Nie od dziś wiadomo, że rozwój elektrowni biogazowych niesie ze sobą szereg korzyści. Po pierwsze, wytwarzana w nich energia stanowi źródło energii odnawialnej i stanowi ekologiczny zasób, który ogranicza koszty ogrzewania i transportu. Po drugie, biogaz do pewnego stopnia może też zastąpić gaz ziemny, zwłaszcza na terenach położonych z dala od infrastruktury technicznej, co ma również duże znaczenie przy obecnych wzrostach cen nośników energii. Po trzecie, jego produkcja wiąże się również z niższymi kosztami zagospodarowania odpadów. Należy również podkreślić, że produkcja biogazu stanowi wzorcowy przykład gospodarki obiegu zamkniętego, która pozwala ograniczyć zanieczyszczanie środowiska i zagospodarować duże ilości odpadów organicznych. W konsekwencji wpływa to na łagodzenie efektu cieplarnianego. Poziom redukcji emisji dwutlenku węgla osiągany przez elektrownie biogazowe jest ogromny w porównaniu do innych technologii OZE.
Niestety, biogaz – w przeciwieństwie do fotowoltaiki czy energii z wiatru – nie zalicza się w ostatnich latach do dynamicznie rosnących sektorów OZE, ale Polska ma atuty, który czynią nasz rynek perspektywicznym dla tego sektora. Należy zaznaczyć, że jesteśmy jednym z krajów UE o największym potencjale produkcji biogazu. Wynika to głównie z dużej powierzchni użytków rolnych (ok. 14 mln ha) oraz dobrze rozwiniętej hodowli bydła, trzody chlewnej i drobiu. Każdy z tych sektorów generuje duże ilości odpadów. Materiały te mogą stanowić dobrej jakości substrat w procesie fermentacji metanowej. Ponadto taki sposób ich zagospodarowania pozwala ograniczyć ich niekontrolowany rozkład oraz emisję dwutlenku węgla i metanu do środowiska naturalnego. W związku z tym przyczynia się to do ograniczenia powstawania efektu cieplarnianego. W tabeli 1 przedstawiono dane dotyczące pogłowia bydła, trzody chlewnej i drobiu w Polsce w poszczególnych latach.
2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
Bydło | 5 561,7 | 5 762,4 | 5 970,2 | 6 035,7 | 6 183,3 | 6 261,6 |
Trzoda chlewna | 14 775,7 | 10 590,2 | 11 106,7 | 11 908,2 | 11 027,7 | 11 215,5 |
Drób | 130 959,0 | 139 588,0 | 135 814,0 | 176 711,0 | 180 758,0 | 178 342,0 |
Według danych zebranych przez GUS (2020) pogłowie bydła, trzody chlewnej i drobiu w Polsce, na koniec roku 2019 wynosiło odpowiednio 6 261,6, 11 215,5 oraz 178 342 tys. szt. W ostatnich latach szczególnie zauważalny jest wzrost hodowli bydła i drobiu. Należy zauważyć, że obecnie Polska jest liderem w produkcji drobiu w Europie. W przypadku trzody chlewnej, dopiero od kilku lat obserwuje się powolny wzrost pogłowia zwierząt gospodarskich. Wcześniejszy kryzys wynikał bezpośrednio z drastycznego spadku cen skupu żywca hodowlanego. Dodatkowy wpływ na powyższą sytuację miało również embargo rosyjskie na produkty żywnościowe nałożone na Polskę.
Możliwość rozwoju sektora produkcji biogazu w Polsce wynika jak już wcześniej wspomniano z dużego obszaru gruntów rolnych oraz dobrze rozwiniętego sektora rolno-spożywczego oraz zwierzęcego. Zagospodarowanie opadów z produkcji zwierzęcej w celach biogazowych, w szczególności obornika i gnojowicy, pozwala na produkcję stabilnej w czasie energii odnawialnej ograniczając jednocześnie niekontrolowany rozkład materii organicznej oraz emisję dwutlenku węgla i metanu do środowiska. Zmniejszenie emisji dwóch najniebezpieczniejszych gazów do atmosfery umożliwia ograniczyć powstawanie efektu globalnego ocieplenia. Należy również podkreślić, że jednym z najczęściej wykorzystywanych w Polsce substratów do celów biogazowych jest właśnie gnojowica. W 2020 roku wykorzystane zostało ok. 760 tys. Mg tego materiału, co stanowiło 17% wszystkich stosowanych do procesu fermentacji substratów.
W tabeli nr 2 przedstawione zostały ilości szacowanej produkcji obornika w Polsce, a także możliwy do uzyskania potencjał produkcji biogazu i metanu. Należy przy tym podkreślić, że już w latach 2002-2006 potencjał ten, na podstawie prowadzonych badań naukowych, szacowany był na ok. 80 mln ton (Igras i Kopiński, 2007). Podobne kalkulacje przeprowadzili naukowcy, w pracy naukowej pt. „A spatial analysis of biogas potential from manure in Europe (Scarlat i in. 2018), którzy oszacowali ilość wytwarzanego obornika na 91.3 mln t dla regionu Polski. Na podstawie przeprowadzonych przez naukowców Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu obliczeń oraz ogólnodostępnych informacji o liczebności zwierząt gospodarskich w Polsce oszacowano ilość produkowanego obornika na ok. 107.08 mln Mg/rok (Kozłowski i in. 2019) .
Obornik | Potencjał biogazowy | Potencjał metanowy | |
[mln Mg] | [mln m3] | [mln m3] | |
Krowy mleczne | 42,23 | 3 033,68 | 1 768,65 |
Pozostałe bydło | 31,70 | 2 276,95 | 1 327,47 |
Pozostała trzoda chlewna | 15,58 | 805,63 | 474,65 |
Lochy | 3,26 | 168,81 | 99,46 |
Owce | 0,12 | 10,64 | 6,37 |
Drób | 14,19 | 2 493,24 | 1 390,03 |
Suma | 107,08 | 8 788,94 | 5 066,64 |
Jednakże, przy braku szczegółowych danych odnośnie systemu utrzymania zwierząt w gospodarstwie oraz produkcji odpadów rolniczych, dokładne oszacowanie ilości produkowanego obornika, na dzień dzisiejszy, jest niemożliwe. Według danych Scarlat i in. (2018) zbierane i gospodarowane jest ok. 58.6 mln ton obornika, co stanowi jedynie ok. 54.7% produkowanego obornika. Natomiast z danych GUS wynika, że w polskim rolnictwie wykorzystuje się ok. 52 mln t tego materiału. Należy również podkreślić, że z ogólnodostępnych informacji znajdujących się na stronach KOWR w 2020 r., na cele biogazowe wykorzystane zostało jedynie 91 682 Mg obornika. Nawet przy uwzględnieniu 759 774 Mg gnojowicy wykorzystanej do produkcji biogazu, na cele energetyczne zagospodarowane jest ok. 1,6% całej produkcji odchodów zwierzerzęcych. Część materiału wykorzystywana jest na cele nawozowe, jednakże znaczna część bardzo często ulega rozkładowi na polach w niekontrolowanych warunkach.
W przypadku zebrania całego dostępnego obornika, łączny potencjał biogazowy tego nawozu może wynieść około 5 mld m3 CH4. Taki wolumen zaspokoi około 25% popytu krajowego. Ponadto uwzględniając fakt, że ok. 5,4 mld m3 gazu ziemnego wydobywane jest w Polsce, całkowite wykorzystanie obornika na cele energetyczne pozwoliłoby znacząco zmniejszyć import gazu do Polski. W tabeli 3 przedstawiony został potencjał całkowitej produkcji energii z odchodów odzwierzęcych, a także moc całkowita instalacji oraz ilość energii elektrycznej możliwej do wyprodukowania.
Energia pierwotna | Moc biogazowni | Energia elektryczna | |
[TJ] | [MW] | [GWh] | |
Krowy mleczne | 52 700,57 | 860,17 | 7 053,39 |
Pozostałe bydło | 39 554,73 | 645,61 | 5 293,96 |
Pozostała trzoda chlewna | 14 143,23 | 230,84 | 1 892,92 |
Lochy | 2 963,47 | 48,37 | 396,63 |
Owce | 189,90 | 3,10 | 25,42 |
Drób | 41 418,75 | 1 690,07 | 13 858,61 |
Suma | 150 970,65 | 3 478,16 | 28 520,92 |
Wykorzystanie tylko odchodów zwierzęcych do produkcji energii pozwoliłoby na budowę instalacji biogazowych o mocy ok. 3,478 MW. Należy również rozważyć wykorzystanie biogazowni, jako elektrowni pracujących w okresie największego zapotrzebowania dobowego na prąd. Rozwiązanie to pozwoliłoby na utrzymanie stabilności dostaw energii przy jednoczesnej ich dywersyfikacji. Ponadto w całym roku 2020, produkcja energii elektrycznej brutto kształtowała się na poziomie 152 308 GWh i był to trzeci ro z rzędu kiedy wartość produkcji spadała, podczas, gdy w tym samym okresie krajowe zużycie energii elektrycznej brutto wyniosło 165 532 GWh. Uwzględniając planowany wzrost zapotrzebowania na energię, wykorzystanie samego obornika pozwoli na produkcję ok. 28 520 GWh energii elektrycznej, co zaspokoi potrzeby kraju oraz ograniczy jej import, który wynosi ok. 12 tys. GWh rocznie.
Oczywiście powyższe założenia zakładają wykorzystanie całego dostępnego w Polsce obornika, co nie jest realne. Ze względów ekonomicznych, nie będzie możliwe powstanie biogazowni przy każdym (nawet najmniejszym gospodarstwie). Jednak uwzględniając możliwość powstania spółdzielni rolniczych, które mogłyby dostarczać surowiec w zamian za odbiór darmowego nawozu organicznego, oraz doliczając bardzo duże (choć trudne do oszacowania) ilości substratów jak odpadową biomasę roślinną, odpady z przetwórstwa żywności, cukrowni, rzeźni i ubojni, mleczarni, gorzelni oraz refood (przeterminowaną i zepsutą żywność), które charakteryzują się wysoką wydajnością produkcji biogazu i metanu oraz relatywnie niską ceną za Mg substratu można traktować powyższe rozważania, dot. potencjału energetycznego biogazowni w Polsce, za jak najbardziej realne.

Na podstawie dostępnych informacji dot. ilości obornika powstających w różnych regionach Polski, możliwe jest stworzenie mapy potencjału energetycznego Polski oraz miejsc, gdzie istnieją największe zasoby i możliwości budowy biogazowni.
Największy potencjał produkcji energii elektrycznej z odchodów zwierzęcych stwierdzono w województwie wielkopolskim (5593,54 GWh), mazowieckim (5535,70 GWh) i podlaskim (2959,38 GWh). Należy jednak zaznaczyć, że nie są to województwa, w których obecnie działa najwięcej biogazowni rolniczych. Cieżko w chwili obecnej znaleźć jedną przyczynę tego stanu rzeczy. Można jedynie przypuszczać, że duży wpływ na to miała sytuacja na rynku biogazu w latach 2010-2020, brak technicznych możliwości podłączenia tego typu instalacji do sieci elektroenergetycznych, protest społeczne itp. Najniższy możliwy do wytworzenia potencjał energii elektrycznej określono dla trzech województw: lubuskiego (591,69 GWh), opolskiego (597,56 GWh) i podkarpackiego (701,59 GWh).
Rozważając natomiast możliwość budowy biogazowni w zależności od wielkości gospodarstwa przyjmuję się, że płody rolne z gospodarstw o powierzchni od 300 do 500 ha mogą zasilać biogazownie o mocy elektrycznej – 0,5 MW, natomiast przy gospodarstwach rolnych o powierzchni powyżej 500 ha mogą powstać biogazownie rolnicze o mocy powyżej 1 MW. Należy jednak dodać, że gospodarstwa o powierzchni między 300 a 500 ha mogą z łatwością pozyskać substraty lignocelulozowe do zapewnienia pracy biogazowniom o mocy 1 MW w przypadku odbioru np. części niezbieranej zazwyczaj słomy kukurydzianej, łubinowej, rzepakowej czy nawet zbożowej od sąsiednich gospodarstw.
Na podstawie danych GUS można stwierdzić, że w Polsce, w przypadku opierania się na samych tylko substratach własnych gospodarstw, istnieje możliwość budowy blisko 350 biogazowni o mocy co najmniej 1 MW bezpośrednio przy indywidualnych gospodarstwach rolnych, ok. 800 instalacji o mocy 0,5 MW i blisko 1600 instalacji o mocy 250 kW.
Literatura:
- Igras J., Kopiński J. 2007. The consumption of mineral and natural fertilizers in the regional system, [in:] Checking the suitability of indicators for the assessment of sustainable management of agricultural environment resources in selected farms, communes and voivodeships, IUNG, Puławy, str. 107-116.
- Kozlowski K., Dach J., Lewicki K., Malińska K., Paulino do Cormo I.E., Czekała W., Potential of biogas production from animal manure in Poland, Archives of Environmental Protection, 45 (3), str. 99–108
- Scarlat, N., Fahl, F., Dallemand, J.F., Monforti, F. & Motola, V. (2018). A spatial analysis of biogas potential from manure in Europe, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94, str. 915–930,