Jedną z najważniejszych barier dla upowszechnienia stosowania paliw alternatywnych w istniejących elektrowniach i elektrociepłowniach jest ich formalny status ? są one odpadem, a nie paliwem.

Paliwa produkowane z odpadów (nazywane często paliwami alternatywnymi) znajdują coraz szersze zastosowanie przemysłowe w krajach Unii Europejskiej, w tym także w sektorze energetycznym, co jest uzasadnione zarówno ze względów ekonomicznych, jak i ekologicznych1. W tym obszarze najważniejszą rolę w krajowej gospodarce odgrywają: potencjalne zwiększenie ilości produkowanej energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych, obniżenie raportowanej emisji CO2 w sektorze energetycznym (zaoszczędzenie limitów emisji CO2 przyznanych dla sektora), zwiększenie poziomu odzysku odpadów (wypełnienie zaleceń UE w zakresie gospodarki odpadami) i przychodów producentów energii w związku z niższą ceną paliw z odpadów w stosunku do tych kopalnych.

Znikome wykorzystanie

Prognozy wykonane podczas realizacji międzynarodowego programu badawczego QUO VADIS, uwzględniające pozytywne wyniki badań przemysłowych, określiły możliwości wykorzystania stałych paliw z odpadów w krajach UE na 27-37 mln Mg/rok2. Wprowadzenie we Wspólnocie jednolitych zasad klasyfikacji stałych paliw z odpadów (nazwanych Solid Recovered Fuels ? SRF) oraz metodyki badawczej w celu określania jakości tych paliw winno dodatkowo umocnić ich obecność na rynku nośników energii, a także ułatwić międzynarodowy obrót tym towarem3. Według systemu opracowanego przez CEN, SRF może być wytwarzane wyłącznie z odpadów innych niż niebezpieczne i stosowane tylko w instalacjach spełniających standardy emisyjne, wynikające z dyrektywy 2000/76/EC, dotyczącej spalania odpadów. W skład SRF nie mogą wchodzić paliwa kopalne4.

W Polsce wykorzystanie stałych paliw alternatywnych do produkcji energii elektrycznej i ciepła jest dotychczas znikome. Przyczynę takiego stanu rzeczy stanowią bariery natury formalno-prawnej i technicznej, z którymi musi zmagać się producent energii, zamierzający realizować energetyczny odzysk odpadów5, 6.

Określenie paliwo alternatywne funkcjonuje w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów (DzU nr 112, poz. 1206). Wyróżnia ono kategorię odpadów palnych, w nawiasie określając je jako paliwa alternatywne (kod 19 12 10). Są to odpady inne niż niebezpieczne. Proces współspalania paliw alternatywnych z węglem kamiennym polega na przekształcaniu termicznym odpadów, a instalacja przemysłowa, w której proces ten zachodzi, jest instalacją współspalania odpadów. Przywołana kwalifikacja współspalanej substancji (traktowanej jako odpad, a nie jako paliwo) oraz klasyfikacja procesu technologicznego współspalania paliw alternatywnych jako procesu przekształcania termicznego odpadów determinuje konieczność spełnienia przez instalację, w której proces ma być prowadzony, odpowiednich wymagań, zarówno formalno-prawnych, jak i technicznych.

Bariery formalne

Prowadzenie współspalania paliw alternatywnych, nawet w ilości tylko 1% masowego powoduje, że zakład podejmujący współspalanie jest traktowany jako współspalarnia odpadów innych niż niebezpieczne. Jest to istotna zmiana dotychczasowego statusu instalacji energetycznej. Wpływa to m.in. na inne traktowanie produktów ubocznych: popiołów lotnych i żużla. Produkty uboczne z procesu współspalania posiadają inne oznaczenia kodowe i chociaż nie zawsze stanowią odpady niebezpieczne, to jednak możliwości ich gospodarczego wykorzystania są bardziej ograniczone.

Ponadto posiadacz odpadów, który prowadzi działalność w zakresie przetwarzania odpadów, obowiązany jest do uzyskania zezwolenia na prowadzenie tej działalności, zgodnie z art. 41 Ustawy z 8 stycznia 2013 r. o odpadach (DzU z 2013 r., poz. 21). Należy zauważyć, że instalacje spalania paliw o mocy powyżej 50 MW podlegają obowiązkowi uzyskania pozwolenia zintegrowanego, zgodnie z pkt. 1 załącznika do Rozporządzenia Ministra Środowiska z 26 lipca 2002 r. w sprawie rodzajów instalacji mogących powodować znaczne zanieczyszczenie poszczególnych elementów przyrodniczych albo środowiska w całości (DzU nr 122, poz. 1055). W pozwoleniu zintegrowanym powinno być ujęte prowadzenie działalności w zakresie odzysku energii z odpadów innych niż niebezpieczne. Proces współspalania paliw alternatywnych jest procesem odzysku ?R1 ? wykorzystanie głównie jako paliwa lub innego środka wytwarzania energii?. Procedura uzyskiwania adekwatnego zezwolenia opisana jest w dziale IV rozdział 1 ustawy o odpadach (DzU z 2013 r., poz. 21).

Podmiot prowadzący instalację, w której współspalane są odpady, ma takie same obowiązki, jak podmiot prowadzący spalarnię odpadów w zakresie: ewidencji i zestawień przyjmowanych odpadów, ustalania ich masy i sprawdzenia zgodności przyjmowanych odpadów z danymi zawartymi w karcie przekazania odpadu. Z kolei właściciel lub inny władający współspalarnią odpadów jest obowiązany zatrudniać kierownika współspalarni, posiadającego świadectwo stwierdzające kwalifikacje w zakresie gospodarowania odpadami, zgodnie z art. 156 ustawy o odpadach. W myśl Rozporządzenia Rady Ministrów z 9 listopada 2010 r. w sprawie rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko (DzU nr 213, poz. 1397, z późn. zm.), instalacje do odzysku lub unieszkodliwiania odpadów innych niż niebezpieczne przy zastosowaniu procesów termicznych lub chemicznych, zaliczono do rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko. Skutkuje to tym, że nadzorujący organ ochrony środowiska może w drodze decyzji, zobowiązać prowadzącego instalację współspalania do sporządzenia i przedłożenia przeglądu ekologicznego.

Bariery techniczne

Współspalanie paliw alternatywnych musi być prowadzone zgodnie z wymaganiami Rozporządzenia Ministra Gospodarki z 21 marca 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów (DzU nr 37, poz. 339, z późn. zm.). Oznacza to, że proces współspalania odpadów powinien być prowadzony w taki sposób, aby temperatura gazów powstających w wyniku spalania, nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach została podniesiona w kontrolowany i jednorodny sposób oraz była utrzymywana przez co najmniej 2 sekundy na poziomie nie niższym niż 850°C dla odpadów zawierających poniżej 1% związków chlorowcoorganicznych przeliczonych na chlor lub w temperaturze > 1100°C przy zawartości związków chlorowcoorganicznych przeliczonych na chlor w odpadach powyżej 1%. Całkowita zawartość węgla organicznego w żużlach i popiołach paleniskowych nie powinna przekraczać 3% lub udział części palnych w nich nie może przekraczać 5%. Ponadto instalacja współspalania musi być wyposażona w automatyczny system podawania odpadów, pozwalający na wstrzymanie ich dozowania podczas: rozruchu (do czasu osiągnięcia wymaganej temperatury) i procesu (w razie nieosiągnięcia wymaganej temperatury lub przekroczenia dopuszczalnych wartości emisji). Instalacja powinna posiadać też układ ciągłego pomiaru temperatury, zawartości tlenu oraz ciśnienia gazów spalinowych w komorze spalania lub komorze dopalania.

Istnieje także obowiązek prowadzenia pomiarów emisji zgodnie z wymogami Rozporządzenia Ministra Środowiska z 4 listopada 2008 r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody (DzU nr 206, poz. 1291). Oznacza to, że instalacja powinna być wyposażona w system ciągłego monitoringu emisji, obejmujący ciągły pomiar stężeń następujących substancji w gazach odlotowych (dotyczy instalacji o łącznej nominalnej mocy cieplnej nie mniejszej niż 100 MW i przypadku spalania węgla lub współspalania do 1% masowego odpadów): pyłów, NOx (w przeliczeniu na NO2), CO, SO2, O2, a ponadto wilgotności bezwzględnej spalin, temperatury i ciśnienia. W wypadku przekroczenia udziału odpadów innych niż niebezpieczne w paliwie powyżej 1% masowego wymagany jest rozszerzony monitoring emisyjny.

Najistotniejszą rolę z punktu widzenia podmiotów prowadzących instalacje współspalania odpadów odgrywa Rozporządzenie Ministra Środowiska z 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (DzU nr 95, poz. 558). W rozporządzeniu tym, w rozdz. 2 §16 ust. 2, zapisano, że jeżeli w instalacji wraz z paliwami spalane są odpady inne niż niebezpieczne w ilości nie większej niż 1% masy tych paliw, to do instalacji tej nie stosuje się przepisów dotyczących niniejszego rozdziału. Oznacza to w praktyce możliwość stosowania dla takich instalacji dotychczasowych standardów emisyjnych dla paliw, które w niej spalano. Przepis ten jednak nie ma swojego odpowiednika w dyrektywie 2000/76/EC i może z tego powodu zostać w przyszłości odrzucony ze względu na konieczność unifikacji prawa krajów członkowskich UE. W przypadku przekroczenia 1% masowego udziału paliwa alternatywnego w mieszance paliwowej obowiązują znacznie ostrzejsze standardy emisyjne, wyznaczane według tzw. reguły mieszania, opisanej w załączniku nr 6 do przywołanego rozporządzenia. Standardy emisyjne wyznaczone wg załącznika nr 6 są trudne do dotrzymania dla wielu istniejących instalacji energetycznych, szczególnie w zakresie SO2 i NOx ? dla kotłów o mocy pomiędzy 100 a 300 MW standardy są bardzo zaostrzone i wynoszą poniżej 200 mg/m3u.

Zagrożenia technologiczne

Mimo niewątpliwych korzyści ekologicznych wynikających z wykorzystania SRF w energetyce, stwierdzono jednak występowanie niepożądanych zjawisk korozyjno-erozyjnych6. Efektem wprowadzenia dodatkowego paliwa, jakim jest SRF, okazała się zmiana składu chemicznego strumienia spalin oraz parametrów wpływających na intensywność konwekcyjnej wymiany ciepła. Zmiana ilości i właściwości cząstek stałych unoszonych przez spaliny, spowodowana współspalaniem, przekłada się także na inną skalę emisyjności spalin. Stwierdzono, że nawet przy niewielkich udziałach masowych współspalanych paliw typu SRF można odnotować zmianę temperatury mięknienia i topnienia popiołu. Powoduje to szybszy przyrost osadów na powierzchniach ogrzewalnych, powiększenie ich rozmiarów
w stosunku do spalania samego węgla, a także intensyfikuje procesy korozyjne. W konsekwencji oddziałuje to na ilość ciepła przejętego przez poszczególne powierzchnie. W efekcie następuje zmiana rozkładów temperatury spalin i czynników ogrzewczych w kotle. Z tego względu w przypadku rozpoczęcia współspalania SRF w istniejących obiektach energetycznych należy prowadzić regularną kontrolę stanu powierzchni ogrzewalnych oraz powierzchni przegrzewaczy.

Zachęty ekonomiczne

Najistotniejszym ograniczeniem w stosowaniu paliw alternatywnych w elektrowniach i elektrociepłowniach jest ich formalny status. Nie zostały one zakwalifikowane do paliw, lecz do odpadów. Jednak często zawierają dosyć duży udział frakcji biodegradowalnej pochodzenia biogenicznego i fakt ten może zapewnić dodatkowe korzyści, związane z zaliczeniem części wytworzonej energii do tzw. zielonej, jak również z rozliczaniem emisji ditlenku węgla. Konieczne jest jednak stworzenie mechanizmów umożliwiających zaliczenie części energii wytwarzanej z ich wykorzystaniem do energii odnawialnej7.

Aktualny stan prawny okazuje się jednoznaczny jedynie w odniesieniu do wymagań stawianych energetycznemu wykorzystaniu biomasy drzewnej i roślinnej, czyli niezawierającej jakichkolwiek zanieczyszczeń wynikających z procesów przetwórczych. Działania zmierzające do uregulowania statusu wybranych grup odpadów biodegradowalnych lub ich frakcji ? w tym także paliw produkowanych z odpadów ? poprzez uwzględnienie zawartej w nich frakcji biodegradowalnej jako biomasy w aktach wykonawczych Ministra Gospodarki, mają jednak szansę na powodzenie z uwagi na rozmaite uwarunkowania. Należą do nich konieczność zapewnienia rosnącego udziału energii odnawialnej w sprzedaży energii przez przedsiębiorstwa energetyczne (zobowiązania wynikające z traktatu akcesyjnego), stopniowe ?przekierowywanie? producentów energii na energetyczne wykorzystanie biomasy innego rodzaju oraz zdefiniowanie wybranych grup odpadów (w tym również wydzielonych frakcji odpadów komunalnych) jako biomasy w aktach wykonawczych w zakresie handlu uprawnieniami do emisji ditlenku węgla (Rozporządzenie z 12 września 2008 r. w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji ? DzU nr 183, poz. 1142). Do uwarunkowań tych należą też preferencje przewidziane dla spalania biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych. Przyjęcie analogicznego rozwiązania dla SRF na pewno zwiększyłoby zainteresowanie jego współspalaniem w energetyce.

Jak pokonać bariery?

Aktualnie trwają prace przygotowawcze, zmierzające do rozszerzenia legislacyjnego możliwości zaliczania jako energii odnawialnej także innych grup odpadów niż zawierające 100% biomasy (np. odpady z rolnictwa i leśnictwa) oraz 42% (zmieszane odpady komunalne). W nowej Ustawie z 14 grudnia 2012 r. o odpadach (DzU z 2013 r., poz. 21) nastąpiła wyraźna zmiana. Artykuł 44 ust. 9 starej ustawy mówił tylko o upoważnieniu dotyczącym zmieszanych odpadów komunalnych i o procesie spalania, natomiast w nowej ustawie w art. 159 wydano upoważnienie dla wszystkich odpadów oraz procesów termicznego przekształcania, w tym dla współspalania. Jest to istotna nowość w zakresie rozwiązań zachęcających energetykę do stosowania paliw z odpadów. Upoważnienie to jest znacznie obszerniejsze od poprzedniego zapisu i umożliwia wydanie rozporządzenia wykonawczego, określającego warunki techniczne kwalifikowania części energii odzyskanej w procesie termicznego przekształcania nie tylko zmieszanych odpadów komunalnych, co jest domeną obecnie obowiązującego rozporządzenia, ale także innych grup odpadów, o ile zawierają one w swoim składzie frakcje ulegające biodegradacji, uznane za biomasę.

Dzięki takiemu spojrzeniu na kwestię kwalifikowania energii odzyskiwanej w procesie termicznego przekształcania różnych grup odpadów i potraktowanie jej w części jako energii pochodzącej ze źródła odnawialnego ? proporcjonalnej w swoim udziale do udziału energii chemicznej zawartej we frakcjach biodegradowalnych wchodzących w skład tych odpadów ? możliwe będzie zaliczenie do grupy tego rodzaju energii także energii odzyskanej w procesie termicznego przekształcania odpadów. Może on być realizowany zarówno w spalarniach, jak i współspalarniach odpadów, paliw alternatywnych typu SRF, w dedykowanych do tego celu lokalnych elektrociepłowniach opalanych paliwami z odpadów, w tym zawierających frakcje biodegradowalne, we współspalarniach, łączących proces spalania paliw kopalnych wraz z paliwami alternatywnymi oraz w kombinacjach procesów termicznego przekształcania odpadów innych niż zmieszane odpady komunalne.

Dodatkową szansę stwarza też wprowadzanie od 2016 r. podwyższonych wymagań dla emisji z dużych instalacji energetycznych. Dotychczas, pomimo licznych badań w skali przemysłowej, nie istnieje żaden komercyjny przykład współspalania odpadów w blokach krajowej energetyki zawodowej i przemysłowej. Wynika to głównie z braku nowoczesnych instalacji oczyszczania spalin, gdyż obowiązujące prawo emisyjne dotąd tego nie wymuszało. Sytuacja ta może się istotnie zmienić 1 stycznia 2016 r., gdy krajowe elektrownie i elektrociepłownie zacznie obowiązywać znacznie zaostrzone prawo emisyjne, wynikające z wdrożenia Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/WE z 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych.

Kolejnym argumentem wspierającym zainteresowanie krajowej energetyki współspalaniem odpadów jest fakt, że frakcje biodegradowalne są na mocy Rozporządzenia Ministra Środowiska z 12 września 2008 r. w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji (DzU z 2008 r. nr 183, poz. 1142) traktowane jako biomasa o zerowej emisji CO2. W dobie coraz bardziej zaostrzających się limitów emisji dwutlenku węgla argument ten ma bardzo duże znaczenie dla krajowej energetyki.

dr inż. Ryszard Wasielewski, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu,

dr hab. inż. Barbara Tora, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Źródła

  1. Refuse derived fuel, current practice and perspectives ? Final Report. European Commission ? Directorate General Environment. 2003.
  2. Van Tubergen J.: SRF: an important contribution to achieving environmental and energy-related goals. ?Waste Management and Solid Recovered Fuels Potential in the Enlarged European Union?. Workshop Proceedings. Larnaca 2006.
  3. Van Tubergen J., Glorius T., Waeyenbergh E.: Classification of Solid Recovered Fuels. ORFA. 2005.
  4. Sobolewski A., Wasielewski R., Stelmach S.: Stałe paliwa wtórne dla energetyki. [W:] Wandrasz J.W., Pikoń K. (red.): Paliwa z odpadów. Tom VI. Gliwice 2007.
  5. Sobolewski R., Wasielewski R.: Uwarunkowania dla produkcji i wykorzystania paliw alternatywnych w Polsce. [W:] Ściążko M., Zuwała J., Pronobis M. (red.): Współspalanie biomasy i paliw alternatywnych w energetyce. Zabrze 2007.
  6. Wasielewski R., Sobolewski A.: Propozycje procedury bilansowania i certyfikacji energii wytwarzanej z paliw alternatywnych. [W:] Przewodnik metodyczny: Procedury bilansowania i rozliczania energii wytwarzanej w procesach współspalania. Towarzystwo Gospodarcze Polskie Elektrownie. Warszawa 2007.
  7. Wasielewski R., Stelmach S., Sobolewski A., Zuwała J.: Polityka Energetyczna. Propozycje w zakresie bilansowania energii odnawialnej z wykorzystaniem stałych paliw wtórnych. 2007.