierdzono e:
A. w gminie znajduje si obecnie 993 ha gruntów czasowo wył czonych
z produkcji rolniczej. Daj to mo liwo ci zagospodarowania tych u ytków,
przeznaczaj c je pod upraw ro lin energetycznych wytwarzaj cych wysokie plony
biomasy. Podstawowymi ro linami energetycznymi w gminie mog by : rzepak,
ziemniaki, yto, topinambur, buraki cukrowe, wierzba energetyczna.
Przykładowe obliczenie wyznaczania energii (Ew) z produkcji wierzby
energetycznej:
Warto
energetyczn (Ew) uzyskan z produkcji wierzby energetycznej
obliczono:
Ew = Ew_1 + Ew_3 (MJ)
(1)
We wzorze (1) energi uzyskan z wierzby energetycznej w cyklu jednorocznym
(Ew_1)
i cyklu trzyletnim (Ew_3), wyznaczono według wzorów:
Ew_1 = Pw_1⋅ Qi_1 (MJ)
(2)
Ew_3 = Pw_3⋅ Qi_3 (MJ)
(3)
Qi_1 = 18,63 (MJ/kg)
Qi_3 = 19,25 (MJ/kg)
gdzie:
Pw_1
– plon wierzby w cyklu jednorocznym (t),
Pw_3
– plon wierzby w cyklu trzyletnim (t),
Qi_1
– warto opałowa wierzby energetycznej w cyklu jednorocznym
(MJ/kg),
Qi_3
– warto opałowa wierzby energetycznej w cyklu trzyletnim
(MJ/kg).
92
___________________________________________________________________________
Warto ci opałowe w cyklu jednorocznym (Qi_1) i cyklu trzyletnim (Qi_3)
zaczerpni to z literatury (SZCZUKOWSKI I IN. 2004). Plon (P) mo liwy do uzyskania
przy uprawie wierzby energetycznej wyznaczono ze wzoru:
P = W ⋅ A (t)
gdzie:
W
A
(4)
– wydajno (dt/ha),
– areał dost pny pod uprawy ro lin energetycznych (ha).
B. w gminie znajduj si dwa gospodarstwa wyspecjalizowane w chowie trzody
chlewnej, które podczas tuczu intensywnego produkuj rocznie 239,86 t obornika
i 974,1 t gnojowicy. Przyjmuj c jednostkow mas obornika 0,6 t/m3 oraz
jednostkow mas gnojowicy 1 t/m3, obliczono, e rocznie z pozyskanych ilo ci
odchodów mo emy otrzyma około 23 798,28 m3/rok biogazu o warto ci
energetycznej czystego metanu 443,36 GJ. Oprócz odchodów od trzody chlewnej,
du y problem w gminie stanowi odchody indycze składowane na polach bez
zadaszenia. Stanowi to zagro enie dla wód powierzchniowych i gruntowych (FARUGA,
JANKOWSKI 1996; DOBRZA SKI 2004). Roczna produkcja obornika w z ferm indyczych
wynosi około 5 704,119 t. Indycze odchody mog by wykorzystywane jako nawóz
(po fermentacji), pozwalaj
równie na wyprodukowanie czystego, wysoko
kalorycznego gazu w szczelnej instalacji fermentacyjnej. Wyprodukowany
nieczyszczony biogaz ma warto
opałow u yteczn około 23 MJ/m3, a 1 m3
biogazu odpowiada 0,61 m3 gazu ziemnego lub 0,82 kg w gla oraz 0,620 Wh energii
elektrycznej (DRESZER I IN. 2003). W oparciu o wyniki bada ankietowych w gminie
wyznaczono ilo obornika i gnojowicy z przemysłowych ferm tuczu indyków i trzody
chlewnej. Ilo
odchodów zwierz cych powstaj ca w gminie wynosi odpowiednio
około 5 900 t/rok obornika i około 974 t/rok gnojowicy. Rocznie z pozyskanej ilo ci
odchodów mo na uzyska około 1 585 399, 13 m3 biogazu, co odpowiada:
- 1300tonom w gla kamiennego o redniej warto ci energetycznej 25 MJ/kg,
- około 982,9 kWh/rok energii elektrycznej.
C. obecnie energia ze ródeł odnawialnych jest wykorzystywana dzi ki trzem
elektrowniom wodnym, które w roku 2004 wyprodukowały 1189 GJ, co stanowi
1,65% ł cznej ilo ci zu ytej energii w gminie.
Analiza mo liwo ci wytwarzania odnawialnych ródeł energii w wybranej gminie
wykazała, e najwi ksze szans maj plantacje energetyczne oraz biogaz
z odpadów zwierz cych wyst puj cych na obszarach o du ej ilo ci gospodarstw
rolnych, wyspecjalizowanych w produkcji zwierz cej. Uzyskane wyniki mog
umo liwia aktywne i racjonalne wsparcie rozwoju sektora energetyki odnawialnej
w gminie.
Potrzeby energetyczne gminy stanowi obecni około 178 150 GJ, natomiast
potencjalne mo liwo ci pokrycia tego zapotrzebowania ze ródeł odnawialnych
wynosz około 187 600 GJ energii. Implikuje to stwierdzenie, e istnieje mo liwo
samowystarczalno ci energetycznej (energetyka cieplna) gminy ze
ródeł
odnawialnych. Badania przeprowadzone w wybranej gminie potwierdziły opinie
KARSKIEGO (2004), e poziom niektórych gmin w Polsce jest wystarczaj cy do
zaplanowania sposobów zaopatrzenia w energie, zwłaszcza w energi ze ródeł
odnawialnych.
Racjonalne gospodarowanie energi na poziomie gminy Gietrzwałd jest szans
z jednej strony na wzrost wykorzystania odnawialnych ródeł w bilansie
energetycznym, z drugiej za na bardziej dynamiczny rozwój gospodarczy oraz
popraw warunków ycia w gminie. Lokalna strategia ekoenergetyczna ma by
przede wszystkim narz dziem ułatwiaj cym gminom samodzielne opracowanie
93
___________________________________________________________________________
planów energetycznych z uwzgl dnieniem lokalnych zasobów odnawialnych ródeł
energii.
Podsumowanie
Odnawialne ródła energii, ich produkcja i wykorzystanie, zwłaszcza w obliczu
kolejnych kryzysów energetycznych, staje si tematem wa nym ka dej gospodarki.
Ze wzgl du na mał g sto wszystkich energii w jednostce obj to ci (powierzchni)
no nika, mał pewno dostaw, nadaj si one do wykorzystania jedynie w lokalnych
systemach energetycznych.
Zainteresowanie i wykorzystanie naturalnych zasobów i energii zasobów
naturalnych wzrosło w naszym kraju znacznie w latach dziewi dziesi tych. Jest to
tendencja wiatowa i europejska. Odnawialne ródła energii tak e w Polsce s coraz
bardziej popularne i uznawane za czynnik bezpiecze stwa narodowego w skali
gminy czy województwa. Według oceny specjalistów, dzi ki takim ródłom energii
mo na zapewni dost p do niej na terenach o słabej infrastrukturze energetycznej,
przede wszystkim na terenach rolniczych dotkni tych bezrobociem, a tak e
rozwi zywa
problemy ekologiczne przez upraw
ro lin surowcowych
przeznaczonych do produkcji biopaliw.
Przyszło
energetyki odnawialnej, jest szans na racjonalne wykorzystanie
potencjału energetycznego kraju. Wzrost znaczenia energetyki rozproszonej
przekłada si na wzrost bezpiecze stwa energetycznego Polski, co wynika
z uniezale nienia si od innych surowców energetycznych, jak równie wzrasta
dywersyfikacja rodzajów ródeł i ich liczba.
Literatura
DERLATKA S., LUTEK S. 2001. Strategia zrównowa onego rozwoju a społecze stwo. Przegl d
Komunalny 5(116), s. 50 – 51.
DOBRZA SKI Z. 2004. Zale no ci miedzy nowoczesnymi systemami. Akademia Rolnicza we Wrocławiu.
www.ppr.pl/displayResource.do?_resourcePK=2924.
DRESZERK. A., MICHAŁEK R., ROSZKOWSKI A. 2003. energia odnawialna mo liwo ci jej pozyskania
i wykorzystania w rolnictwie. Polskie Towarzystwo in ynierii Rolniczej w Krakowie.
FARUGA A., JANKOWSKI J 1996. Indyki: hodowla i u ytkowanie. Pa stwowe Wydawnictwo Rolnicze
i Le ne. Warszawa.
GRACZY SKI A. 2001. Bilans energetyczny dla Polski. Ekopartner 2, s. 18 – 19.
GRECKA K. 2002. Odnawialne ródła energii w planach energetycznych gmin. Czysta Energia 1, s. 6 –
7.
HUMI CKI M. 2003. Wojewódzka strategia energetyki odnawialnej – wa ne ogniwo w systemie
planowania energetycznego. Czysta Energia 5(21), s. 10 – 11.
KAMRAT W . 2001. Narz dzia informatyczne wspomagaj ce procesy planowania energetycznego.
Przegl d Komunalny 2(113), s. 76 – 77.
KARSKI L. 2004. Odnawialne ródła energii na szczeblu samorz du terytorialnego – ujecie
kompetencyjne. Czysta Energia 2(30), s. 10 – 11.
KASSENBERG A. 2002. Samorz dy lokalne a odnawialne ródła energii. Czysta Energia 1, s. 9.
LUSAWA P. 2002. Odnawialne ródła energii szans dla wsi i rolnictwa. W: Czy biomasa – odnawialne
ródło energii jest szans dla polskiego rolnictwa w aspekcie integracji z UE . Po wi tne, s. 8 –
10
OLESZKIEWICZ J. 2001. Planowanie energetyczne w gminie. Ekopartner 10(120), s. 31.
ONISZK – POPŁAWSKA A., ROGULSKA M., SOKOŁOWSKI G. 2002. Planowanie energetyczne na szczeblu
lokalnym. Czysta Energia 9, s. 16 – 17.
PAWELSKA – SKRZYPEK G. 1997. Planowanie strategiczne a demokratyzacja ycia na wsi, strategia
rozwoju gmin wiejskich. SGGW Warszawa.
MURAS Z. 2005. Energetyka odnawialna na rynku lokalnym. II Mi dzynarodowa Konferencja Procesów
Energii Eco - uro – Energia. Bydgoszcz 7 – 8 czerwiec, s. 79 – 83.
SOŁOMA L. 2002. Metody i techniki bada socjologicznych. UWM Olsztyn.
SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J., STOLARSKI M. 2004. Wierzba energetyczna. Wydawnictwo Plantpress
Sp. z o. o. Kraków.
94
___________________________________________________________________________
MIGLEWICZ T. 2001. Planowanie energetyczne w gminie. Przegl d Komunalny 9(120), s. 68 – 69.
W OJEWODZIC T., ZIOBRO E. 2002. Analiza metodyki sporz dzania strategii rozwoju gmin na przykładzie
województwa małopolskiego. W: Strategia rozwoju lokalnego. SGGW Warszawa.
URAWSKI J. 2000. Strategia energetyczna – kolejny niepotrzebny wydatek. Przegl d Komunalny
12(111), s. 71.
DYREKTYWY 2001/77/WE z dnia 27 wrze nia 2001 r. w sprawie wspierania produkcji na rynku
wewn trznym energii elektrycznej wytwarzanej ze ródeł odnawialnych (Dz. Urz. We L 283 z 27.
10. 2001 r.).
DYREKTYWY 2003/54/WE dotycz cej wspólnych zasad rynku wewn trznego energii elektrycznej
i uchylaj cej, dyrektyw 96/92/WE (Dz. Urz. WE L 176 z 15.07.2003)
95

Praktyczne aspekty wykorzystania odnawialnych źródeł energii

Transkrypt

Podobne dokumenty

Ulotka ROKWOOD - EKSPERT