W środowisku miejskim znajduje się znaczący potencjał odpadów organicznych. Sensowne zatem jest wydobycie wartości obecnej w tych strumieniach w postaci składników odżywczych, materiałów i energii dzięki zastosowaniu zasad gospodarki o obiegu zamkniętym.

Odpady organiczne – od organicznej frakcji stałych odpadów komunalnych do ścieków płynących w systemach kanalizacji – są zwykle postrzegane, z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia, jako kosztowny problem. Istnieje jednak możliwość zmiany tego myślenia poprzez zaprojektowanie takich systemów odzysku i przetwarzania, dzięki którym odpady organiczne zostaną zamienione w źródło wartości, przyczyniając się do odbudowy kapitału naturalnego.

Każdego roku na całym świecie pozyskuje się ok. 13 mld ton różnego typu surowców pochodzenia biologicznego, wykorzystywanych w charakterze żywności, energii oraz materiałów przemysłowych i funkcjonujących w ramach „gospodarki materią organiczną”. Obejmuje ona gałęzie przemysłu obsługujące materiały biologiczne na różnych etapach łańcucha wartości, na przykład rolnictwo, leśnictwo i rybołówstwo na etapie początkowym; przetwórstwo żywności, produkcję tekstyliów i biotechnologię na etapie przetwarzania oraz sprzedaż detaliczną i zarządzanie zasobami na etapie konsumpcji. Łącznie generują one wartość na poziomie blisko 12,5 bln dolarów.

Udział gospodarki obiegu biomasy w całokształcie gospodarki jest dużo znaczniejszy na rynkach wschodzących, takich jak Polska, gdzie według przewidywań nastąpi większość wzrostu konsumpcji per capita. W tym kontekście ilość biomasy w globalnej gospodarce będzie się zwiększać, zwłaszcza że do 2050 r. spodziewane światowe zapotrzebowanie na żywność może wzrosnąć o ok. 55%.

Znaczenie biogospodarki

Jako całość biogospodarka pełni krytyczną funkcję w globalnych systemach gospodarczych, ludzkich i środowiskowych. Według szacunków Komisji Europejskiej, europejska biogospodarka warta jest mniej więcej 2 bln euro i reprezentuje ponad 22 mln miejsc pracy. Liczby te obejmują produkcję odnawialnych zasobów biologicznych oraz konwersję tych zasobów i strumieni odpadów na produkty o wysokiej wartości dodanej, takie jak żywność, pasza, bioprodukty i bioenergia. Największe spodziewane możliwości wzrostu kryją się w tworzeniu nowych produktów i materiałów, gdzie strumienie odpadów organicznych grają znaczącą rolę jako surowce.

Wyzwania

Ogromne wyzwania, z jakimi obecnie musi mierzyć się gospodarka obiegu materii organicznej, biorą się w głównej mierze z linearnego modelu rozwoju, który dominował w globalnej gospodarce od rewolucji przemysłowej. Przewiduje się, że światowy popyt na żywność zwiększy się o ok. 70% pomiędzy 2005 a 2050 rokiem, wywierając coraz silniejszą presję na dostępność ziemi. Rosnące zapotrzebowanie na nowe surowce biologiczne do wielu różnych zastosowań, w tym biopaliwa, biomateriały i farmaceutyki, jedynie pogłębi konkurencję w dostępie do gruntów. Co więcej, wpływ zmian klimatycznych na jakość gleb i produktywność ziemi doprowadzi do dalszego pogorszenia sytuacji w kwestii dostępności żyznych i zdrowych gruntów uprawnych.

Marnotrawstwo strukturalne, utrata kapitału naturalnego i środowiskowe negatywne efekty zewnętrzne to kwestie, jakimi należy się zająć w ramach gospodarki obiegu biomasy w jej obecnym kształcie.

Corocznie niemal jedna trzecia całej produkowanej na świecie żywności jest marnowana. Jej wartość oscyluje w granicach 680 mld dolarów w krajach o wysokich dochodach i 310 mld dolarów w krajach rozwijających się. Wielkość emisji gazów cieplarnianych generowanych przez globalne odpady żywności zajmuje trzecie miejsce po Chinach i Stanach Zjednoczonych. Działalność rolna odpowiada za prawie 70% światowego zużycia wody, ale zaledwie 40% z tej wody dociera do roślin. Degradacja gruntów dotyczy mniej więcej jednej czwartej powierzchni na świecie; tracimy ok. 75 mld ton żyznej gleby każdego roku, co według szacunków odpowiada stracie w wysokości 490 mld dolarów rocznie. Industrializacja rolnictwa rocznie kosztuje środowisko 3 bln dolarów (to więcej niż roczne PKB Wielkiej Brytanii) w negatywnych skutkach zewnętrznych wzdłuż całego łańcucha wartości. Gdyby skutki te były rzeczywiście wyceniane, spora część przemysłu rolnego straciłaby jakąkolwiek rentowność, ponieważ w wielu przypadkach ich wartość wielokrotnie przekracza generowany przychód. Wyciek nawozów z systemów rolnych prowadzi do akumulacji składników odżywczych w rzekach, jeziorach i oceanach, a w konsekwencji do eutrofizacji, zakwitów glonów i powstawania martwych stref (martwe strefy w oceanach obejmują już 240 000 km2, czyli tyle, ile wynosi powierzchnia Wielkiej Brytanii).

Zaburzony przepływ składników odżywczych

Współczesne praktyki rolne, na przykład nadmierna orka czy użycie ciężkiego sprzętu, przyspieszają erozję oraz spływanie wód wymywających z gleby składniki odżywcze, które trafiają do systemów wodnych. Z każdym zbiorem plonów uszczuplana jest pula składników odżywczych i materii organicznej. Jeśli pula ta nie jest uzupełniania, gleba staje się coraz mniej żyzna. Nadmierne wykorzystanie pestycydów i nawozów syntetycznych, które mogą nie dostarczać wszystkich niezbędnych składników odżywczych i materii organicznej w odpowiedniej ilości, również może prowadzić do podniesienia poziomu toksyczności gleby, wpływając na jej zdolność do podtrzymywania wzrostu.

Ponieważ składników odżywczych jest coraz mniej, a jakość ziemi nieustannie się obniża, rolnicy zmuszeni są stosować coraz więcej nawozów sztucznych. W 2014 r. szacunkowe globalne zapotrzebowanie na nawozy wyniosło 185 mln ton i przewiduje się, że będzie rokrocznie wzrastać o 1,6% w latach 2015-2019. Produkcja nawozów syntetycznych zwykle wymaga wydobywania ograniczonych zasobów, takich jak fosforyt, i zużywania znacznych ilości energii, jest także źródłem emisji gazów cieplarnianych. Dla przykładu: wytwarzanie syntetycznych nawozów azotowych zużywa 2% światowej energii i w 2007 r. przełożyło się na emisję 465 mln ton CO2.

Praktyki rolne oraz ogólne trendy takie jak globalizacja, rosnąca populacja i urbanizacja to kolejne przyczyny zaburzenia obiegu składników odżywczych. Światowy system produkcji i sprzedaży żywności może wymagać tego, by wyekstrahowane składniki odżywcze były transportowane bardzo daleko od źródła. Urbanizacja prowadzi do koncentracji składników odżywczych i ich uwalniania w postaci odpadów żywności w strumieniach odpadów stałych oraz osadów ściekowych w systemach kanalizacji. W Europie osady zawierają blisko trzy razy więcej fosforu niż odpady stałe. Koncentracja i uwolnienie składników odżywczych w ściekach może doprowadzić również do powstania wspomnianego wcześniej problemu eutrofizacji. Sedno sprawy tkwi w tym, że składniki odżywcze zostają wyekstrahowane z biosfery w postaci żywności, a następnie skoncentrowane w miastach, czyniąc w dalszej kolejności szkody, zamiast korzystnie wrócić do gleby.

Miasta jako koncentratory zasobów

Szacuje się, że w 2050 r. w miastach będzie żyć ponad 70% ludzi, a więc zyskają one 2,5 mld nowych mieszkańców. Miasta konsumują 75% światowych zasobów naturalnych oraz 80% dostarczanej energii i są odpowiedzialne za ok. 75% globalnych emisji dwutlenku węgla. W 2012 r. miasta wytwarzały mniej więcej 1,3 mld ton stałych odpadów komunalnych (MSW) rocznie, przy czym prognozuje się, że ilość ta wzrośnie o blisko 70% do 2,2 mld ton rocznie do 2025 r., z czego 70% odpadów powstanie na rynkach wschodzących.

Nieodzyskane strumienie zasobów organicznych

Materiały organiczne stanowią największą frakcję (46% pod względem masy) MSW. Ich procentowy udział na świecie jest zmienny, ale jest ogólnie wyższy w krajach o niskich dochodach (64%) niż w krajach o wysokich dochodach (28%). Jakkolwiek odpady organiczne tworzą mniejszą frakcję w krajach o wysokich dochodach, to ich ilość w ujęciu bezwzględnym może być większa. Dla przykładu: w krajach należących do OECD organiczna frakcja MSW szacowana jest na 27%, ale ponieważ kraje te generują 44% całości MSW na świecie, absolutna ilość odpadów organicznych jest w nich większa niż jakiejkolwiek innej grupy odpadów.

Gwałtowny wzrost populacji i urbanizacji przewidywany w krajach o niskich dochodach w najbliższej przyszłości doprowadzi do ogromnego zwiększenia ilości generowanych MSW, w których udział odpadów organicznych będzie znaczny, co dalej przełoży się na wzrost emisji gazów cieplarnianych, jeśli odpady te będą składowane lub pozostawione do rozkładu. Rozkład odpadów pokonsumpcyjnych odpowiada za 5% całkowitej globalnej emisji gazów cieplarnianych. Odpady organiczne ulegające dekompozycji na składowiskach odpowiadają za 12% globalnych emisji metanu, którego efekt cieplarniany jest 28 razy wyższy niż dwutlenku węgla (CO2). W krajach rozwijających się 80% zbieranych odpadów trafia na otwarte składowiska niespełniające norm.

Składniki odżywcze zawarte w tych strumieniach odpadów w przeważającej mierze nie są odzyskiwane i nie są zwracane do gleby. W 27 krajach członkowskich UE 70% fosforu zawartego w osadach ściekowych i biodegradowalnych odpadach stałych nie jest odzyskiwane.

Niewykorzystane zasoby ze ścieków

Gdyby przyłożyć wartość do zasobów obecnych w ściekach komunalnych, oczyszczalnie ścieków przestałyby być traktowane jako kosztochłonne, a zaczęłyby funkcjonować jako generujące zyski „fabryki zasobów”, wytwarzające cały wachlarz użytecznych produktów końcowych. Ścieki są największą niewykorzystaną kategorią odpadów, której wielkość dorównuje wszystkim kategoriom odpadów stałych razem wziętych. W gospodarce o obiegu zamkniętym przepływ biologicznych składników odżywczych może być postrzegany jako seria kaskadowych etapów, na których wydobywana jest wartość. W podobny sposób ścieki mogłyby być reklamowane jako bogata „zupa” z energii, węgla, azotu, fosforu i innych składników, które umożliwiają tworzenie różnorodnych produktów na różnych etapach. Końcowym i często najcenniejszym produktem byłaby czysta woda, którą można wykorzystać ponownie albo bezpiecznie zawrócić do biosfery.

W perspektywie globalnej miasta pozostawiają ogromny „ślad” wodny — w sumie w rurociągach i akweduktach o łącznej długości ponad 27 000 kilometrów płynie około 430 miliardów litrów dziennie. Chociaż miasta zajmują zaledwie 1% powierzchni planety, zlewnie, z których pozyskują wodę, obejmują blisko 41%. Wpływ wywierany przez miasta na działy wodne może obejmować ogromne obszary, co jednak działa w obie strony. Wprowadzenie lepszych praktyk rolniczych na zaledwie 0,2% gruntów rolnych położonych w obrębie zlewni miast mogłoby polepszyć jakość wody dla 600 milionów ludzi. Zapewnienie bezpiecznych i stałych dostaw wody dla miast w przyszłości jest ogromnym i złożonym wyzwaniem; nie bez powodu wielu ekspertów mówi o nadciągającym kryzysie.

Obieg biomasy w gospodarce o obiegu zamkniętym

Miasta, jak wspomniano, są koncentratorami materiałów organicznych, których nagromadzenie wynika z braku równowagi pomiędzy napływem i odpływem. W obecnym modelu gospodarczym czyni to z miast źródło dużych ilości odpadów i negatywnych oddziaływań. Model gospodarki o obiegu zamkniętym pozwoliłby na przechwycenie i zwaloryzowanie tych strumieni zasobów. W ostatecznym rozrachunku miasto powinno działać tak jak ekosystem, dostarczając takie same usługi co otaczające je środowisko. Z powodu swojej charakterystyki, to jest ogromnej skali podaży, bardzo małych odległości pomiędzy interesariuszami oraz obecności zaznajomionej z nowoczesnymi technologiami siły roboczej, miasta dają ogromną szansę na implementację zasad obiegu zamkniętego.

W systemie obiegu zamkniętego wszystkie składniki odżywcze będą powracać do biosfery w odpowiedni sposób. W kontekście urbanizacyjnym oznacza to, że składniki odżywcze odzyskiwane są z organicznej frakcji MSW i ścieków, a następnie przygotowywane do przywrócenia do gleby na przykład w formie nawozu organicznego. Odzysk pokonsumpcyjnych składników odżywczych w połączeniu z regeneratywnymi praktykami rolniczymi ograniczyłby konieczność uzupełniania składników odżywczych ze źródeł nieodnawialnych, na przykład nawozów sztucznych. Wszystko to przyczyniłoby się do rozwoju regeneratywnego obiegu składników odżywczych.

Miasto wpisane w ideę obiegu zamkniętego funkcjonowałoby wyłącznie w oparciu o energię odnawialną. Energia wygenerowana z produktów ubocznych powstałych w trakcie przetwarzania odzyskanych odpadów organicznych mogłaby zostać połączona z innymi technologiami, na przykład energią fotowoltaiczną i wiatrową. Nadrzędna rama gospodarki o obiegu zamkniętym dokonuje rozróżnienia pomiędzy dwa cykle materiałowe: biologiczny oraz techniczny. Cykle biologiczne obejmują te materiały, które mogą być w bezpieczny sposób pozyskiwane z biosfery i do niej przywracane. Do takich materiałów zalicza się żywność, włókna i materiały budowlane pochodzenia biologicznego, takie jak drewno. Cykle techniczne obejmują natomiast materiały, które nie mogą zostać w prawidłowy sposób przywrócone do biosfery, takie jak tworzywa sztuczne i metale obecne w tysiącach produktów – od silników, przez zmywarki, do telefonów komórkowych. W porównaniu z cyklem technicznym możliwości i mechanizmy przestawienia się na model obiegu zamkniętego w obrębie cyklu biologicznego, jak dotąd, pozostają w dużej mierze niezbadane.

Odzysk odpadów organicznych w miastach

Miasta na całym świecie wprowadzają programy odzysku i waloryzacji materiałów organicznych, które obecne są między innymi w odpadach żywnościowych i ściekach komunalnych. Podejście do tego, ile i jakie materiały odzyskiwać, jest jednak bardzo zróżnicowane. Mimo to zwiększenie odzysku materiałów organicznych wszędzie stanowi istotną szansę. Dobrze zaprojektowane i prowadzone zintegrowane schematy zbiórki i odzysku odpadów są w stanie przechwycić do 85% wyprodukowanych odpadów organicznych, aczkolwiek średnie stopy są dużo niższe. W krajach OECD w 2013 roku kompostowaniu lub rozkładowi beztlenowemu poddano zaledwie 66 milionów ton odpadów organicznych, to jest 37% z szacowanych 180 milionów wygenerowanych w tym roku.

Chociaż obecnie miasta traktują zarządzanie odpadami organicznymi w kategoriach kosztu, to można przekształcić je w atrakcyjne źródło dochodu. Badanie przeprowadzone w 2013 roku przez Fundację Ellen MacArthur na podstawie analiz McKinsey & Co. podkreśla z dwojakiej perspektywy potencjalną wartość wynikającą z przetwarzania odpadów żywności z użyciem rozkładu beztlenowego: po pierwsze, złagodzenie problemu gwałtownie rosnących cen składowania, a po drugie, czerpanie zysków ze sprzedaży oraz subsydiów na energię odnawialną. Szacuje się, że możliwy do uzyskania zysk operacyjny mógłby w Wielkiej Brytanii wynieść nawet 172 dolarów za tonę, w tym 26 dolarów z energii elektrycznej, 18 z energii cieplnej oraz sześć z nawozów (przy założeniu taryfy wsadowej w wysokości 64 dolarów, unikniętych kosztów składowania w wysokości 105 dolarów oraz dodatku za sortowanie i przetwarzanie – 45 dolarów).

 

Artykuł powstał na podstawie „Urban Biocycles” („Obieg biomasy w miastach”) – Ellen MacArthur Foundation 2017, przy wsparciu BW Tłumaczenia i Borysa Wiese’a.

 

dr inż. Tomasz Wojciechowski

Instytut Gospodarki o Obiegu Zamkniętym, prezes GWDA, Piła