Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem

Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 98
Transport
2013
Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski
Instytut Transportu Samochodowego w Warszawie
CZYNNIKI ROZWOJU TRANSPORTU MIEJSKIEGO
ZASILANEGO BIOMETANEM
Rkopis dostarczono, maj 2013
Streszczenie: W artykule przedstawiono moliwoci produkcji biometanu jako paliwa
transportowego przeznaczonego do autobusów eksploatowanych w polskich miastach, a take
uwarunkowania do jego szerszego wykorzystania jako paliwa do zasilania autobusów komunikacji
miejskiej na wzór wybranych szwedzkich miast wraz z nakreleniem systemów wsparcia dla
biometanu w krajach europejskich. Zaprezentowano perspektywy wykorzystania biometanu
w transporcie miejskim w odniesieniu do istniejcego stanu floty miejskich autobusów gazowych
zasilanych CNG oraz istniejcej infrastruktury CNG.
Sowa kluczowe: biometan, CNG, paliwa gazowe
1. WSTP
Wyczerpywanie si zasobów kopalnych róde energii, a co za tym idzie wzrost cen
paliw konwencjonalnych takich jak benzyna czy olej napdowy, bezpieczestwo
energetyczne oraz uzalenienie od importu paliw, jak równie pogarszajcy si stan
rodowiska i efekt cieplarniany powoduj, e powstaje coraz wicej nowych technologii
wykorzystujcych odnawialne róda energii. W perspektywie rednio- i dugookresowej
niezbdne s istotne zmiany dotyczce rodków transportu w zakresie zapewnienia
“zrównowaonej mobilnoci”, natomiast w horyzoncie krótkookresowym rozwizaniem
moe by wdraanie biopaliw, w tym biogazu oczyszczonego do postaci biometanu, oraz
odnawialnych paliw alternatywnych. Biometan moe by otrzymywany z odpadowej masy
organicznej. Dyrektywa 2009/28/WE wskazuje na korzyci zwizane z wykorzystaniem
odpadów do produkcji paliw transportowych, celem dekarbonizacji sektora
energetycznego i zobowizuje pastwa czonkowskie UE do stosowania paliw
odnawialnych.
Surowy biogaz jest mieszanin metanu (ok. 65%), ditlenku wgla (ok. 35%) a take
innych substancji ladowych. Biogaz jest wytwarzany przez mikroorganizmy z materii
organicznej w wyniku fermentacji metanowej w warunkach beztlenowych. Jak
wspomniano powyej najbardziej odpowiednimi substratami do pozyskiwania biogazu s
176
Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski
odpady rolnicze (biomasa), odpady komunalne z wysypisk, organiczne odpady
przemysowe oraz osad ciekowy z oczyszczalni cieków [2].
Sprony gaz ziemny (Compressed Natural Gas – CNG) ju obecnie jest paliwem
wykorzystywanym w transporcie i rozpowszechnionym na wiecie, szczególnie w
pastwach Ameryki Poudniowej i pastwach azjatyckich.
Doskonaym substytutem stosowanego w transporcie spronego gazu ziemnego CNG
jest uszlachetniony biogaz, czyli biometan pochodzcy z odnawialnych róde energii.
róda te wykorzystywane s w biogazowniach rolniczych, biogazowniach przy
wysypiskach odpadów komunalnych, a take biogazowniach w oczyszczalniach cieków.
Bazuj one na substratach, jakimi s odpady rolnicze i z hodowli, odpady komunalne, a
take cieki komunalne. Na rynku pojawiaj si równie biogazownie wykorzystujce
mieszany surowiec.
Silniki spalinowe zasilane biometanem charakteryzuj si nisz emisj zanieczyszcze
oraz gazów cieplarnianych od silników o zaponie samoczynnym.
2. CNG JAKO PALIWO TRANSPORTOWE W POLSCE
2.1. INFRASTRUKTURA AUTOBUSÓW MIEJSKICH ZASILANYCH
CNG
W Polsce nie istnieje adna instalacja oczyszczajca biogaz do jakoci gazu ziemnego
(biometanu). Jednak z uwagi na:
- wysoki potencja produkcji biogazu (biometanu) w Polsce,
- prnie rozwijajc si infrastruktur instalacji biogazowych przy oczyszczalniach
cieków i wysypiskach odpadów komunalnych i przemysowych,
- dobrze rozwinit infrastruktur rurocigów gazowych,
- to, e ponad 10 polskich miast wykorzystujcych w swoich flotach komunikacji
miejskiej co najmniej 10 autobusów zasilanych spronym gazem ziemnym (CNG),
- moliwo stosowania biometanu w autobusach przystosowanych do zasilania CNG
bez koniecznoci wprowadzania modyfikacji w tych pojazdach,
Zasadnym wydaje si budowa tego typu instalacji i stosowanie biometanu do zasilania
pojazdów komunikacji miejskiej. Caa flota pojazdów zasilanych CNG, eksploatowana
dzi w Polsce, mogaby by zasilana biometanem [10].
Obecnie w 18 polskich miastach i u 21 przewoników eksploatowanych jest okoo 306
autobusów miejskich zasilanych CNG [10]. Tym samym, CNG to najpopularniejsze
paliwo stanowice alternatyw dla oleju napdowego stosowane do zasilania autobusów.
Aktualnie (padziernik 2012) najwiksz liczb autobusów CNG eksploatuje PKM
Tychy – 47 sztuk. Na kolejnych miejscach s MPK Rzeszów – 40 sztuk oraz MPK Radom
– 38 sztuk [10]. Trzy pierwsze miasta eksploatuj cznie 1/3 polskich autobusów CNG.
Na rysunku 1 przedstawiono map Polski, na której oznaczono miasta z najwiksz iloci
autobusów zasilanych CNG.
Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem
177
Rys. 1. Polskie miasta eksploatujce najwiksz ilo autobusów zasilanych CNG [3]
Wszystkie eksploatowane w Polsce autobusy miejskie zasilane spronym gazem
ziemnym (CNG), mog by zasilane take oczyszczonym biogazem (biometanem), bez
koniecznoci dokonywania zmian w budowie ukadu napdowego pojazdu. Potencja do
produkcji biogazu w Polsce jest wystarczajcy do zasilania flot autobusów w kadym z
polskich miast. Liczba biogazowni w Polsce pod koniec marca biecego roku wynosia
207 instalacji, i wci ronie [7]. W kraju biogaz jest uywany tylko do produkcji ciepa i
energii elektrycznej.
Autorzy artykuu oszacowali, e w przypadku powstania w Polsce instalacji do
oczyszczania biogazu do jakoci biometanu i przy wykorzystaniu potencjau istniejcej
infrastruktury instalacji biogazowych rolniczych, wysypiskowych i przy oczyszczalniach
cieków, wiele z polskich miast bdzie miao zapewnion wystarczajc ilo paliwa
biometanowego do zasilania istniejcej infrastruktury autobusowej.
Aktualnie (01.2013) najwikszym potencjaem w dziedzinie moliwoci wykorzystania
biogazu jako paliwa silnikowego charakteryzuj si nastpujce miasta: Tychy,
178
Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski
Wabrzych, Gdynia i Supsk. W Tychach, gdzie aktualnie eksploatowanych jest
47 autobusów zasilanych CNG, przy istniejcej infrastrukturze do produkcji biogazu
mona by zasili biometanem a 92 autobusy. W Wabrzychu, po którego ulicach jedzi
26* autobusów zasilanych CNG, biometanu starczyoby do zasilenia a 111 autobusów.
Równie Supsk, gdzie eksploatowanych jest 10 autobusów zasilanych CNG,
charakteryzuje si duym potencjaem – okoo 78 autobusów mogoby by w peni
zasilanych biometanem. Najlepszym uwarunkowaniem w tym wzgldzie charakteryzuje
si Gdynia, po której ulicach jedzi 14 autobusów zasilanych CNG. Infrastruktura do
produkcji biogazu, znajdujca si w najbliszej okolicy tego miasta, zapewniaby
moliwo zasilenia biometanem a 265 autobusów [3, 10].
2.2. INFRASTRUKTURA CNG DO ZASILANIA AUTOBUSÓW
MIEJSKICH
Wedug stanu na koniec stycznia 2013 roku w Polsce istnieje 24 ogólnodostpnych
stacji CNG. Rozmieszczenie stacji CNG na obszarze Polski jest nierównomierne –
najwiksza koncentracja wystpuje w Polsce poudniowo-wchodniej oraz poudniowozachodniej. Sie stacji na pónocy i w centrum kraju jest stosunkowo sabo rozwinita [8].
Stacje tankowania CNG s zlokalizowane w pobliu dróg krajowych, z czego okoo
20% znajduje si bezporednio przy drogach krajowych. Praktycznie adna ze stacji nie
jest zlokalizowana bezporednio przy drogach ekspresowych lub autostradzie.
Istniejca obecnie w Polsce infrastruktura w zakresie stacji tankowania CNG jest
niewystarczajca, a braki w dostpnoci paliwa stanowi jedn z kluczowych barier
rozwojowych dla rynku NGV i wzrostu zapotrzebowania na CNG. Dla uzyskania 10%
udziau w rynku paliw dla pojazdów pasaerskich niezbdne jest zapewnienie moliwoci
tankowania CNG na co czwartej stacji paliw Polsce. Wzrost dostpnoci CNG moe
nastpi poprzez wprowadzenie tego paliwa do oferty istniejcych stacji paliw (np.
sprzeda CNG odbywa si na niektórych stacjach paliw w Niemczech nalecych do
Polskiego Koncernu Naftowego Orlen) [1].
Szanse na popularyzacj CNG budzi przyjta w 2010 roku „Strategia dziaania GK
PGNiG w zakresie rozwoju rynku gazu ziemnego do napdu pojazdów (CNG)”. Wybrana
opcja strategiczna zakada zaangaowanie firmy w rozwój rynku CNG w Polsce
poprzedzone dziaaniami na rzecz zmiany otoczenia regulacyjnego oraz akcje promocyjne
na rzecz CNG. W przypadku, gdy nie powiedzie si projekt regulacyjny, PGNiG
rozpocznie wycofywanie si z rynku lub utrzyma jego stan obecny. Zamkniciu ulegn
najmniej rentowne stacje. Nie jest to zbyt optymistyczne rozwizanie, ale daje szanse na
wykorzystanie wytwarzanego w biogazowniach metanu i oczyszczenia go do jakoci
CNG. Warunkiem przydatnoci produkowanego przez biogazownie metanu bdzie ich
lokalizacja. Sukces odnios instalacje bdce w pobliu wikszych miast oraz szlaków
komunikacyjnych.
*
Wobec przeksztace wasnociowych komunikacji miejskiej w Wabrzychu warto ta moe ulec zmianie.
Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem
179
3. BIOMETAN JAKO PALIWO TRANSPORTOWE
W EUROPIE
Doskonaym przykadem dla Polski i innych krajów Europejskich w zakresie
wykorzystania biogazu (biometanu) jako paliwa transportowego jest Szwecja. W tym
pastwie biometan z sukcesem stosowany jest w transporcie publicznym jako paliwo,
midzy innymi do zasilania silników autobusów komunikacji miejskiej. Wyznaczonym
celem dla stolicy Szwecji – Sztokholmu w zakresie stosowania odnawialnych róde
energii (OZE) byo zorganizowanie 40% floty autobusowej zasilanej paliwami
z odnawialnych róde energii w 2010 roku, a w 2011 roku – 50%. Zgodnie z prognozami,
w 2025 roku w Sztokholmie caa flota autobusów miejskich zasilana bdzie wycznie tzw.
„paliwami odnawialnymi” (biometan, biodiesel, bioetanol) [6].
Biogaz w Sztokholmie jest produkowany w trzech oczyszczalniach cieków, które
wytwarzaj okoo 8 mln Nm3 biogazu rocznie [5]. Biogaz jest transportowany gównie
w butlach przez butlowozy, z powodu braku sieci gazowej.
Odpowiednie wyposaenie do tankowania biometanu jest dostpne w kilku
sztokholmskich zajezdniach. W 2013 roku w miecie bdzie jedzio okoo 230 autobusów
napdzanych biometanem [6].
W Örebro wszystkie 61 autobusów kursujcych w tym miecie jest napdzanych
biogazem (biometanem). Te pojazdy zuywaj ok. 6 mln Nm3 biogazu (biometanu)
rocznie, a dzienne zuycie paliwa tych autobusów to okoo (7000÷8000) Nm3. Oznacza to,
e roczne zapotrzebowanie na substrat do produkcji biogazu w tym miecie dla autobusów
komunikacji miejskiej jest okoo 50 000 Mg [4]. Substrat dostarczany jest przez dwa
zakady - miejsk oczyszczalni cieków o mocy przerobowej 1,5 mln Nm3 i biogazowni
"Swedish Biogas" o mocy przerobowej 6 mln Nm3. W zwizku z wprowadzeniem
autobusów zasilanych biometanem w miecie Örebro, odnotowano znaczn redukcj
emisji gazów cieplarnianych i zwizków toksycznych. Roczna redukcja emisji CO2 zostaa
zanotowana na poziomie 14 000 Mg, NOx - 21 Mg, SOx - 4 Mg i PM - 2 Mg [4].
3.1. SYSTEMY WSPARCIA DLA BIOMETANU W KRAJACH
EUROPEJSKICH
Wiele rozwiza stymulujcych w skali kraju oraz wspieranie przez wadze regionalne
staj si coraz bardziej popularne i zaliczamy do nich [9]:
- system zielonych certyfikatów,
- zachty finansowe do budowy infrastruktury niezbdnej do wtaczania
biometanu do sieci,
- róne zachty uzalenione od rodzaju surowca uytego do produkcji biogazu,
- zachty do produkcji biogazu z odpadów rolniczych,
- wsparcie bada naukowych nad biogazem,
- dotacje bezporednio dla producentów biogazu,
- zwolnienie biogazu z opodatkowania.
180
Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski
Niektórzy europejscy operatorzy gazu byli niechtni polityce wspierania produkcji
biogazu ze wzgldu na stosunkow ma zdolno produkcji i due koszty inwestycyjne.
Dodatkowo, istniejcy system zielonych certyfikatów promuje stosowanie biogazu do
produkcji energii elektrycznej i ciepa. Obecnie prowadzona przez Uni Europejsk
polityka walki z emisj CO2 poczona z zapewnieniem wtaczania biometanu do
gazocigów, pomog w peni wykorzysta potencja zastosowania ekologicznego biogazu
na europejskim rynku gazowniczym. Ten wypracowany wzór pozwoli wykaza w skali
wiata dla przemysu gazu ziemnego, rzdów i urzdów regulacyjnych potencja
i moliwoci wykorzystania biogazu i biometanu i to w niedalekiej przyszoci. Naley
podkreli, e biometan jest paliwem o maej emisji CO2 w przypadku zastosowania w
pojazdach zasilanych gazem ziemnym w tzw. cyklu „od róda do koa” WTW
(Well-to-Wheel). Zmniejszenia emisji CO2 powinno by dla uczestników rynku oraz
pastwa wystarczajc zacht do wprowadzenia dodatkowych zacht wykorzystania
biometanu w sektorze transportu [9].
4. WNIOSKI
Biogaz produkowany w oczyszczalniach cieków, na wysypiskach odpadów
i biogazowniach rolniczych, oczyszczony do jakoci gazu ziemnego, czyli biometanu
stanowi biopaliwo bdce substytutem gazu ziemnego w silnikach spalinowych i nie tylko.
Duy potencja produkcyjny oczyszczonego biogazu oraz jego dobre waciwoci stanowi
o opacalnoci produkcji.
Wykorzystanie biometanu jako paliwa silnikowego, poza bezporednimi efektami
komercyjnego wykorzystania biometanu jako paliwa, odznacza si równie znacznymi
korzyciami dla rodowiska. Silniki spalinowe zasilane biometanem, w porównaniu do
silników zasilanych olejem napdowym, charakteryzuj si niszym poziomem emisji
zanieczyszcze takich jak czstki stae i wielopiercieniowe wglowodory aromatyczne,
oraz niszym nateniem haasu. Stanowi to szczególnie istotn kwesti w przypadku
zastosowania go jako paliwa w komunikacji miejskiej.
Obecna polityka promuje biogaz do produkcji energii elektrycznej i ciepa. Chcc
zmieni t sytuacj potrzebne bd wielopaszczyznowe dziaania rzdu.
Rozwój technologii produkcji biometanu stosowanego w transporcie drogowym jest
wanym czynnikiem warunkujcym rozwój biogazowni rolniczych oraz odpowiednie
wykorzystywanie surowców i odpadów rolniczych. Biogaz (biometan) moe by równie
wykorzystywany przez silniki spalinowe w zastosowaniach rolniczych. wiatowe
dowiadczania (m. in. skandynawskie, niemieckie czy amerykaskie) jasno pokazuj
wielki potencja tej technologii.
Liderem w zakresie produkcji biogazu, jako paliwa transportowego jest niewtpliwie
Szwecja, gdzie autobusy komunikacji miejskiej w Sztokholmie, Örebro i innych miastach
(ich liczba siga ok. 2000 autobusów) s napdzane bardzo czsto paliwami pochodzcymi
ze róde odnawialnych, w tym biometanem. Szwedzkie rozwizania s wietnym wzorem
do naladowania dla innych pastw europejskich, midzy innymi dla Polski, która dopiero
rozpoczyna swoj drog w wykorzystywaniu biometanu jako paliwa transportowego.
Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem
181
Zainteresowanie oczyszczonym biogazem i jego produkcj w Polsce i Unii Europejskiej
wzrasta, z uwagi na moliwoci utylizacji odpadów komunalnych, osadu ciekowego
i odpadów rolniczych, jak równie ze wzgldu na realizacj wytycznych Dyrektywy
2009/28/EC w sprawie promowania stosowania energii ze róde odnawialnych.
Bibliografia
1. Biernat K. Gis W., Grzelak P., ótowski A.: Analysis of the biomethane didtribution possibilities in
Poland, COMBUSTION ENGINES (SILNIKI SPALINOWE), No. 1/2012 (148), PTNSS-2012-SS1-123,
Bielsko-Biaa 2012.
2. Biernat K., Dzioak P.L., Gis. W., ótowski A.: The Baltic Biogas Foresight: Desk study on wider range
of biogas production options and experiences including production potential scenarios for the Baltic Sea
Region, Final Report in WP4 “Securing biogas supply” in Baltic Biogas Bus project, September 2012.
3. Bocheska A., Gis W., Grzelak P., ótowski A., Analiza moliwoci zasilania biometanem autobusów
komunikacji miejskiej w Polsce, Sprawozdanie z realizacji pracy statutowej nr 6228/CO, Instytut
Transportu Samochodowego, stycze 2013.
4. Gis W., Wakiewicz J., ótowski A.: Examples of strategy use of biogas in public transportation,
Seminarium projektu Baltic Biogas Bus, Wabrzych, wrzesie 2010.
5. Hallgren L.: Biogas in Stockholm Public Transport – strategies & policies, Conference “Biogas as
vehicle fuel”, Saint-Petersburg, Russia, November 2010.
6. Hallgren L.: The introduction of biogas buses in Stockholm, Baltic Biogas Bus –Seminar, St. Petersburg,
Russia, October 2011.
7. Mapa Odnawialnych róde Energii, przygotowana przez Urzd Regulacji Energetyki, aktualizacja na
31 marca 2012: http://www.ure.gov.pl/uremapoze/mapa.html.
8. www.cng.auto.pl: Mapa stacji CNG w Polsce, stycze 2013.
9. www.cng.auto.pl: Wdroenie biometanu dla europejskich pojazdów zasilanych gazem ziemnym, opinia
doktora Jeffrey'a M. Seisler'a, prezesa Clean Fuels Consulting: Ju czas na poczenie europejskiej
polityki na rzecz biopaliw z potencjaem rynku pojazdów zasilanych gazem ziemnym (NGV),
09.10.2010, ngvglobal.com.
10. www.cng.auto.pl: Wykaz autobusów na CNG w Polsce, padziernik 2012.
DEVELOPMENT FACTORS OF CITY TRANSPORT POWERED BY BIOMETHANE
Summary: The paper presents the possibility of biomethane production as a transport fuel for buses in
Polish cities, as well as the conditions for its wider use as a vehicle fuel on the example of selected Swedish
cities with an indication of support systems for biomethane in European countries. There were presented the
opportunities for use the biomethane in urban transport concerning the existing fleet of CNG city buses and
existing CNG infrastructure. There were also conducted an assessment of the benefits, especially the
environmental ones, of use of gaseous fuels for these applications.
Keywords: biomethane, CNG, gas fuels