Z uwagi na rosnące zanieczyszczenie środowiska, zmiany klimatyczne i konieczność ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, poszukiwanie alternatywnych i ekologicznych źródeł energii staje się coraz bardziej pilne. W Polsce biogaz komunalny może odgrywać kluczową rolę w realizacji celów związanych z udziałem odnawialnych źródeł energii w krajowym systemie energetycznym oraz redukcji emisji gazów i odorów do powietrza. Niemniej jednak, mimo tego obiecującego potencjału, inwestycje w sektorze biogazu komunalnego napotykają na szereg wyzwań, z którymi należy sobie poradzić.
Biogaz komunalny: potencjał i wyzwania dla Polski
Szeroko pojęty biogaz komunalny od lat stanowi interesujące dla inwestorów źródło energii odnawialnej, które charakteryzuje się szczególnie dużym (lecz nadal niewykorzystanym!) potencjałem w Polsce. Potencjał ten pod względem możliwości wolumenu produkowanego biogazu nie jest tak duży, jak choćby szacowany potencjał branży rolno-spożywczej. Jednak w przeciwieństwie do rynku biogazu rolniczego, kierunek rozwoju biogazu komunalnego został dość jasno wyznaczony na najbliższe lata.
Jednak na początek wyjaśnijmy, co autor ma na myśli pisząc o biogazie komunalnym. Pod tym pojęciem kryją się trzy główne źródła jego powstawania:
- Biogaz składowiskowy,
- Biogaz produkowany w oczyszczalniach ścieków,
- Biogaz produkowany z odpadów komunalnych (bioodpadów lub frakcji podsitowej zmieszanych odpadów komunalnych)
Pierwszy z wymienionych rodzajów biogazu komunalnego (biogaz składowiskowy) powstaje w wyniku procesów fermentacji zachodzących na składowiskach odpadów (komunalnych). Warto zauważyć, że największy potencjał produkcyjny biogazu składowiskowego przypadał na lata 2005-2015, kiedy to do tych instalacji trafiały zmieszane odpady komunalne oraz osady ściekowe zawierające dużą ilość frakcji organicznej. W tym czasie dokonano również rekultywacji wielu składowisk, na których zamontowano systemy „zbierania” powstającego w kwaterze składowej biogazu. Jednak, zakaz składowania odpadów komunalnych i osadów ściekowych, który wszedł w życie
z dniem 1 stycznia 2016 r., spowodował, że ilość odpadów organicznych na nowych składowiskach zdecydowanie się zmniejszyła. Faktem jest również, że nowe kwatery składowania charakteryzować się będą niższa produkcją biogazu. Jednak zarówno w nowych, jak i starszych składowiskach wciąż drzemie duży potencjał. Istnieje możliwość wykorzystania tego gazu np. do ogrzewania budynków socjalnych, czy też do produkcji energii na potrzeby własne Zakładów. Jest to prawdopodobnie ostatni moment żeby przeprowadzić weryfikację potencjału złóż składowisk i wykorzystać zawartą w nim energię. Musimy również pamiętać, ze odpowiedni system odgazowywania składowiska pozwala na znaczącą redukcję emisji odorów, co bardzo często było przedmiotem sporów z sąsiadującymi ze składowiskiem mieszkańcami.
W przypadku biogazu z oczyszczalni ścieków największym wyzwaniem i do tej pory głównym ograniczeniem były wysokie koszty inwestycyjne w stosunku do ilości energii, możliwej do uzyskania z osadów ściekowych. Osady podobnie, jak gnojowica są materiałem mocno uwodnionym, co wymusza budowę dużych objętości komór fermentacyjnych, na co mogły do tej pory pozwolić sobie tylko odpowiednio duże oczyszczalnie ścieków. Dzisiaj
ze względu na rozwój tego rynku oraz poszukiwanie oszczędności w zakresie przede wszystkim zakupu energii elektrycznej z sieci lub niekiedy nawet uniezależnienia się od dostawców energii dla oczyszczalni, spowodowały,
że pojawiły się dwie ścieżki i możliwości wykorzystania osadów w procesie fermentacji. Pierwsza z nich pozwala
na realizację zdecydowanie tańszych inwestycyjnie mikrobiogazowni. Druga ścieżka to realizacja instalacji fermentacji w oparciu o dodatkowy kosubstrat, którym mogą być np. odpady tłuszczowe lub bioodpady komunalne. To właśnie połączenie wykorzystania dwóch strumieni odpadów powstających w większości gmin (osadu ściekowego i bioodpadów) do produkcji biogazu, może być podwójną korzyścią i to nie tylko finansową. Budowa instalacji fermentacji obok funkcjonujących zakładów oczyszczalni ścieków ma wiele zalet, przede wszystkim poprawia warunki środowiskowe w okolicy zakładu (zmniejsza uciążliwości odorowe, wykorzystuje frakcje osadów ściekowych do produkcji energii i wpisuje się w cele recyklingu). Biogazownia w takiej lokalizacji może również budzić mniej kontrowersji społecznych. Najistotniejsza jest jednak weryfikacja, z jakim osad ściekowym mamy
do czynienia. Jeśli proces technologiczny odzysku biogazu jest już stosowany w oczyszczalni, to takie osady będą miały już niski potencjał dla fermentacji. Pojawia się jednak możliwość modernizacji oczyszczalni w taki sposób,
by pozwalała ona na kofermentacje osadów z innymi odpadami.
Ostatni rodzaj biogazu, który obecnie, ale również w przyszłości będzie miał duże znaczenie dla produkcji energii, ze względu na nadal duży i wciąż dostępny potencjał, to biogaz produkowany z odpadów komunalnych, szczególnie ze zbieranych selektywnie bioodpadów.
Celowo w tym miejscu nie skupimy się na możliwościach wykorzystania w procesie fermentacji frakcji podsitowej zmieszanych odpadów komunalnych. Ilość strumienia frakcji organicznej ze względu na postępującą świadomość społeczeństwa, coraz lepszą selektywną zbiórkę, jak również brak możliwości wytworzenia produktu nawozowego i zaleczenia procesu do poziomów recyklingu będzie powodował, że potencjał produkcji biogazu z frakcji podsitowej będzie malał. W związku z tym największy potencjał produkcyjny drzemie właśnie w frakcji bio zbieranej selektywnie.
Słowa te wcale nie są bezpodstawne, ponieważ w roku 2022 w Polsce zebrano selektywnie ponad 1,9 mln Mg odpadów biodegradowalnych. Natomiast zdolność przerobowa 10 funkcjonujących instalacji fermentacji odpadów komunalnych wynosi ok. 204 tys. Mg/rok, co pozwala zagospodarować jedynie niecałe 11% zebranego selektywnie strumienia. Blisko 90% strumienia odpadów biodegradowalnych kierowane jest do kompostowni (lub innych instalacji), w których nie produkuje się biogazu. Upraszczając szacowanie i zakładając, że całość tego strumienia (ok. 89%) odpadów biodegradowalnych trafiłaby do biogazowni moglibyśmy mówić o rocznym potencjale produkcji biogazu na poziomie ok. 150 mln m3/rok (ok. 77 mln m3 CH4/rok).
Uwzględniając założenia Krajowego Planu Gospodarki Odpadami 2028, w których szacuje się, że w roku 2035 wytwarzanych będzie ok. 4,2 mln Mg bioodpadów komunalnych, potencjał produkcji biogazu może wzrosnąć nawet do ok. 350-360 mln m3/rok. Oczywiście należy pamiętać, że są to szacunki bardzo optymistyczne. W rzeczywistości część z tego materiału (ze względu na duży udział gałęzi i zanieczyszczeń mineralnych np. piaskiem, folią itp.) nie trafi do instalacji fermentacji, lecz do prostszych i tańszych instalacji kompostowni. Choć w tym przypadku coraz częściej mówi się o rozwiązaniach mikroskalowych dla np. danego powiatu lub gminy
z wykorzystaniem mikroinstalacji biogazowych pozwalających zagospodarować frakcję bio.
Wyzwania administracyjne dla inwestorów w sektorze biogazu komunalnego
Mimo obiecującego potencjału, inwestycje w sektorze biogazu komunalnego w Polsce napotykają na szereg wyzwań, szczególnie tych administracyjno-prawnych. Zaczynając od znalezienia odpowiedniej lokalizacji inwestycji, gdzie kluczowymi aspektami są te związane z miejscowym planem zagospodarowania przestrzennego (np. czy zostały w nim uwzględnione kwestie związane z realizacją gospodarki odpadami, biogazowni lub projektów energetycznych itp.), a kończąc na uzyskaniu decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach dla realizacji przedsięwzięcia, która dla instalacji przetwarzających powyżej 10 Mg/d opiera się o Raport Oddziaływania
na Środowisko. Jeśli w grę wchodzi zmiana MPZP to niestety trzeba liczyć się z długotrwałymi procedurami.
Podobnie wygląda to z administracyjnymi aspektami uzyskiwania zgód i decyzji środowiskowych. Niestety,
nie tylko dla inwestorów, ale również dla naszego środowiska czas, to kluczowy wyznacznik.
Aspekty techniczne w inwestycji komunalnej
Oprócz korzyści wynikających z produkcji energii i ciepła lub biometanu w instalacji komunalnej, wielu inwestorów upatruje potencjał w substracie, którego przyjęcie „na bramie” jest najczęściej kwestią przychodową. Należy jednak w tym miejscu podkreślić, że nie dzieje się to bez przyczyny. Cena ta często wynika z silnego zanieczyszczenia substratu folią, metalami, szkłem i piaskiem, które potrafią stanowią ok 15-25% strumienia dostarczanych bioodpadów. W związku z tym często w cenie 250-450 zł/Mg za przyjęcie odpadów biodegradowalnych zawierają się koszty operacyjne i amortyzacyjne maszyn i urządzeń doczyszczających
(sit, rozdrabniacz, separatorów magnetycznych itp.), jak również koszty zagospodarowania odpadów powstających z mechanicznej obróbki bioodpadów (folii, metali, odpadu 19 12 12). Systemy obróbki wstępnej bioodpadów są często nie uwzględniane w cenie instalacji przez dostawców technologii dla branży rolno-spożywczej, oferujących tradycyjne technologie biogazowni rolniczych. Należy zwrócić na to szczególną uwagę, ponieważ komunalne odpady biodegradowalne, pomimo, że potocznie często używamy nazwy „odpad kuchenny” nie mają morfologicznie dużo wspólnego z odpadem kuchennym lub restauracyjnym. Często odpad „kuchenny” stanowi jedynie 5-10% całego strumienia bioodpadów.
Kolejnym istotnym wyzwaniem, w przypadku inwestycji komunalnych, jest niestabilność dostaw surowca w skali roku. W przypadku ukierunkowania inwestycji na przychód z produkcji energii elektrycznej i ciepła lub biometanu – proces produkcji biogazu wymaga regularnego dostarczania biomasy do procesu fermentacji. W przypadku odpadów komunalnych, ze względu na zmienność pór roku, jak również warunków atmosferycznych z tygodnia
na tydzień, nierównomierność dostaw bioodpadów sięga nawet do 200%. Może to być problematyczne, zwłaszcza w przypadku biogazowni, które nie posiadają odpowiednich pojemności magazynów bioodpadów lub technologia nie posiada już możliwości obniżenia czasu retencji procesu.
Perspektywy biogazu komunalnego w Polsce: wydobycie potencjału w obliczu wyzwań inwestycyjnych
Mimo wyzwań, sektor biogazu komunalnego w Polsce ma potencjał do dynamicznego rozwoju. Szczególnie w perspektywie możliwości skorzystania z dotacji lub preferencyjnych pożyczek dostępnych już na rynku (oferowanych np. przez NFOŚiGW), jak również nadchodzących perspektyw finansowych i środków z Unii Europejskiej. W ostatnim roku, obserwujemy wzmożone zainteresowanie ze strony branży komunalnej, głównie spółek miejskich odpowiedzialnych za realizację gospodarki odpadami. Coraz powszechniejsza staje się świadomość, że bez zagospodarowania frakcji biodegradowalnej, Polska nie będzie w stanie osiągnąć wyznaczonych wskaźników recyklingu (co wiązać się będzie z nakładaniem kar finansowych na poszczególne gminy). Druga kwestia to wysokie koszty zagospodarowania tych odpadów, o których wspomniano w tekście. Budowa biogazowni jest odpowiedzią na te wyzwania. Należy jednak pamiętać, że przy każdym rodzaju instalacji pierwszym krokiem powinno być zakreślenie jej koncepcji technicznej i technologicznej skrojonej pod indywidualne potrzeby inwestora (szczególnie zakładu komunalnego). Podstawą jest więc przeprowadzenie wnikliwej analizy przedinwestycyjnej, uwzględniającej aspekty techniczne, środowiskowe i finansowe.
Biogazownia to inwestycja na długie lata i pod każdym względem musi być b. dobrze przemyślana,
Autor:
dr inż. Kamil Kozłowski – Biogas Technology/Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Artykuł powstał dla Magazynu Biomasa
Więcej interesujących treści tutaj
