Biomasa w Polsce - wykorzystanie i rola

Wykorzystanie biomasy na świecie i w Europie

Biomasa jest źródłem energii, które jest wykorzystywane od początku ludzkości. Światowe zasoby biomasy ocenia się na 44*1010 EJ, z czego wykorzystuje się jedynie 1/6 tej wartości. Udział energii pozyskiwanej z biomasy to obecnie ok. 15% procent światowego zużycia, jednak wskaźnik ten jest większy w przypadku krajów rozwijających (wynosi tam ok. 38% ogólnej produkcji energii). Co ważne, także w skali europejskiej biomasa nie tylko odgrywa istotną rolę jako odnawialne źródło energii, ale i posiada największy potencjał rozwojowy w średnim i długim horyzoncie czasowym.

Największym atutem tego odnawialnego źródła energii, który ma wpływ na jego popularność, jest jego dostępność (zasoby te są szacowane są na największe na świecie). Nie ma specjalnych ograniczeń występowania biomasy, ponieważ różnego rodzaju materia organiczna znajduje się praktycznie w każdym miejscu globu. Przy czym należy podkreślić, że w strukturze energetycznego wykorzystania biomasy w UE dominuje wykorzystywane bioenergii do produkcji ciepła procesowego dla przemysłu oraz ciepła niskotemperaturowego (92%).

Wykorzystanie biomasy w Polsce

W Polsce natomiast pomimo tego, że z roku na rok, łączna moc zainstalowana odnawialnych źródeł energii jest coraz większa (na koniec grudnia 2020 roku wyniosła 12,5 GW), to i tak elektrownie na biomasę i elektrownie na biogaz zajmują dopiero czwartą i piątą pozycję zaraz za elektrowniami wiatrowymi (6.401,9 MW) fotowoltaiką (3.960 MW) i elektrowniami wodnymi (974,1 MW). W przypadku elektrowni na biomasę moc zainstalowana to 906,7 MW, natomiast w przypadku elektrowni na biogaz moc zainstalowana to 247,7 MW. Tak więc, udział biomasy w strukturze mocy OZE wynosił w 2020 roku jedynie 7%, natomiast biogazu 2%:

Struktura mocy OZE w grudniu 2020 na podstawie danych Agencji Rynku Energii (opracowanie enerad.pl)

W 2020 roku łączna moc zainstalowana we wszystkich źródłach OZE wzrosła o ok. 30% do roku 2019. Przy czym najwięcej aktywów OZE przybyło w fotowoltaice, w przypadku której nastąpił 158-procentowy wzrost (rynek napędziły zwłaszcza mikroinstalacje fotowoltaiczne, wspierane przez programy Mój Prąd i Czyste Powietrze). Natomiast dla energetyki wiatrowej wzrost ten wyniósł 8,3%, elektrowni biogazowych - 6,7%, elektrowni biomasowych - 0,4%, zaś energetyki wodnej - 0,3%.

Co to jest biomasa?

Jak już wiemy, biomasa jest nie tylko najstarszym, ale i najszerzej wykorzystywanym współcześnie odnawialny źródłem energii (zbieranie drewna, czy chrustu na opał w celu „produkcji” energii cieplnej było wykorzystywane już od setek tysięcy lat). Biomasa w szerszym pojęciu to cała istniejąca na ziemi materia organiczna, do której zalicza się m.in. surowce pochodzenia roślinnego i zwierzęcego ulegające biodegradacji.

Oceany, lasy, łąki, to zatem miejsca, w których na okrągło trwa jej “produkcja”. Aby wykorzystać ją do celów energetycznych trzeba przeprowadzać pewne działania, które mają na celu intensyfikację produkcji (nawadnianie, nawożenie, czy ochrona przed szkodnikami). Obecnie o biomasie mówi się jednak głównie jako o najłatwiejszym do pozyskania odnawialnym źródle energii. Przy czym mowa tu przede wszystkim nie tylko o odpadach i pozostałościach z produkcji rolnej, leśnej i powiązanych gałęzi przemysłu, (w tym rybołówstwa, akwakultury) ale i o biogazach oraz ulegającej biodegradacji frakcji odpadów przemysłowych i komunalnych.

Zgodnie z treścią znowelizowanego art. 2 pkt 3 ustawy z 7 czerwca 2018 roku o odnawialnych źródłach energii pod pojęciem biomasy rozumieć należy:

Ulegającą biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa, w tym substancje roślinne i zwierzęce, leśnictwa i związanych działów przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, przetworzoną biomasę, w szczególności w postaci brykietu, peletu, toryfikatu i biowęgla, a także ulegającą biodegradacji część odpadów przemysłowych lub komunalnych pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, w tym odpadów z instalacji do przetwarzania odpadów oraz odpadów z uzdatniania wody i oczyszczania ścieków, w szczególności osadów ściekowych, zgodnie z przepisami o odpadach w zakresie kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów.

Biomasa może być wykorzystywana energetycznie na trzy sposoby

Od pewnego już czasu biomasę wykorzystuje się jako atrakcyjną alternatywę dla węgla, głównie z uwagi na mniejszą ilość wytwarzanych zanieczyszczeń. Charakteryzuje się ona bowiem nie tylko zerowym bilansem emisji CO2, ale i niższą niż w przypadku spalania paliw kopalnych emisją dwutlenku siarki, tlenku węgla, czy tlenków azotu. Co ważne, biomasa może być wykorzystywana energetycznie na trzy zasadnicze sposoby:

• pierwszy to spalanie bezpośrednie w kotłach (drewno, słoma, pellet, zrębki);
• drugi to współspalanie z konwencjonalnymi nośnikami energii (węgiel, olej opałowy, gaz);
• trzeci to spalanie produktów powstałych z przetwarzania biomasy - fermentacji czy estryfikacji (biogaz, biodiesel, metanol, etanol).

Jaka jest sprawność biomasy?

Wartość kaloryczna biomasy jest dwukrotnie niższa niż węgla. Przyjmuje się, że 1 Mg węgla kamiennego jest równy energetycznie 2 Mg suchej biomasy. Natomiast wartość opałowa drewna, czy słomy wynosi 10-14 Mj/kg (w przypadku węgla kamiennego jest to 25 Mj/kg). Bezpośrednie spalanie biomasy w kotłach parowych osiąga sprawność ok 70%, zaś dalsze przetwarzanie na energię elektryczną w obiegu parowym posiada sprawność 20%.

Jak produkowana jest biomasa?

Otóż poprzez proces fotosyntezy, który wszyscy pamiętamy z lekcji biologii, energia słoneczna akumulowana jest w biomasie. Na początku ma to miejsce w organizmach roślinnych, następnie zaś w zwierzęcych. Później z kolei energia zawarta w biomasie wykorzystywana jest przez ludzi w konkretnych celach. Proces ten polega na przetwarzaniu energii zawartej w biomasie w inne formy energii. Może to odbywać się poprzez spalanie samej biomasy lub też produktów jej rozkładu, w wyniku czego uzyskuje się ciepło (wykorzystywane m.in. do ogrzewania naszych domów), które w dalszej kolejności może być przetworzone na inne rodzaje energii, w tym energię elektryczną.

Jak przebiega proces pozyskiwania energii cieplnej i energii elektrycznej z biomasy?

Sam proces pozyskiwanie energii cieplnej z biomasy w praktyce składa się z trzech głównych elementów zamkniętego pierwszego obiegu, wymiennika ciepła i zamkniętego drugiego obiegu. W pierwszym z nich płynie woda ogrzewana, dzięki spalaniu biomasy, skąd trafia do wymiennika ciepła, w którym energii jest oddawana do drugiego obiegu (to właśnie w tym ostatnim elemencie płynie woda dostarczana np. do budynków). Po ochłodzeniu zaś woda z obiegu pierwszego z powrotem trafia do kotła, a cały ten proces rozpoczyna się na nowo.

Natomiast w przypadku pozyskiwania energii elektrycznej z biomasy cały proces rozpoczyna się od podgrzania wody w kotle do bardzo wysokiej temperatury (tak jak ma to miejsce w pozyskiwaniu energii cieplnej, czyli poprzez spalanie biomasy), co powoduje wzrost ciśnienia. Następnie zaś woda trafia do turbiny, gdzie energia cieplna przekształcona zostaje w mechaniczną. W dalszej kolejności zaś generator przekształca ją w elektrownię elektryczną, która trafia do gospodarstw domowych, czy zakładów przemysłowych.

Co ważne, biomasa może być wyrażana w jednostkach wagowych (np. gram lub kilogram) lub też w przeliczeniu na węgiel organiczny lub w jednostkach energii (kaloria, dżul). Jednak nie tylko bowiem może być również wyrażana w postaci:

• świeżej masy (organizmów żywych lub naturalna masa organizmów żywych);
• suchej masy (masa organizmów żywych po wysuszeniu lub odparowaniu wody).

Przy czym pomiar biomasy pozwala obliczyć produkcję biologiczną poszczególnych jednostek organizacji biologicznej (osobnika, populacji, biocenozy, ekosystemu, biomu czy też całej biosfery.

Metody wykorzystania energetycznego biomasy

Zasadniczo wyróżnia się trzy procesy termiczne stosowane do otrzymywania użytkowych form energii z biomasy. Przy czym każdy z nich charakteryzuje się odmienną dynamiką przemian struktury chemicznej paliwa stałego. Należą do nich:

• spalanie, które jest najstarszym procesem uzyskiwania energii użytecznej z biomasy. Proces ten przebiega zasadniczo w trzech etapach (suszenia, gazyfikacji i spalania oraz dopalania powstałego karbonizatu). Obecnie największy w Polsce kocioł opalany biomasą znajduje się w Elektrowni Połaniec;
• piroliza - proces ten można zdefiniować jako termiczny rozpad paliwa w warunkach podstechiometrycznych, a jego produktami są gaz drzewny, węgiel drzewny oraz substancje smoliste (piroliza jest często wykorzystywana podczas utylizacji odpadów);
• zgazowanie - oprócz bezpośredniego spalania wysuszonej biomasy, energię pochodzącą z biomasy uzyskuje się również poprzez zgazowanie, czyli przetworzenie biomasy na gaz syntezowy. Podobnie jak w przypadku spalania, również ten proces można podzielić na trzy etapy (spalanie, pirolizę i zgazowanie).

Jakie są rodzaje biomasy?

W celach energetycznych najczęściej wykorzystuje się przedstawione poniżej rodzaje biomasy:

• drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpadowe;
• słoma, makuchy i inne odpady produkcji rolniczej;
• rośliny energetyczne (w tym wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych);
• odpady organiczne np. wysłodki buraczane, łodygi kukurydzy, trawy, lucerny;
• oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce;
• odpady komunalne;
• osady ściekowe;
• odchody zwierząt (obornik, gnojówka i gnojowica są surowcem do produkcji biogazu, z pozostałości po fermentacji wytwarza się nawóz);

Biomasa - rośliny z upraw energetycznych

Biomasą są nie tylko odpady, ale również rośliny hodowane w celu pozyskiwania energii. Pozwalają one na wykorzystanie nieużytków. Kryteria, które musi spełniać roślina, aby miała przeznaczenie energetyczne to: duży przyrost roczny, wysoka wartość opałowa, znaczna odporność na choroby i szkodniki oraz niewielkie wymagania glebowe. Czy dużo jest takich roślin? Okazuje się, że potencjalny inwestor - producent biomasy ma spory wybór:

• rośliny uprawne roczne, np. zboża, konopie, kukurydza, rzepak, słonecznik, sorgo sudańskie, trzcina;
• wieloletnie byliny dwuliścienne, np. topinambur, ślazowiec pensylwański, rdesty, róża;
• rośliny drzewiaste szybkiej rotacji, np. topola, wierzba wiciowa, osika, eukaliptus, rokrocznie plonujące oraz trawy wieloletnie, takie jak miskanty (miskant olbrzymi, miskant cukrowy) trzcina, mozga trzcinowata, trzcina laskowa, proso rózgowe, spartina preriowa i palczatka Gerarda.

Jedną z najpopularniejszych roślin energetycznych jest wierzba wiciowa. Sadzi się sadzonki
o długości 25 cm i średnicy powyżej 7 mm. Najkorzystniejszy jest zbiór drewna co trzy lata. (wykonywany od połowy listopada do końca marca - czyli w sezonie martwym dla rolnictwa). Z 1 ha można uzyskać rocznie ok. 10-15 ton suchej masy. Plantację można użytkować do 25 lat.

Klasyfikacja biomasy

Biomasę można klasyfikować według różnych kryteriów, w tym m.in. ze względu na stan skupienia, stopień przetworzenia, czy też kierunek pochodzenia.

1. Klasyfikacja biomasy według stanu skupienia

Jest to podstawowa klasyfikacja biomasy, w ramach której wyróżnia się:

Biomasę w formie stałej

Jest to najczęściej występująca i wykorzystywana forma biomasy do produkcji ciepła i energii elektrycznej w procesach bezpośredniego spalania, zgazowania i pirolizy. Pozyskuje się ją przede wszystkim z drzew oraz roślin energetycznych, które po zbiorach używane są w formie surowej biomasy lub poddawane są określonej obróbce. Drewno z drzew może być użyte jako drewno opałowe albo trafić do obróbki przemysłowej, np. do fabryk papieru czy mebli. Odpady, z nich mogą być użyte dalej jako biomasa wykorzystywana do produkcji energii. Do najpopularniejszych form obróbki pozostałości przemysłowych należą:

• brykiet, który może być wytwarzany z każdego rodzaju fitomasy, najczęściej jednak wykorzystuje się do tego słomę i rozdrobnione odpady drzewne, takie jak: trociny, wióry i zrębki drzewne;
• pellet drzewny jest dużo drobniejszy niż brykiet, ale właściwości grzewcze oba te produkty mają zbliżone (ich wartość kaloryczna jest podobn). Pellet powstaje ze sprasowania trocin i wiórów, które powstają podczas prac tartacznych oraz innych działań związanych z obrabianiem produktów drzewnych. Może być produkowany w rozmaitych odmianach i stopniach spalania. W zależności od przeznaczenia jego użycia, inny pellet stosuje się zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w elektrowniach, elektrociepłowniach, czy też małych kotłowniach należących do szkół, piekarni i zakładów produkcyjnych.

Biomasę w formie ciekłej

Najważniejszym rodzajem biomasy w formie ciekłej są płynne biopaliwa wykorzystywane głównie w transporcie. Zalicza się do nich: oleje roślinne i bioolej produkowany przy użyciu procesu szybkiej pirolizy, biodiesel oraz alkohole. Odgrywającą obecnie największą rolę, formą ciekłej biomasy są alkohole produkowane z roślin o dużej zawartości cukrów oraz paliwo produkowane z roślin oleistych czyli biodiesel. Do produkcji biodiesla najlepiej sprawdzają się z rośliny oleiste (rzepak, słonecznik).

Biopaliwo ciekłe powstaje w wyniku reakcji hydrolizy tłuszczu i estryfikacji kwasów tłuszczowych alkoholem, której substratami są oleje roślinne, metanol i soda kaustyczna (pełniącą rolę katalizatora). Bioetanol jest natomiast wytwarzany głównie w wyniku fermentacji alkoholowej z cukru pochodzącego najczęściej z trzciny cukrowej i buraków cukrowych, ale i nie tylko bowiem z powodzeniem wykorzystywane są do tego owoce i zboża. Coraz bardziej powszechne staje się również wykorzystanie w paliwach biokomponentów, co regulowane jest też przez krajowe i unijne przepisy.

Biomasę w formie gazowej

Biogaz, który najczęściej służy do bezpośredniej produkcji energii elektrycznej i ciepła (bywa także wykorzystywany jako paliwo w transporcie) jest produktem fermentacji beztlenowej odpadów pochodzenia organicznego. Biomasa, która nie nadaje się do brykietowania i jest właściwie odpadem (np. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego) poddaje się fermentacji. Uzyskany w ten sposób biogaz, który składa się głównie z dwutlenku węgla i metanu, poddaje się procesowi spalania i w ten sposób uzyskuje się energię możliwą do wykorzystania do ogrzewania czy zasilania generatorów prądu.

Inną metodą pozyskiwania biogazu jest także zgazowanie biomasy z drewna, czyli tzw. gazu drzewnego (niem. holzgas, ang. wood gas, niem. holzgas), który jest mieszanką palnych gazów (metan, wodór, tlenku węgla) i niepalnych (dwutlenek węgla, azot, para wodna). Jest to technologia licząca ponad 200 lat. Na początku XIX w. zanim jeszcze rozpowszechniło się użycie gazu ziemnego używano gazu generatorowego (miejskiego) do zasilania kuchenek gazowych, latarni ulicznych i do celów przemysłowych. Natomiast przed II wojną światową gaz drzewny zasilał samochody spalinowe. Rozwiązanie to jednak było mało efektywne i niewygodne, stąd z czasem nastąpiło odejście od tego sposobu pozyskiwania energii.

2. Klasyfikacja biomasy według stopnia przetworzenia

W zależności od stopnia przetworzenia biomasy wyróżnia się natomiast:

• surowce energetyczne pierwotne (drewno, słoma, rośliny energetyczne uprawiane głównie dla uzyskania biomasy);
• surowce energetyczne wtórne (odpady organiczne, osady ściekowe gnojowica, obornik);
• surowce energetyczne przetworzone (biogaz, bioetanol, biometanol, estry olejów roślinnych - biodiesel, biooleje, biobenzyna i inne pochodne, np. biowodór).

3. Klasyfikacja biomasy według kierunku pochodzenia

Natomiast ze względu na kierunek pochodzenia wyróżnia się:

• biomasę pochodzenia leśnego, może ona pochodzić bezpośrednio z lasów, czy innych terenów zielonych (drewno, chrust, igliwie, kora, ścinki), czy z zakładów przemysłu drzewnego, a więc zakładów meblarskich, czy tartaków (są to następujące odpady: drewno kawałkowe, wióry, trociny, czy klocki);
• biomasę pochodzenia rolnego, wówczas rośliny wykorzystuje się w celach energetycznych zarówno poprzez ich spalenie w całości, bądź w formie wyprodukowanego z nich brykietu, zrębek lub pelletu (wykorzystuje się do tego słomę, siano, odcięte gałęzie drzew owocowych, trociny, korę). Biomasa (w postaci liści, korzeni buraków, zielonki z kukurydzy, trawy, kiszonki żyta) wykorzystywana jest również w biogazowniach podczas procesu fermentacji metanowej do produkcji biogazu;
• odpady organiczne, które powstają podczas hodowli zwierząt, produkcji i przetwarzania żywności w przemyśle spożywczym. Zazwyczaj wykorzystuje się je jako substraty do produkcji biogazu.

Główne źródła pozyskiwania biomasy w Polsce

W polskich warunkach do głównych źródeł pozyskiwania biomasy należy:

• leśnictwo (drewno kawałkowe, drewno odpadowe w postaci drzew, gałęzi z przycinek, odpady w postaci kory, trocin, karpina);
• rolnictwo i drewno z plantacji energetycznych (wierzba, miskanty, topola, ślazowiec pensylwański), rośliny z upraw polowych (zboża, buraki, kukurydza), czy produkty uboczne (słoma, łupiny nasion łodygi kukurydzy) i odpady (obornik z hodowli trzody chlewnej i bydła);
• biologiczno-wodna roślinność (glony, osady z biologicznego oczyszczania ścieków);
  przemysł (wytłoki z przetwórni owoców, chłodni, wytwórni soków, drożdże odpadowe z gorzelni, młóto z browarów, czy odpady z rzeźni);
• gospodarka komunalna (surowe osady ściekowe z oczyszczalni ścieków, frakcja odpadów komunalnych, odpady kuchenne, papier, tektura, czy odpady zielone).

Biomasa w Polsce - wykorzystanie i możliwości

W Unii Europejskiej przemysł energetyczny ma obowiązek korzystania z biomasy jako paliwa. Jednak ze względu na niewystarczającą podaż tego zielonego paliwa w Europie, jak i jego wysokie ceny, praktyczną konsekwencją tych regulacji jest import biomasy z Azji czy Afryki, co naturalnie niweczy korzyści związane z ograniczeniem emisji. Biomasa jest również importowana w Polsce, głównie z takich państw, jak: Rosja, Ukraina, Węgry, Bułgaria i Łotwa (z importu pochodzi ok. 85% biomasy). Tak samo, jak w innych krajach UE, również i u nas znaczna część zielonego paliwa importowana jest ze względu na niższą cenę, a niekiedy na lepszą jakość. Dochodzi do paradoksalnej sytuacji, że taniej jest biomasę importować niż samemu hodować np. rośliny energetyczne. Powodem takiego stanu rzeczy jest brak w Polsce systemu wspomagającego wykorzystanie lokalnej biomasy w stosunku do dotowania biomasy zagranicznej.

Należy tu jednak podkreślić, że biomasa w Polsce ma duży potencjał rozwoju, którego nie warto zaniedbywać. Bowiem pomimo tego, że jesteśmy krajem o silnym sektorze agro, to trudno jest mówić o szczególnie korzystnej sytuacji pod względem jakości gleb. Ponieważ w Polsce najbardziej żyzne czarnoziemy (I klasa bonitacyjna) zajmują jedyni 0,75%, natomiast 40% gleb należy do IV klasy, 23% do klasy III i V, a 11% do ziem klasy VI. W związku z czym, w celu uzyskania wysokich plonów konieczne jest nawożenie gorszej jakości ziemi uprawnej. Tego typu sytuacja może być zatem korzystna dla producentów roślin energetycznych, które jak już wiemy nie wymagają ziem wysokiej jakości (na uprawy biomasowe przeznaczane są gleby o niskiej bonitacji - V i VI klasy). Ponadto biomasa w Polsce może być pozyskiwana z odpadów leśnych, rolniczych, produkcyjnych, czy śmieci.

Szansą na wykorzystanie biomasy (której cenę będzie równoważył przychód z zielonych certyfikatów) może być również długoterminowa polityka UE i coraz wyższe ceny węgla. Co ważne, na koszt zasilania bloków energetycznych paliwami kopalnymi składa się nie tylko koszt paliwa, ale i opłaty za emisję CO2, które sukcesywnie rosną. Niestety, często na przeszkodzie dla rozwoju biomasy stoi administracja państwowa nie wspierająca rozwoju energetyki biomasowej w Polsce. Warto tu jednak podkreślić, że za lokalną biomasą przemawia fakt, że z powodu kosztów transportu opłacalne jest jej stosowanie w promieniu do 50 km od miejsca produkcji. Oprócz więc pozytywnego efektu ekologicznego, energetyka oparta na biomasie może również spowodować ożywienie koniunktury lokalnej, szczególnie na terenach rolniczych (stanowiąc tym samym szansę na tworzenie nowych miejsc pracy, zwłaszcza w zagrożonych bezrobociem gminach).

Na ten moment najskuteczniejszym modelem funkcjonowania tego rodzaju energetyki jest wykorzystanie jej szczególnie w lokalnym ciepłownictwie. Aby jednak możliwe było uczynienie z biomasy w Polsce wiodącego źródła zielonej energii, konieczne jest systemowe wsparcie, dzięki któremu możliwe będzie zbudowanie lokalnych łańcuchów logistycznych obejmujących zarówno producentów, jak i odbiorców.

Pozyskiwanie biogazu z biomasy - biogazownie rolnicze w Polsce

Biomasę można przekształcać też na biogaz. Jest on mieszaniną gazów będących produktem beztlenowego rozkładu materii organicznej, takiej jak organiczne odpady komunalne, ścieki, odchody zwierzęce, odpady przemysłu rolno-spożywczego, czy też materiał roślinny. Zakładami produkującymi biogaz są biogazownie, które wytwarzają odnawialną energię bez względu na siłę wiatru, nasłonecznienie czy poziom wód. Zachodzące w nich procesy są ciągłe, zautomatyzowane, a czynności obsługowe sprowadzone są do minimum. Utylizacji mogą być poddawane zarówno odpady pochodzenia przemysłowego jaki i rolniczego.

Biogazownie produkują metan, który służy do produkcji energii cieplnej i elektrycznej, a także odpad jakim jest tzw. poferment, który można wykorzystać jako nawóz (tworzy się on z płynu pofermentacyjnego). Nawóz w postaci
granulatu przeznaczony jest do użyźniania gleby i jest skuteczniejszy niż obornik czy gnojowica, a jego stosowanie pozwala na zwiększenie plonów nawet o 20%. Przy czym 80% zawartego w pofermencie azotu to azot amonowy, a nie jak w przypadku nawozów sztucznych - azot azotanowy. Ponieważ surowce do pracy biogazowni mogą pochodzić z gospodarstwa rolnego, a i efekty pracy biogazowni (energia i nawóz) znajdują zastosowanie w tym gospodarstwie - nic dziwnego, że coraz popularniejsze są biogazownie rolnicze. Nadal jednak ich liczba jest niewielka, bowiem pod koniec 2020 roku funkcjonowało w Polsce 316 biogazowni, z czego:

• 116 z nich było biogazowniami rolniczymi;
• 100 było instalacji produkujące biogaz na składowiskach odpadów;
• 100 z nich było instalacjami produkującymi biogaz przy oczyszczalniach ścieków.

Warto tu przypomnieć, że w krajowym planie działania, obejmującym energię ze źródeł odnawialnych zakładano, że do 2023 roku na terenie naszego kraju powstanie 2.000 takich instalacji, co niestety nie zostało zrealizowane.

Mapa biogazowni rolniczych w Polsce przygotowana przez Biomass Media Group (2019 rok)

Co się dzieje w biogazowniach rolniczych?

Zamiana biomasy na biogaz odbywa się w fermentorze. Fermentor to szczelny zbiornik wykonany ze stali szlachetnej (dzięki czemu odporny jest na działanie siarkowodoru). Fermentor można wykorzystywać przez dziesięciolecia. W temperaturze od 38 do 40°C, bez dostępu światła i tlenu biomasa jest rozkładana przez mikroorganizmy. Produktem końcowym fermentacji jest biogaz, którego głównym składnikiem jest metan. Przefermentowany substrat jest natomiast przepompowywany do magazynu resztek pofermentacyjnych. Resztki te jak już wiemy można wykorzystywać jako nawóz. Gnojowica biogazowa ma inną konsystencję niż pierwotna. Dzięki mniejszej lepkości szybciej wnika w podłoże. Ma również znacznie mniej drażniący zapach.

Przy czym gnojowica biogazowa może być nie tylko wypompowana na pole, ale możliwe jest również jej suszenie, granulowanie, pakowanie i sprzedaż w postaci nawozu suchego. Biogaz, który zbiera się natomiast w górnej części zbiornika może być spalany w silniku spalinowym elektrociepłowni w celu wytworzenia prądu (który może być przesyłany bezpośrednio do sieci elektrycznej) i ciepła (które może być wykorzystywane do ogrzewania budynków, suszenia drewna i plonów).

Ile gazu można uzyskać z biogazowni rolniczej?

Biogazownie rolnicze to urządzenia, w których liczy się efektywność. Niektóre substraty rozkładają się szybciej, a inne wolniej. Ze względu na długi proces fermentacji, do biogazowni rolniczej nie nadają się: zdrewniałe części roślin, kości, pióra itp. Biogazownie rolnicze można napełniać substratami, które szybko się rozkładają i dają dużo gazu. Do takich substratów należą: odchody zwierzęce i kiszonki. Ile gazu można uzyskać z biogazowni rolniczej? Otóż wydajność ta jest zależna od surowca. Uzysk biogazu (w m3/tonę substratu) dla następującego paliwa ekologicznego wynosi:

• kiszonka kukurydzy - ok. 190m3/t;
• kiszonka buraka - ok. 170m3/t;
• ziarno żyta - ok. 600 m3/t;
• otręby zboża - ok. 550 m3/t;
• zielonka traw - ok. 180 m3/t;
• suche odpady kurze 45% - ok. 160 m3/t;
• obornik bydlęcy - ok. 60 m3/t;
• wywar gorzelniany (zboże) - ok. 50 m3/t;
• gnojowica bydlęca - ok. 20 m3/t;
• gnojowica świńska 8% - ok. 30 m3/;
• gnojowica świńska 4% - ok. 15 m3/t.

Na opłacalność działania biogazowni rolniczej mają wpływ: odległość transportu biomasy i jej dostępność przez cały rok lub możliwość przechowania.

Regulacja prawna rynku biomasy w Polsce

Jednym z celów unijnej polityki energetycznej jest wspieranie odnawialnych form energii zgodnie z art. 194 ust. 1 Traktatu o funkcjonowaniu Unii Europejskiej (TFUE). Obecnie biomasa jest trzecim co do wielkości na świecie źródłem naturalnej energii, którą w Europie reguluje wiele aktów prawnych UE. Wśród nich należy wymienić chociażby:

• Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 z 11 grudnia 2018 roku w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (Dz.U.L.328/82);
• Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z 23 kwietnia 2009 roku w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE;
• Rezolucję Parlamentu z 5 lipca 2011 roku w sprawie priorytetów w odniesieniu do infrastruktury energetycznej na 2020 rok i w dalszej perspektywie (Dz. U. C 33 E z 5.2.2013, s. 46);
• „Czystą energię dla wszystkich Europejczyków” (COM (2016) 0860) jako element szerszej strategii unii energetycznej (COM (2015) 0080).

W Polsce natomiast biomasę regulują m.in.

• Ustawa z 13 czerwca 2019 r. zmieniająca ustawę o zmianie ustawy o podatku akcyzowym oraz niektórych innych ustaw, ustawę o efektywności energetycznej oraz ustawę o biokomponentach i biopaliwach ciekłych, (Dz.U. 2019 r., poz. 1210);
• Ustawa z 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (t.j. Dz.U. z 2019 r., poz. 42 z późn. zm.);
  Rozporządzenie Ministra Energii z 3 czerwca 2019 r. w sprawie wzoru sprawozdania kwartalnego podmiotu realizującego Narodowy Cel Wskaźnikowy w zakresie dotyczącym paliw ciekłych, biopaliw ciekłych i innych paliw odnawialnych (Dz.U. 2019 r., poz. 1113);
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 17 grudnia 2010 r. w sprawie wymagań jakościowych dla biokomponentów, metod badań jakości biokomponentów oraz sposobu pobierania próbek biokomponentów (t.j. Dz.U. 2010 r. Nr 249, poz. 1668);
• Ustawa z 25 sierpnia 2006 r. o biopaliwach i biokomponentach ciekłych (t.j. Dz. U. z 2019 r., poz. 1155 z późn. zm.);
• Ustawa z 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw: (t.j. Dz. U. z 2019 r., poz. 660);
• Ustawa z 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne (t.j. Dz.U. z 2019 r., poz. 755 z późn. Zm.);
• Rozporządzenie Ministra Energii z 15 maja 2019 r. w sprawie ceny referencyjnej energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w 2019 r. oraz okresów obowiązujących wytwórców, którzy wygrali aukcje w 2019 roku (Dz.U. 2019 r., poz. 1001).

Biomasa w Polsce - zalety i wady

Zalety biomasy:

jest stosunkowo tania oraz łatwo i powszechnie dostępna
zasoby biomasy są największe spośród wszystkich alternatywnych źródeł energii
jest ekologicznym i odtwarzalnym, a co więcej, możliwym do uprawy źródłem energii
przekształcanie biomasy na energię elektryczną lub cieplną przyczynia się w zdecydowany sposób do utylizacji odpadów pochodzenia organicznego
biomasa może być produkowana i użytkowana bez dużych inwestycji technologicznych
spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych (zawartość szkodliwych pierwiastków, zwłaszcza siarki, jest w biomasie niższa niż w przeciętnym węglu)
przekształcanie biomasy na energię elektryczną lub cieplną przyczynia się także do zagospodarowania nieużytków (uprawy energetyczne), dzięki czemu możliwe jest uprawianie nawet niskiej jakości ziemi
stałe i pewne dostawy nośników energii
możliwość wykorzystania odpadów z sektora leśnego, rolniczego i przetwórstwa spożywczego
korzystniejszy bilans CO2 od paliw kopalnych ze względu na to, że rosnąca roślina pochłania jego część w procesie fotosyntezy
jej zasoby są dosyć równomiernie rozmieszczone, szczególnie w porównaniu z innymi surowcami energetycznymi, które często wymagają transportu na dalekie odległości
energia zawarta w biomasie jest najmniej kapitałochłonnym źródłem energii odnawialnej
wytwarzanie nośnika energii w postaci biomasy, powoduje ożywienie koniunktury lokalnej, szczególnie na terenach rolniczych
tworzenie nowych miejsc pracy, szczególnie ważnych w zagrożonych bezrobociem gminach
dywersyfikacja źródeł energii elektrycznej, wzrost bezpieczeństwa energetycznego
alternatywne wykorzystanie surowców rolnych w sytuacji nadprodukcji żywności
powstały z przetwarzania biomasy popiół może być stosowany jako nawóz pod uprawę kolejnych roślin energetycznych
współczesne metody pozyskiwania energii z biomasy są wystarczająco zweryfikowane i nieuciążliwe
ilość możliwej do wyprodukowania energii można przewidzieć, precyzyjnie przeliczając gramy i kilogramy na jednostki energetyczne
wytwarzanie biomasy poprawia bilans paliwowy regionu

Wady biomasy:

stosunkowo małą gęstość surowca, utrudniającą jego transport, magazynowanie i dozowanie
zmniejszenie bioróżnorodności przy wprowadzeniu monokultur roślin energetycznych
wysokie koszty pozyskania i przetwarzania biomasy
mniejsza niż w przypadku paliw kopalnych wartość energetyczną surowca
emisja NOx, dioksyn i furanów (w przypadku spalania biomasy zanieczyszczonej pestycydami)
niepewność zaopatrzenia w biomasę (w tym sezonowa dostępność niektórych surowców)
prowadzenie upraw energetycznych kosztem upraw, które mogłyby być przeznaczone do produkcji żywności
spalanie biomasy w urządzeniach do tego konstrukcyjnie nieprzygotowanych
niespełnienie jakościowych parametrów biomasy (szeroki przedział jej wilgotności może utrudniać jej przygotowanie do wykorzystania w celach energetycznych)