Drukuj

Leopold Tupalski
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach
Oddział w Poznaniu, Zakład Odnawialnych Źródeł Energii

 

Zgodnie z danymi Ministerstwa Gospodarki, Polska dysponuje zbliżonym potencjałem w produkcji biogazu do Niemiec. O ile nasi zachodni sąsiedzi są światowym liderem w tym zakresie, dysponując blisko 5000 instalacjami o łącznej mocy 1900 MW mocy elektrycznej, o tyle nasz kraj wciąż w znikomym stopniu wykorzystuje biogazowe technologie. Poniższy artykuł przedstawia aktualną sytuację w Polsce, jak również nowe rodzime rozwiązania, które mają ułatwić, a tym samym przyspieszyć zagospodarowanie biogazowego potencjału w naszym kraju.

 


Czym jest biogaz?
Biogaz jest mieszaniną gazów, która powstaje w procesie fermentacji beztlenowej z substancji organicznej. Sam proces fermentacji beztlenowej składa się z wielu złożonych przemian zachodzących pod wpływem wielu grup beztlenowych mikroorganizmów. Biogaz powstaje w wielu miejscach, wśród których należy wymienić torfowiska, przykryte zbiorniki gnojowicy, żwacze przeżuwaczy, oczyszczalnie ścieków czy też wysypiska śmieci. Niekiedy zwany jest też gazem wysypiskowym, a jego głównym składnikiem jest metan (CH4), który stanowi do 60% składu mieszaniny. To powoduje, iż biogaz jest gazem palnym, co ma istotne znaczenie praktyczne. Istnieją bowiem przesłanki, iż był on wykorzystywany w celach grzewczych już w starożytnej Asyrii i Persji (ok. XIV w. p.n.e.). W czasach nowożytnych za przełomowy moment można uznać rok 1858, kiedy w Bombaju zaczęto produkować biogaz z osadów ściekowych. Technologia ta dotarła nieco później do Europy, kiedy to pod koniec XIX w. zaczęto wykorzystywać biogaz w brytyjskim Exeter do oświetlania ulic. Wzrost zainteresowania biogazem nastąpił w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku w następstwie kryzysu energetycznego, który szczególne mocno odczuwalny był na Zachodzie. Ten trudny okres zapoczątkował budowę specjalnych instalacji do pozyskiwania biogazu z odpadów komunalnych oraz pochodzenia rolniczego. Instalacje te określa się mianem biogazowni.


Z wielu względów, w tym środowiskowych, szczególnie korzystne okazało się wykorzystanie gnojowicy. W latach osiemdziesiątych pionierem tego typu technologii była Dania oraz Niemcy. Kraje te mają największe doświadczenie w tej dziedzinie.


Zasada działania biogazowni rolniczej
Biogazownię można określić jako zespół urządzeń, w którym realizuje się ściśle określony proces technologiczny, prowadzący do fermentacji beztlenowej przetwarzanej masy organicznej i powstania biogazu. Ze względu na wykorzystywane paliwo, biogazownie podzielić można na 2 grupy. Do pierwszej z nich zaliczyć można biogazownie wykorzystujące substraty (substancje) pozarolnicze, a więc biogazownie na wysypiskach śmieci lub przy oczyszczalniach ścieków. Drugą grupę stanowią biogazownie rolnicze, wykorzystujące jako wsad substraty pochodzenia rolniczego lub też pochodzące z przemysłu rolno-spożywczego. W działających instalacjach, również w rolnictwie, największą grupę stanowią bioelektrownie. Są to biogazownie, w których biogaz spalany jest w jednostkach kogeneracyjnych, czyli w specjalnych silnikach połączonych z agregatem prądotwórczym. Dzięki temu wytwarzana jest energia elektryczna, a wraz z nią także ciepło.
Kluczowe znaczenie dla funkcjonowania biogazowni ma dopasowanie odpowiedniej technologii biogazowania do wykorzystywanych substratów. Typowo rolnicze biogazownie uzyskują biogaz z kiszonek oraz odchodów zwierzęcych. Ten typ technologii, określanej jako instalacje NaWaRo (niem. Nachwachsende Rohstoffe, tzn. „surowce odnawialne”), może być szczególnie polecany hodowcom bydła czy też trzody chlewnej. Należy jednak mieć na uwadze, iż w takich biogazowniach nie powinno się wykorzystywać jako substratów produktów ubocznych, czy też pozostałości z przetwórstwa rolno-spożywczego. Grozi to bowiem zwiększeniem emisji odorów, a w skrajnym przypadku nawet zatrzymaniem procesów fermentacyjnych, które prowadzą do powstania biogazu. Receptą na tego typu problemy jest prawidłowa eksploatacja danej biogazowni, zgodnie z opracowanymi zawczasu założeniami technicznymi.


Biogazownie rolnicze w Polsce
Obecnie działają w Polsce 22 biogazownie rolnicze, które przedstawia tabela 1. Należy wspomnieć, iż w tym roku planowane jest oddanie do użytku kilkunastu dalszych obiektów, przy czym łącznie prace trwają nad blisko 400 projektami. Trend ten wpisuje się w rządową strategię wynikającą z zobowiązań Polski wobec Unii Europejskiej. Zgodnie z nimi do 2020 r. przynajmniej 15% wytwarzanej energii ma pochodzić z odnawialnych źródeł energii (OZE).
Moc elektryczna istniejących biogazowni rolniczych wynosi od ok. 300 kW do ponad 2 MW, a ich zbiorniki mają pojemność kilku tysięcy metrów sześciennych. Stąd też instalacje te można określić jako względnie duże obiekty, które wymagają nakładów inwestycyjnych liczonych w milionach złotych. Dlatego też funkcjonujące obecnie biogazownie rolnicze są dobrym i wydajnym rozwiązaniem, ale dla inwestorów, którzy dysponując odpowiednim kapitałem mogą sobie pozwolić na tego typu inwestycje. W obecnych warunkach na polskim rynku zauważalny jest brak rozwiązań, które można oferować szerszej gamie odbiorców, którzy nie dysponują tak dużą ilością środków finansowych. Dostrzegając tę lukę, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy stworzył koncepcję rolniczej biogazowni kontenerowej, która może być interesującą i przystępną propozycją także dla hodowców oraz producentów bydła.


Rolnicza biogazownia kontenerowa według technologii ITP-MEGA

Prototypowa biogazownia kontenerowa jest efektem współpracy pomiędzy poznańskim oddziałem Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego (ITP), a spółką MEGA z Bełżyc koło Lublina. Założenia oraz wytyczne do projektowania zostały opracowane przez Instytut, podczas gdy firma MEGA wykonała projekt techniczny, według którego zbudowała biogazownię. Najważniejsze cechy związane z ideą tej konstrukcji można określić następująco:
■    Budowa modułowa – biogazownia kontenerowa może działać jako samodzielna mikroinstalacja lub też jako część większego systemu. Umożliwia to elastyczne dopasowanie danej instalacji do indywidualnych potrzeb inwestora oraz lokalnych warunków.
■    Krótki czas realizacji – osiągnięty poprzez skrócenie czasu adaptacji projektu technicznego na potrzeby danej inwestycji oraz czasu wykonania docelowej instalacji.
■    Niska cena w porównaniu do dużych instalacji – niewielkie wymiary konstrukcji oraz zmniejszenie nakładów pracy koniecznej do wykonania danej inwestycji przyczyniły się do obniżenia kosztów.
■    Uproszczone formalności dla inwestorów – możliwe z uwagi na to, że konstrukcja bazuje na standardowym kontenerze, który nie jest trwale połączony System działający w oparciu o biogazownię kontenerową przedstawia Rysunek 3.
Sposób działania systemu można przybliżyć następująco. W pierwszej kolejności należy dostarczyć do biogazowni kontenerowej wsad w postaci kiszonki oraz gnojowicy. Substraty te ulegają fermentacji beztlenowej w komorze fermentacyjnej, przy czym w celu podtrzymania tego procesu biogazownia kontenerowa wykorzystuje wodę oraz energię elektryczną. Media te należy doprowadzić do instalacji podczas jej montażu. Uzyskiwany ze substratów biogaz gromadzony jest w komorze fermentacyjnej przykrytej specjalną plandeką. W dalszej kolejności biogaz przesyłany jest do kogeneratora. Moduł ten zawiera agregat prądotwórczy, który wytwarza energię elektryczną. Energia ta może być wykorzystywana na potrzeby własne gospodarstwa rolnego lub też może zostać sprzedana i przesłana do krajowej sieci energetycznej. W module kogeneratora wytwarzane jest także ciepło, które dodatkowo może też być odzyskiwane ze spalin. Ciepło to może być spożytkowane do ogrzewania budynków gospodarczych, w tym także do suszenia płodów rolnych, jak również na potrzeby procesu, do podgrzewania komory fermentacyjnej.


Przetworzona w wyniku fermentacji beztlenowej materia organiczna określana jest jako poferment i gromadzona jest w odpowiednim zbiorniku. Sam poferment może być wykorzystywana jako nawóz albo polepszacz glebowy o bardzo dobrych właściwościach. Tutaj należy zwrócić uwagę na to, iż jego dalsze wykorzystanie podlega tym samym zasadom jak odchody zwierząt gospodarskich w rozumieniu przepisów o organizacji hodowli i rozrodzie (Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 listopada 2007 r. w sprawie procesu odzysku R10). Jak widać cały system może pracować w ramach swoistego cyklu, powiązanego z pracą gospodarstwa rolnego.


Obecnie trwają prace w Instytucie mające doprowadzić do uruchomienia prototypowej instalacji opartej na rolniczej biogazowni kontenerowej. W dalszej kolejności zostaną podjęte badania naukowo-techniczne, które pozwolą określić sprawność oraz efektywność energetyczną całego systemu wraz z jego oceną ekonomiczną. W tej ostatniej istotne znaczenie będą miały oprócz kosztów inwestycji również koszty utrzymania całej instalacji. Przeprowadzone analizy pozwolą przedstawić pełen obraz opisywanej koncepcji, umożliwiając tym samym wdrożenie jej do polskiego rolnictwa.




Podsumowanie
W obecnej sytuacji widać w naszym kraju sprzyjające okoliczności do rozwijania energetyki opartej na odnawialnych źródłach energii (OZE), której niezwykle ważnym ogniwem jest agroenergetyka, a w szczególności biogazownie rolnicze. Do tej pory powstawały w naszym kraju stosunkowo duże instalacje biogazowe, które wymagały jednak wysokich nakładów inwestycyjnych. To powoduje, że energetyka biogazowa nie jest jeszcze w Polsce zbyt popularna, a biogazowy potencjał naszego rolnictwa jest wykorzystywany w niewielkim stopniu. Istnieją już jednak rozwiązania, które mają zmienić ten stan rzeczy, a jednym z nich jest wyżej opisana rolnicza biogazownia kontenerowa. Wprowadzona na rynek, mogłaby się przyczynić do upowszechnienia biogazowej technologii wśród polskich rolników.


Źródła
Agrobiogazownia – Instytut Zootechniki Państwowego Instytutu Badawczego, Grodziec Śląski, 2010
Beginners Guide to Biogas. A Brief History of Biogas – The University of Adelaide www.adelaide.edu.au/biogas/history/
Biogazownie rolnicze – mity i fakty, praca zbiorowa, red. M. Jóźwiak, Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa, Biogaz Zeneris (2011)
Budowa i eksploatacja biogazowni rolniczych. Poradnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych – praca zbiorowa, red. A. Myczko, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach Oddział w Poznaniu (2011)
Kolejne biogazownie rolnicze – razem jest ich już 20 – portalbiogazowy. pl, 8 marca 2012
Modelowanie matematyczne procesów fermentacji metanowej – Mirosław Imbierowicz, Alicja Zawadzka, VI Forum Klastra Bioenergia dla Regionu. Biogazownie rolnicze – uwarunkowania polskie i szwedzkie. Łódź 2010
Pawlak stawia na biogazownie. 15 procent polskiej energii ma być „zielona” – biznes. gazeta. prawna, 5 kwietnia 2011
Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych – Ministerstwo Gospodarki, Instytut Energetyki Odnawialnej IEO EC BREC, Warszawa 2011
Rejestr przedsiębiorstw energetycznych zajmujących się wytwarzaniem biogazu rolniczego – Agencja Rynku Rolnego, stan na dzień 12 marca 2012
Setki inwestycji w biogazownie – rp. pl za PAP, 17 marca 2012