Kapusta rzepak, rzepak (Brassica napus L

Kapusta rzepak, rzepak (Brassica napus L

ENERGIA ODNAWIALNA W POLSCE. TECHNOLOGIE BIOENERGETYCZNE
B. Igliński, R. Buczkowski
Zakład Chemicznych Procesów Proekologicznych,
Wydział Chemii UMK, Toruń
Wprowadzenie
Dynamiczny rozwój gospodarczy świata w ostatnich dziesięcioleciach spowodował gwałtowny popyt
na energię. Ówczesna energetyka oparta na źródłach odnawialnych została dość gwałtownie wyparta przez duże
korporacje pozyskujące na ogromną skalę paliwa kopalne. W pierwszej połowie światowa gospodarka niemal
całkowicie „przestawiła się” na energię pozyskiwaną z węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego [1].
Od połowy lat 70-tych XX w. obserwuje się powrót do energetyki odnawialnej, spowodowany coraz
wyższymi cenami za kopalne nośniki energii. W latach 1970-1980 cena za baryłkę ropy wzrosła 1000%,
osiągając 40$ (dziś to niemal 130$). Wiele krajów nie było stać na zakup drogiej ropy, stąd np. Brazylia oparła
swoją energetykę o elektrownie wodne, a motoryzację o bioetanolu [2].
Również w Polsce boleśnie odczuwamy wzrost cen węgla, a co za tym idzie energii elektrycznej (Rys.
1). Średnia cena węgla w 2010 r. osiągnęła 720 PLN, nierzadko osiągając cenę na składach węgla powyżej 1000
PLN [3]. Ostatnie podwyżki cen spowodowały, że polski prąd elektryczny jest droższy od niemieckiego.
Przewiduje się dalsze, drastyczne podwyżki cen prądu w Polsce [4].
Również ceny paliw w Polsce nigdy nie osiągnęły takiego poziomu, a ekonomiści twierdzą że w
wakacje 2011 cena za 1 litr benzyny może przekroczyć 6 PLN. Wysokie ceny nośników energii powodują
szybki wzrost cen żywności i usług, co nakręca spiralę podwyżek, które coraz bardziej odczuwamy.
Rys.1. Średnia cena 1 Mg węgla kamiennego w Polsce (opracowanie własne za GUS).
Obecnie paliwa kopalne praktycznie nie powstają, wobec czego ich zasoby się wyczerpują. Według
International Energy Agency ropa naftowa skończy się za 35 lat, gaz ziemny za 55 lat, węgiel kamienny za 180
lat, węgiel brunatny za 220 lat [5].
Pozyskiwanie, przesyłanie i spalanie kopalnych nośników energii powoduje ogromne obciążenie dla
środowiska, za które płacimy my wszyscy. Spalanie konwencjonalnych paliw powoduje coraz większy
uszczerbek na zdrowiu ludzi. Przykładowo, powstający podczas spalania paliw NO 2 powoduje choroby układu
oddechowego, narażenie na jego wysokie stężenie może powodować bronchit. Najbardziej narażone są dzieci i
astmatycy [6].
Produkcja biomasy w Polsce
Obowiązująca w Polsce definicja biomasy cytowana w §2.1 Rozporządzenia Ministra Gospodarki i
Pracy (Dz. U. Nr 267, poz. 2656) [7], w pełni zbieżna z definicją biomasy zawartą w art. 2b dyrektywy
2001/77/WE [8], brzmi następująco: „Biomasa – stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub
zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej
oraz leśnej, a także z przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które
ulegają biodegradacji”.
1
Polska posiada duże zasoby bioenergii. Największe możliwości produkcji energii daje słoma zbóż i
rzepaku, odpady z przemysłu rolno-spożywczego i odpady drewna leśnego, jak również plantacje roślin
energetycznych. Spośród wielu możliwych do uprawy w klimacie Polski roślin energetycznych, wierzba
wiciowa (Salix viminalis L.) jest zdecydowanie najpopularniejszą rośliną uprawianą w Polsce [9].
Lokalizację plantacji roślin energetycznych w Polsce przedstawiono na Rys. 1. Warto zaznaczyć, iż
wiele plantacji uprawiajacych biomasę „na potrzeby własne” ma powierzchnię około 1-2 ha. Największy areał
pod uprawy roślin energetycznych przeznaczany jest w Polsce północno-zachodniej (zachodniopomorskie),
południowo-zachodniej (dolnośląskie, opolskie).
W Polsce zakłada się głównie plantacje wierzby energetycznej, ale podejmowane są próby
wykorzystania również innych roślin energetycznych. Przykładowo, niedaleko Gdańska, w miejscowości Nowy
Dwór Gdański, założono plantację malwy pensylwańskiej (Sida hermaphrodita) o powierzchni 750 ha. Plantacja
zasila w bioenergię ciepłownię miejską w Nowym Dworze Gdańskim o mocy 15 MW [10].
Rys. 2. Plantacje roślin energetycznych w Polsce [11]
Rynek peletów i brykietów w Polsce rozwija się dosyć dobrze; zakres zastosowań peletów i brykietów
obejmuje sektory: użytkowników indywidualnych i komunalnych oraz energetykę przemysłową i zawodową,
nadają się one bowiem do zasilania małych kotłów ciepłowniczych, kotłów rusztowych, kotłów fluidalnych oraz
do kotłów pyłowych. Duże znaczenie ma eksport, na przykład w 2005 r. wyprodukowano ponad 200 000 Mg
peletów, z czego 175 000 Mg na eksport. Rosnącemu eksportowi peletów i brykietów nadal nie dorównuje
rozwój własnego, krajowego rynku [12]. Brak rozwiniętej sieci dystrybucji i informacji o produkcie oraz jego
cenie i jakości powoduje, że pelety i brykiety zalegają w magazynach w jednej części kraju, podczas gdy istnieje
na nie zapotrzebowanie w innym rejonach. Zakłady produkujące pelety i brykiety zlokalizowane są na terenach,
gdzie dominują uprawy rolnicze (w tym rośliny energetyczne) i leśne. Najwięcej producentów biomasy ma
swoje zakłady w okolicach Szczecinka, Poznania i Opola [12].
Spalanie i współspalanie biomasy
Wykorzystanie drewna na cele opałowe ma w Polsce długą tradycję, zwłaszcza jeśli chodzi o spalanie
drewna w indywidualnych kotłowniach małej mocy. Liczbę gospodarstw indywidualnych wyposażonych w
kotły na drewno ładowanych ręcznie szacuje się na około 100 tysięcy, przy czym ich moc jest rzędu kilku kW
[13]. Ciepłownie wykorzystujące biomasę znajdują się głównie w północnej części Polski (Rys. 3). Największe
ciepłownie na biomasę znajdują się w okolicach Szczecinka, w Barlinku, w Brodnicy, w Morągu, w Hajnówce i
w Piszu. W Piszu znajduje się największa kotłownia na biomasę – pracują tam 4 kotły typu POLYTECHNIK o
łącznej mocy 21 MW i sprawności 87,4% [14]. Kotłownia wykorzystuje zrębki, wióry, wióro-zrębki, klepkę
drzewną, zrzyny, trociny, odpady z palet i wierzbę energetyczną [15]. Podobny rodzaj biomasy wykorzystywany
jest w większości kotłowni w Polsce. Przykładem innego paliwa są szyszki spalane w wytłuszczarni w
Nadleśnictwie Białogard (niedaleko Szczecinka). Roczne spalanie szyszek 300-400 ton szyszek [10]. Z kolei w
zakładzie celulozowo-papierniczym International Paper Kwidzyn S.A. wykorzystywany jest kocioł sodowy
2
spalający ługi powarzelne. Kocioł ma moc cieplną 204 MWt. W skojarzeniu z produkcją ciepła produkowana
jest także energia elektryczna. Przykładowo, w pierwszym kwartale 2005 r. wyprodukowano w IP Kwidzyn 45
653 MWh energii elektrycznej z biomasy. W Polsce wykorzystywane są również suche pestki owoców i ziarno
zbóż, głównie owsa. Koszty ogrzewania ziarnem są dwukrotnie niższe od opalania gazem, a trzykrotnie od
opalania węglem [16].
Rys. 3. Spalanie i współspalanie biomasy [17]
Produkcja biopaliw i biokomponentów w Polsce
Od 2006 roku obowiązuje w Polsce Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach
ciekłych [18], która w sposób jednoznaczny definiuje pojęcie biopaliw. W myśl ustawy za biopaliwa ciekłe
uznane zostały:
 benzyny silnikowe zawierające powyżej 5,0% objętościowo biokomponentów lub powyżej 15,0%
objętościowo eterów,
 olej napędowy zawierający powyżej 5,0% objętościowo biokomponentów,
 ester, bioetanol, biometanol, dimetyloeter oraz czysty olej roślinny – stanowiące samoistne paliwa,
 biogaz – gaz pozyskany z biomasy,
 biowodór – wodór pozyskiwany z biomasy,
 biopaliwa syntetyczne – syntetyczne węglowodory lub mieszanki syntetycznych węglowodorów,
wytwarzane z biomasy, stanowiące samoistne paliwa.
Spośród roślin oleistych uprawianych na cele spożywcze i motoryzacyjne zdecydowane pierwsze
miejsce w Polsce zajmuje rzepak (Brassica napus L.) [19].
W Polsce stosuje się trzy podstawowe technologie olejarskie, uzależnione od skali uzysku produktu
finalnego. Duże olejarnie przemysłowe stosują technologię polegającą na wstępnym tłoczeniu oleju przy
pomocy pras ślimakowych z ziarna uprzednio poddanego kondycjonowaniu w prażalni. Drugim etapem jest
ekstrakcja pozostałej części oleju z wytłoku przy pomocy rozpuszczalnika (heksan i benzyny lekkie).
Technologia ta pozwala na uzyskanie trzech produktów końcowych: oleju surowego, oleju poekstrakcyjnego
oraz śruty poekstrakcyjnej. Wskaźnik uzysku oleju otrzymanego w przypadku tej technologii waha się w
granicach 0,41-0,42. Zdolności przerobowe olejarni wykorzystujących technologię klasyczną zawierają się w
granicach 200-700 ton rzepaku na dobę. Technologia klasyczna posiada jednak pewne wady. Śruta
poekstrakcyjna ma zdecydowanie mniejszą przydatność paszową ze względu na silnie zdenaturowane białko
oraz zawiera resztki rozpuszczalnika [20]. Największe zakłady wytwarzające olej rzepakowy z przeznaczeniem
na cele paliwowe znajdują się w Kruszwicy i Szamotułach (Rys. 4).
3
Olejarnie małe, o zdolnościach przerobowych około 50 ton na dobę, stosują proces jedno- lub
dwustopniowego tłoczenia na gorąco oleju z nasion rzepaku. Przed przystąpieniem do procesu właściwego
tłoczenia, nasiona są odpowiednio rozdrabniane oraz kondycjonowane. W efekcie otrzymuje się olej surowy
oraz wytłok. W przeciwieństwie do technologii klasycznej, technologia tłoczenia końcowego na gorąco jest
proekologiczna, a walory paszowe wytłoku są zdecydowanie większe (wyższa zawartość białka
rozpuszczalnego, wyższa wartość energetyczna, brak resztek rozpuszczalnika) [21].
Olejarnie bardzo małe, mające zdolności przerobowe 1-15 ton na dobę, tzw. miniolejarnie wykorzystują
technologię końcowego tłoczenia na zimno, stosując proces jedno lub dwustopniowy po uprzednim częściowym
rozdrobnieniu nasion i podgrzaniu ich do temperatury nie wyższej niż 45°C [19].
Proces otrzymywania oleju rzepakowego jako surowca do produkcji estrów oleju rzepakowego, składa
się z trzech podstawowych operacji technologicznych: rozdrabnianie nasion rzepaku, tłoczenie oleju, filtracja
oleju. Zabiegi te mogą być prowadzone w małych olejarniach o niewielkich zdolnościach przerobowych, tj. 0,10,5 t nasion na godzinę, jak również w olejarniach przemysłowych o znacznie większej wydajności osiągających
nawet 50 000 ton rocznie. W zakładach olejarskich o dużych zdolnościach przerobowych proces pozyskiwania
oleju z nasion jest wzbogacony w dodatkowe procesy: ekstrakcję, bielenie i ponowną filtrację [20].
W Polsce proces transestryfikacji prowadzi się najczęściej z wykorzystaniem metanolu i katalizatora
[17].
Tradycje gorzelnictwa w Polsce sięgają XVI wieku. W 2000 roku w Polsce pracowało około 900
gorzelni, jednak ich liczba w ostatnim czasie spadła do około 150. Większość wyrobów alkoholowych
produkowana jest w gorzelniach rolniczych, zlokalizowanych w rejonach o dużej produkcji ziemniaków.
Zdolność produkcyjna wszystkich gorzelni w Polsce wynosi około 400 mln dm 3 spirytusu rocznie. Natomiast
zapotrzebowanie na spirytus dla przemysłu i dla celów konsumpcyjnych nie przekracza 250 mln dm 3. Istnieją
więc przesłanki przemawiające za rozpowszechnieniem dodatku spirytusu do benzyny silnikowej [17].
Obecnie największe zakłady wytwarzające bioetanol znajdują się w Obornikach, Wrocławiu, Nysie,
Trzebini i Czechowicach-Dziedzicach (Rys. 4). Miastem, które jako pierwsze wprowadziło bioetanol w 2007
roku był Słupsk [22].
Rys. 4. Producenci biopaliw i biokomponentów w Polsce [17]
Pozyskiwanie biogazu w Polsce
Substraty do pozyskiwania biogazu w Polsce to najczęściej osad surowy i osad nadmierny z
oczyszczalni ścieków, odpady komunalne (składowiska odpadów), odpady przemysłu spożywczego [23].
Pierwsze biogazownie w Polsce zaczęły powstawać przed II wojną światową, na szerszą skalę buduje się je od
drugiej połowie lat 90-tych XX wieku. Jedną z pierwszych profesjonalnych biogazowni na oczyszczalni ścieków
uruchomiono w 1998 r. w Inowrocławiu (moc elektryczna 320 kW, moc cieplna 540 kW). Natomiast jedną z
pierwszych biogazowni wykorzystujących gaz wysypiskowy była, uruchomiona w 1996 r., instalacja w
Braniewie (na północy Polski). Gaz służy tam do produkcji ciepła – instalacja o mocy 1,3 MW zapewnia
ogrzewanie i ciepłą wodę dla 65% mieszkańców 18-tysięcznego miasta [24]. Obecnie znaczącego Polsce pracuje
około 150 biogazowni (Rys. 5).
4
Mimo znaczącego wzrostu liczby biogazowni w ostatnich latach, ten rodzaj energii jest nadal
wykorzystywany w niewielkim stopniu. W Polsce działa około 1700 oczyszczalni przemysłowych i około 1500
oczyszczalni komunalnych, co oznacza że zaledwie 1% oczyszczalni zagospodarowuje powstający biogaz. Ze
względów technologicznych nie wszystkie obiekty nadają się do produkcji biogazu, lecz baza do modernizacji i
wykorzystania pozostaje nadal ogromna. To samo dotyczy składowisk odpadów – w Polsce możliwe jest do
pozyskiwania ok. 135–145 mln m3 gazu rocznie tylko ze składowisk komunalnych [24].
Aktualnie w Polsce pracuje 8 biogazowni rolniczych (Rys. 5), kolejne 3 są w fazie rozruchu [17].
Pierwsza biogazownia rolnicza o mocy 725 kW została oddana do użytku w czerwcu 2005 r. w Pawłówku.
Potencjał sektora rolniczego jest również ogromny, pełne wykorzystanie odpadów rolno-spożywczych w Polsce
znacząco ograniczyłoby import gazu ziemnego.
Wdrażanie programów budowy biogazowni zapewni większe bezpieczeństwo energetyczne, rozwój
infrastruktury, powstanie nowych miejsc pracy oraz rynek zbytu dla lokalnej produkcji rolnej. Budowa
biogazowni w Polsce staje się przedsięwzięciem czysto biznesowym, korzystnym zarówno dla inwestorów, firm
budowlanych, jak i sektora rolno-spożywczego jako dostawcy surowców do produkcji biogazu.
Rys. 5. Biogazownie w Polsce Polsce [17].
Podsumowanie
Polska jako kraj rolniczy powinna rozwijać technologie oparte na biomasie, biopaliwach i biogazie.
Potencjalnych inwestorów Polsce odstraszają wysokie początkowe nakłady inwestycyjne technologii OZE,
wysokie koszty przygotowania inwestycji w stosunku do kosztów eksploatacyjnych oraz brak precyzyjnie
zdefiniowanych mechanizmów ekonomicznych i podatkowych w budżecie państwa i polityce finansowej oraz
strategii, programów i harmonogramu wydatkowania środków z funduszy ekologicznych i parabudżetowych,
zniechęcają inwestorów i utrudniają stabilny rozwój sektora po najniższych kosztach. W otrzymanych przez
autorów ankietach respondenci podkreślają, że wsparcie ze strony władz jest zbyt małe, brakuje szkoleń,
warsztatów dla producentów bioenergii, szerokiej promocji. Mimo wielu przeciwności, producenci bioenergii w
Polsce planują rozszerzyć swoją działalność w najbliższych latach.
Instalacje wykorzystujące odnawialne źródła energii (OZE) w Polsce z natury swojej mają charakter
lokalny i nie wymagają tworzenia scentralizowanej infrastruktury technicznej. Jako małe i rozproszone
technologie naturalnie wpisują się w politykę, strategię i plany rozwoju Unii Europejskiej, jak również
regionalnego i lokalnego.
Literatura
[1] B. Igliński i in., Technologie bioenergetyczne, Wyd. UMK, Toruń 2009.
[2] http://www.bloomberg.com (wejście 28.02.10).
[3] http://www.stat.gov.pl (wejście 22.04.11).
[4] H. Kaliś, Warto inwestować we własne źródła energii, Konferencja „Inwestycje w źródła wytwarzania
energii w przemyśle”, Włocławek, 30.03.2011.
[5] http://www.iea.org (wejście 15.04.11).
5
[6] A. Słupczewski, U. Radovic, Koszty zewnętrzne wytwarzania energii elektrycznej w Polsce, Biuletyn
Miesięczny PSE, 14-29, styczeń 2006.
[7] Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 r. w sprawie szczegółowego zakresu
obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii, Dz. U. Nr
267, poz. 2656.
[8] Dyrektywa 2001/77/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 września 2001 r. w sprawie wspierania
produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych, Dziennik
Urzędowy Wspólnot Europejskich, L 283/33.
[9] E. Gańko, Potencjał techniczny produkcji roślin na cele energetyczne w Polsce, materiały XII Konferencji
Naukowej „Uprawa roślin energetycznych a wykorzystanie rolniczej przestrzeni produkcyjnej w Polsce”,
Puławy 2008.
[10] http://www.eo.org.pl (wejście 12.08.10).
[11] D. Szamańska, J. Chodowska-Miszczuk, Endpgenous resources utilization of rurar areas In shaping
sustainable development in Poland, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15. 1497-1501, 2011.
[12] M. Jakubiak, W. Kortylewski, Pelety podstawowym biopaliwem dla energetyki, Archiwum Spalania 8 (34), 108-118, 2008.
[13] P. Gradziuk (red.), Biopaliwa, Wyd. „Wieś Jutra”, Warszawa 2003.
[14] H. Poślednik, Ciepłownie w Piszu – rok doświadczeń, Czysta Energia 2, 22-26, 2005.
[15] P. Sołowiej, K. Nalepa, M. Neugebauer, Analiza energetyczno-ekonomiczna produkcji energii cieplnej w
kotłowniach na zrębki drewna, Inżynieria Rolnicza 2(100), 263-267, 2008.
[16] http://www.biomasa.org (wejście 06.04.11).
[17] Igliński B., Iglińska A., Kujawski W., Buczkowski R., Cichosz M., Bioenergy in Poland, Renewable and
Sustainable Energy Reviews 15, 2999-3007, 2011.
[18] Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych, Dziennik Ustaw z 2006 r. Nr
169 poz. 1199.
[19] J. Tys i in, Technologie i ekonomiczne uwarunkowania produkcji biopaliwa z rzeaku, Rozprawy i
Monografie, Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN, Lublin 2003.
[20] J. Krzymański (red.), Olej rzepakowy – nowy surowiec, nowa prawda, Polskie Stowarzyszenie
Producentów Oleju, Warszawa 2009.
[21] G. Wiśniewski (red.), Ocena stanu i perspektywy produkcji krajowej urządzeń dla energetyki odnawialnej,
EC BREC, Warszawa 2007.
[22] http://www.autoflesz.pl/artykuly/490,Bioetanol_pierwsze_autobusy_w_Polsce_dla_Slupska.html (wejście
12.11.10).
[23] A. Oniszak- Popławska; M. Zowsik; G. Wiśniewski, Produkcja i wykorzystanie biogazu rolniczego, EC
BREC/ IBMER, Warszawa 2003.
[24] J. Krzak, Biogazownie w Polsce – niedocenione źródło energii, INFOS 4(51), 1-4, 2009.
6