ENVICON 2022. Biogaz i biometan sposobem na niezależność energetyczną

Biogaz to mieszanina gazów, która jest produktem beztlenowego rozkładu materii organicznej np. odpadów komunalnych, odchodów zwierzęcych, materiału roślinnego itp. W Polsce wszystkich biogazowni jest ponad 300 o łącznej mocy 245 MWe, w tym 129 instalacji rolniczych (stan na 31 stycznia 2022 r., Krajowy Ośrodek Wsparcia Rolnictwa). Dla porównania w Niemczech, które są europejskim liderem rynku, jest ich w sumie ponad 9,3 tys. o mocy całkowitej 6,2 GWe. Biometan to z kolei paliwo gazowe, powstające w procesie oczyszczania wspomnianego biogazu z CO₂ i związków siarki. Dzięki temu uznawany jest za paliwo zeroemisyjne. Po spełnieniu określonych parametrów może zostać zatłoczony do sieci gazowej, przyczyniając się do zwiększenia wolumenu tego paliwa na rynku jako pochodzącego ze źródeł własnych. Polska ma duży potencjał związany z biometanem, jednak na chwilę obecną pozostaje on niewykorzystany. Z prognoz wynika, że może on wynieść ok. 8 mld m³ tego paliwa rocznie, co odpowiada ok. 60 proc. obecnego importu gazu do Polski. Obecnie w Polsce nie działa żadna biogazownia produkująca biometan.

Element bezpieczeństwa

Nowoczesne technologie dają dużą nadzieję na pozyskiwanie taniej energii ze słońca i wiatru. Oczywiście nie zawsze świeci słońce, czy wieje wiatr, ale największym problemem wydaje się jednak to, że technologie magazynowania energii są jeszcze na takim etapie rozwoju, by zagwarantować ciągłość dostaw. Źródłem energii cieplnej w zakładach przemysłowych może być gaz ziemny. Pozwoli to na zmniejszenie emisji CO₂, tlenków siarki i azotu. Gaz ziemny jest paliwem przejściowym, które da nam czas potrzebny na dokonanie gruntownej transformacji. Zapotrzebowanie na gaz rośnie, dlatego też istotnym elementem dla przyszłości i bezpieczeństwa energetycznego jest optymalne wykorzystanie lokalnego potencjału produkcji np. biogazu i biometanu. Produkowany i wprowadzany do sieci gazowej może być w niedalekiej przyszłości istotnym elementem dywersyfikacji dostaw paliw gazowych na krajowy rynek, zmniejszając krajowe uzależnienie od importu nośników energii. Może także przyczynić się do powstawania wyspowych sieci gazowych na wsi, gdzie dostępność gazu sieciowego jest ograniczona.

GOZ

Coraz większego znaczenia nabiera pojęcie gospodarki obiegu zamkniętego. Trzeba pamiętać, że wraz z rozwojem gospodarczym rośnie zapotrzebowanie na surowce, rośnie również popyt, a to wszystko powinno skłaniać do mądrego gospodarowania zasobami. Jak się to ma do rozwoju biogazowni? Rozwój ten pomógłby w rozwiązaniu problemu zagospodarowania komunalnych odpadów organicznych, odpadów poubojowych z rzeźni, czy po prostu zwykłych śmieci z wysypisk. Rozwój biogazowni mógłby pomóc w rozwiązaniu problemu zagospodarowania odpadów organicznych w Polsce, które w dalszym ciągu w dużym stopniu są składowane i nie poddawane przeróbce. Tylko w 2020 r. zebraliśmy 13,1 mln ton odpadów komunalnych, z których aż 40 proc. Składowano, a tylko 12 proc. Przetworzono w procesach biologicznych. Produkcja biogazu stanowi dobry przykład gospodarki bezodpadowej o obiegu zamkniętym, co znacząco zmniejsza zanieczyszczenie środowiska i racjonalnie zwiększa zagospodarowanie odpadów. Biogaz to odnawialne źródło energii “uszyte na miarę” dzisiejszych wyzwań sektora energetycznego i nie tylko. Doskonale wpisuje się w realizację celów klimatycznych oraz bezpieczeństwa energetycznego kraju. Pozyskiwany przy pomocy instalacji o relatywnie niewielkich mocach doskonale może wpisać się w ideę dywersyfikacji dostaw. Największym źródłem biogazu jest materia organiczna, znajdująca się w odpadach. Typowe źródła obejmują m.in. odpady domowe, przemysłowe, roślinne, odchody zwierzęce, resztki żywności i osady ściekowe.

Biometan z odpadów komunalnych

Projekt dotyczący produkcji biometanu z odpadów, na zlecenie PGNiG, przeprowadził zespół naukowców z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Substratem w badanym procesie były bioodpady kuchenne zbierane selektywnie.

– Na początku procesu nie znaliśmy ich właściwości oraz ilości zanieczyszczeń. Priorytetem było zatem doczyszczenie substratu, m. in. poprzez pozbycie się plastiku, co pozwolioby wykorzystać poferment do produkcji nawozu. Kolejne etapy to dobór obróbki wstępnej, wysokowydajna fermentacja, separacja i doczyszczanie pofermentu, i wreszcie zagospodarowanie produktów ubocznych – mówi dr inż. Jakub Pulka z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.

Naukowcy przebadali siedem różnych możliwości obróbki wstępnej substratu, dzięki czemu mogli określić jaka ilość materii podczas tych procesów została uwolniona.

Długie miesiące badań

Fermentacja substratu trwała przez 23 miesiące i przeprowadzana była w różnych reżimach, w zależności od doboru metody obróbki wstępnej.

– Podczas całego procesu udało nam się zdefiniować trzy poważne problemy techniczne związane z monofermentacją substratu, ale utrzymaliśmy stabilny proces w opracowanych warunkach. Osiągnęliśmy również wysoki stopień odfermentowania – mówi dr Pulka.

Naukowcy podzielili proces separacji frakcji ciekłej od stałej pofermentu na kilka etapów – fizyczny, hybrydowy (fizyczno – chemiczny, podczas którego zastosowano 16 reagentów chemicznych), membranowy, oraz polegający na połączeniu w/w metod.

– Badaliśmy również wpływ temperatury procesu fermentacji na możliwość separacji – mówi dr inż. Jakub Pulka.

Poznańscy naukowcy osiągnęli również dobre wyniki jeśli chodzi o zagospodarowanie produktów ubocznych, czyli pofermentu. Spadek masy po kompostowaniu jest większy niż 30 proc., osiągnięto również korzystny wygląd kompostu, który charakteryzuje się dobrym współczynnikiem zhigienizowania. W projekcie osiągnięto również dobre wskaźniki zawartości azotu, fosforu i potasu.

– Biometan jest dziś dostępny dla wszystkich konwencjonalnych metod dystrybucji, a jeśli jest wytworzony z odpadów komunalnych, a o takim przecież mówimy, ma duży potencjał ograniczania emisji gazów cieplarnianych – podsumowuje dr Ewa Krasucka z Nardowego Centrum Badań i Rozwoju.