Biogazownie rolnicze, będące instalacjami OZE są nastawione na produkcje energii w sposób przyjazny dla środowiska. Korzyści finansowe omawianych instalacji wynikają przede wszystkim z tytułu sprzedaży energii elektrycznej lub gazu.

Poza aspektami środowiskowymi oraz ekonomicznymi należy wspomnieć o aspektach społecznych funkcjonowania biogazowni rolniczych. Na powstawaniu i prawidłowym funkcjonowaniu omawianych instalacji zyskać może nie tylko inwestor czy właściciel. Wymierne korzyści z przedsięwzięcia może mieć również społeczność mieszkająca m.in. w sąsiedztwie takiego zakładu. Działalność opierająca się na produkcji biopaliw pozytywnie wpływa na rozwój kolejnych sektorów oraz społeczności współpracujących z istniejącym zakładem. Modernizacja infrastruktury, tworzenie nowych miejsc pracy, możliwość zawiązywania lokalnych współpracujących firm, ochrona środowiska, zagospodarowanie odpadów, produkcja energii w różnych jej postaciach – to tylko wybrane aspekty przemawiające za powstawaniem i rozwojem omawianych instalacji OZE, jakimi są biogazownie rolnicze.

Biogazownie jako instalacje OZE

Biogazownie rolnicze są jednym z przykładów instalacji odnawialnych źródeł energii. Wytwarza się w nich biogaz – mieszaninę gazów, w skład której wchodzą m.in. metan, dwutlenek węgla, siarkowodór, amoniak oraz śladowe ilości innych gazów. Wytworzony biogaz jest gromadzony, a następnie oczyszczany. Następnie spala się go w silnikach kogeneracyjnych, celem produkcji energii elektrycznej. Praca takich jednostek generuje bardzo duże ilości ciepła. Zazwyczaj jest ono jedynie w niewielkim stopniu wykorzystywane przez sam zakład, lecz jego ilość nadaje niemały potencjał działaniom mającym na celu jego efektywne wykorzystanie.

Proces fermentacji metanowej przy wykorzystaniu roślin energetycznych oraz innej biomasy roślinnej na potrzeby procesu, zachodzący w kontrolowanych warunkach jest przyjazną dla środowiska technologią. Innowacyjnymi, a zarazem jeszcze bardziej preferowanymi ze względu na zrównoważony rozwój jednostkami są te, które opierają swoje funkcjonowanie o przetwarzanie odpadów z pochodzących różnych sektorów gospodarki.

Jako wsad wykorzystują one różnorodne odpady ulegające biodegradacji. Odpady przyjęte do biogazowni ulegają biodegradacji przy wykorzystaniu mikroorganizmów w procesie fermentacji metanowej. Powstały biogaz jest biopaliwem gazowym, mającym ogromny potencjał na rynku energetycznym. Omawiane instalacje są jednym z przykładów instalacji OZE, których rozwój jest z każdym rokiem zauważalny.

Produkcja energii elektrycznej i ciepła w kogeneracji

W Polsce, zdecydowanie najpopularniejszym sposobem zagospodarowania biogazu wyprodukowanego w biogazowniach rolniczych jest jego przetworzenie w silniku kogeneracyjnym. Silniki kogeneracyjne są silnikami spalinowymi o znacznych rozmiarach. Wytworzony w wyniku fermentacji metanowej biogaz jest oczyszczany w wyspecjalizowanym procesie wykorzystującym jako filtr oczyszczający np. aktywny węgiel.

Bezpośrednie wykorzystanie nieoczyszczonego biogazu mogłoby spowodować awarie jednostki kogeneracyjnej. Wynika to z faktu, że w biogazie znajdują się związki i cząstki stanowiące zagrożenie dla silnika kogeneracyjnego. Skutkowałoby to chociażby zapychaniem się wtrysków podających gaz do komór spalania, nieodpowiednim spalaniem już po samym wtrysku, korozją i degradacją powierzchni tłoków i cylindrów oraz odkładaniem się nadmiernego nagaru za zaworem wydechowym. Oczyszczony biogaz staje się odpowiednim paliwem zasilającym agregat kogeneracyjny.

Oto mapa biogazowni rolniczych w Polsce!

Zasada działania siłowni kogeneracyjnej jest tożsama z zasadą działania każdego silnika spalinowego. Energia uzyskana w procesie spalania biogazu jest zamieniana w energię mechaniczną. Kogeneracja pozwala na produkcję energii w dwóch jej formach – energii elektrycznej oraz ciepła. Podczas pracy takiego silnika napędzany jest generator, z którego energia elektryczna po odpowiednim sparametryzowaniu jest wtłaczana do sieci elektroenergetycznej. Energia elektryczna na wyjściu z generatora ma inne parametry niż prąd płynący w sieci elektroenergetycznej. Należy dostosować napięcie oraz częstotliwość wyprodukowanej energii elektrycznej przed wtłoczeniem jej do sieci. Zadanie to wykonywane jest w najbliższej stacji transformatorowej. Stamtąd prąd płynie bezpośrednio do odbiorników.

Jak powszechnie wiadomo podczas pracy jakiegokolwiek silnika spalinowego dochodzi do emisji ciepła, wygenerowanego z procesu spalania. W silnikach kogeneracyjnych funkcjonujących na terenie biogazowni jest podobnie. Z mniejszą bądź większą precyzją można porównywać ilość wytworzonej energii elektrycznej oraz cieplnej przez taką jednostkę. Ciepło powstałe na skutek pracy silnika jest odzyskiwane z układu chłodzenia. Temperatura płynu chłodzącego silnik dochodzi nawet do 100°C. Odzysk ciepła następuje także ze spalin wylotowych, których temperatura może dochodzić nawet do 600°C. Wytworzone ciepło wykorzystać można m.in. do ogrzania komór fermentacyjnych. Nie jest to jednak jedyny sposób wykorzystania powstałego ciepła.

Możliwość wykorzystania ciepła

Zdecydowanie istotniejszą formą energii wytworzonej w wyniku kogeneracji jest energia elektryczna. Nie można jednak pominąć ciepła, którego ilość jest zbliżona do energii elektrycznej, a nawet zazwyczaj większa. Ciepło wykorzystuje się między innymi na utrzymanie stałej temperatury procesu zachodzącego w komorach fermentacyjnych. Jest to istotne zwłaszcza w instalacjach pracujących w warunkach termofilowych.

Należy podkreślić, że instalacje biogazowe produkują na tyle dużo ciepła, że można je efektywnie zagospodarować na różne sposoby. Przykładowo, nadwyżka ciepła z powodzeniem może zostać wykorzystana do ogrzewania domostw znajdujących się w pobliżu biogazowni. Pamiętać jednak należy o tym, że usytuowanie nieruchomości odbierających ciepło powinno być stosunkowo blisko biogazowni.

W dobie niestabilności na rynku dostaw energii elektrycznej i cieplnej biogazownie taka możliwość może okazać się gwarantem dostaw ciepła. Staje się to szczególnie optymistyczne ze względu na fakt, że ciepło w takich instalacjach jest produktem ubocznym. W związku z tym dostawy ciepła do pobliskich domostw mogą być darmowe lub znacznie tańsze w stosunku do takich rozwiązań jak ogrzewanie z wykorzystaniem węgla czy gazu.

BIOGAZ W POLSCE – POBIERZ ZA DARMO NASZ RAPORT!

Ciepło powstałe na skutek pracy jednostek kogeneracyjnych może zostać wykorzystane także do procesów wymagających dużych nakładów tego rodzaju energii. Temperaturę niezbędną do wysuszenia frakcji stałej pofermentu można uzyskać z ciepła powstałego w jednostkach kogeneracyjnych. W tym przypadku można wykorzystać surowiec pozbawiony w znacznym stopniu wody do produkcji biopaliw stałych. Nie tylko frakcja stała pofermentu może być komponentem do produkcji peletu, czy brykietu. Można ją wymieszać razem z inną dostępną biomasą obejmującą przykładowo pozostałości z obróbki drewna czy słomę.

Innym rozwiązaniem wymagającym znacznych ilości ciepła jest suszenie płodów rolnych. Często zaraz po zbiorze dosuszać należy zboża takie jak: rzepak, pszenicę, pszenżyto, jęczmień, żyto czy kukurydzę. W takim kontekście biogazownie są istotnymi punktami strategicznymi zaopatrujące pobliską społeczność w gaz, energię elektryczną oraz ciepło oraz zakładami współpracującymi ściśle z sektorem rolno-spożywczym.

Możliwość produkcji biometanu

W zależności od planów inwestora oraz uzyskania odpowiednich dokumentów obejmujących m.in. pozwolenia i decyzje biogazownia rolnicza może być nastawiona na wtłaczanie gazu do pobliskich sieci gazociągowych lub produkcję energii elektrycznej za pomocą jednostek kogeneracyjnych.

W obecnej sytuacji geopolitycznej, zarówno bezpieczeństwo energetyczne, jak i bezpieczeństwo związane z dostawami ciepła nabierają szczególnie wyraźnego wydźwięku. Możliwości, które dają biogazownie pod tym względem są często niedostrzegalne. Produkcja biometanu daje bowiem możliwość zaspokojenia zapotrzebowania energetycznego lokalnej społeczności. Istotnym aspektem są także dostawy gazu.

Biogazownia nastawiona na wtłaczanie wyprodukowanego i oczyszczonego biogazu do sieci gazociągowej również jest znaczącym producentem zapewniającym stabilne dostawy gazu. Niezależnie od charakteru produkcyjnego instalacji biogazowych należy spojrzeć na nie z perspektywy punktów strategicznych, dywersyfikujących rynek energetyczny w Polsce. Rynek produkcji biogazu, energii elektrycznej oraz ciepła w instalacjach biogazowych jest relatywnie nowym rynkiem. W Polsce funkcjonuje aktualnie niewiele ponad 130 biogazowni rolniczych, jednak żadna z nich nie produkuję biometanu.

Ograniczenie negatywnego oddziaływania odpadów na środowisko

Biogazownie często postrzegane są jako instalacje wykorzystujące do produkcji energii kiszonkę z kukurydzy oraz gnojowicę. Niektóre z instalacji faktycznie funkcjonują w takim układzie, jednak coraz częściej spotkać można instalacje wykorzystujące do produkcji biogazu szeroką gamę odpadów ulegających biodegradacji. Po uzyskaniu niezbędnych decyzji biogazownia może przyjąć miano miejsca zagospodarowania odpadów, często odpadów uciążliwych.

W Polsce nie brakuje zakładów, które wytwarzają odpady jako produkty uboczne powstałe podczas procesu produkcji innych towarów. Zagospodarowanie tych odpadów w biogazowni pozwoli ograniczyć w pewnym stopniu ryzyko skażenia środowiska tymi właśnie odpadami. Mniej prawdopodobne stają się wówczas incydenty związane ze zrzutem ścieków do przyzakładowych rowów melioracyjnych czy pobliskich rzek.

Kongres Biogazu coraz bliżej!

Ryzyko związanie ze skażeniem wód gruntowych spowodowanym zakopaniem w glebie uciążliwych dla zakładu odpadów również staje się mniejsze, nie wspominając już o wylewaniu lub gromadzeniu odpadów w miejscach mniej uczęszczanych. W tym kontekście, biogazownie rolnicze mogą okazać się efektywnym narzędziem do walki z nieodpowiedzialnym i niebezpiecznym, często bezprawnym zagospodarowaniem odpadów.

Dodatkowo wspomnieć należy, że z reguły odpady, o których mowa są bardzo wydajne pod względem możliwości produkcji biogazu. W związku z tym ich zagospodarowanie w biogazowniach jest wyjątkowo korzystne zarówno dla zakładu przetwórczego, biogazowni, jak i lokalnej społeczności.

Integracja z przemysłem rolno-spożywczym

Zaobserwować można zwiększone zainteresowanie budową instalacji biogazowych przez zakłady z branży rolno-spożywczej. Jest to słuszny krok, który pozwala na zagospodarowanie odpadów wytworzonych przez zakład podczas procesu produkcji. Zainwestowanie w przyzakładową biogazownię pozwala w dłuższym okresie zaoszczędzić finanse, które w innym wypadku musiałyby być przeznaczone na poniesienie opłat związanych z zagospodarowaniem wytworzonych odpadów.

Jednocześnie rozwiązany jest nie tylko problem zagospodarowania wytworzonych odpadów, ale i również samego transportu. Instalacje takie powstają na terenie zakładu bądź w bliskim sąsiedztwie. Wsadem do biogazowni współpracujących z producentem odpadów rolno-spożywczych są zazwyczaj wydajne substraty. W przypadku ubojni może to być krew, tkanka tłuszczowa, skrawki mięsne, treści przewodu pokarmowego, wnętrzności. Dla gorzelni będzie to przykładowo wywar, a dla cukrowni wysłodki buraczane.

Dodatkowa korzyścią z pewnością będzie wykorzystanie wytworzonego ciepła na potrzeby własne zakładu. Inwestycja w przyzakładową instalację biogazową z czasem przyniesie pozytywne skutki na wielu płaszczyznach działalności zakładu. Oprócz wyeliminowania problemu związanego z utylizacją wytworzonych odpadów w dłuższej perspektywie bilans finansowy takiego zakładu z pewnością ulegnie poprawie z tytułu wykorzystania wytworzonej energii elektrycznej oraz ciepła na własne potrzeby.

Produkcja wartościowego nawozu

Era intensywnych upraw zmusiła rolników do stosowania nawozów sztucznych. Ich stosowanie jest związane m.in. ze zwiększeniem plonu z jednostki powierzchni. Nawozy te są szczególnie często wykorzystywane w rolnictwie intensywnym, przy pracy na dużym areale. Jednym z minusów stosowania tego typu nawozów jest to, że tak cenna gleba co prawda zostaje zasilona w składniki potrzebne do wzrostu roślin, lecz z czasem materia organiczna, związki organiczne oraz mikroflora glebowa mogą zacząć zanikać.

Pozyskiwane i przetwarzane przez biogazownie odpady wpływają nie tylko na zwiększenie produkcji energii ze źródeł odnawialnych, ale także na zwiększenie produkcji przyjaznego środowisku i wartościowego nawozu organicznego. Poferment będący produktem ubocznym procesu fermentacji metanowej zachodzącego w biogazowni jest bardzo dobrym nawozem organicznym pod uprawę rolną. Powstaje on z masy organicznej, która zostaje poddana rozkładowi przez proces mikrobiologiczny zachodzący we wnętrzu komór fermentacyjnych biogazowni. Z jednej strony zastosowanie pofermentu jako nawozu jest rozwiązaniem problemu wyjaławiania gleby, a z drugiej strony poferment jest bardzo konkurencyjny cenowo w porównaniu do nawozów mineralnych. W zależności od mocy i ilości przyjmowanych odpadów zazwyczaj powstaję kilkadziesiąt tysięcy Mg pofermentu rocznie.

Biogaz na stronie magazynbiomasa.pl

Z punktu widzenia biogazowni rolniczej poferment jest produktem ubocznym procesu. Po dostrzeżeniu jego licznych zalet, omawiany produkt stać się może kolejnym atrakcyjnym źródłem przychodu. Odpowiednia ilość azotu, fosforu, potasu w pofermencie oraz zawarte w nim bakterie w sposób naturalny wprowadzają do gleby związki organiczne i odbudowują warstwę ryzosfery. Ponadto poferment pozytywnie wpływa na kiełkowanie, wzrost i plonowanie roślin uprawnych, co potwierdzają liczne badania naukowe. Jest on zatem wartościowym nawozem, który z powodzeniem może być wykorzystywany przede wszystkim przez pobliskich rolników.

Tworzenie nowych miejsc pracy dla społeczności lokalnej

Biogazownie rolnicze nie są zakładami w pełni zautomatyzowanymi. Z tego względu omawiane instalacje stają się potencjalnym miejscem zatrudnienia do pracy osób, zwłaszcza tych mieszkających w niedalekiej okolicy zakładu. Praca takiej instalacji to współpraca wielu składowych. Pierwszym etapem, który wymaga odpowiedniej obsługi jest samo przyjęcie transportów wjeżdżających na zakład. Mowa tutaj o obsłudze technicznej, jak i formalno-administracyjnej.

Idąc dalej; proces zachodzący w komorach fermentacyjnych, serce biogazowni, musi być na bieżąco monitorowany i kontrolowany. Kontrolowany musi być także stan techniczny maszyn i instalacji odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie całej instalacji – kolejny etat dla wykwalifikowanej w tej dziedzinie osoby. Praca w biogazowni wymaga również pracy z dokumentacją gromadzoną przez zakład, jak i wymaganą przez organy administracyjne. Instalacje takie z racji na charakter pracy tworzą automatycznie atrakcyjne miejsca zatrudnienia.

Wpływy z podatków do budżetu Jednostek Samorządu Terytorialnego

Instalacje biogazowe jako przedsięwzięcie nastawione na zysk są zobowiązane do przekazywania określonych kwot do budżetu lokalnych władz. Środki te mogą być wówczas przeznaczone przez administrację lokalną na inwestycje służące społeczności zamieszkującej określony obszar.

Lokalne władze z powodzeniem mogą przeznaczyć środki uiszczone przez biogazownię chociażby na budowę lub modernizację infrastruktury na danym obszarze. Dodatkowe wpływy mogą także zostać zainwestowane w lokalne działania edukacyjne lub ochronę środowiska.

Zwiększenie budżetu Samorządów Terytorialnych to wiele możliwości dla lokalnej społeczności. Biogazownie mogą być zatem istotnym elementem w budżecie lokalnych władz, a co za tym idzie korzyścią dla społeczności zamieszkującej dany obszar administracyjny.

Impuls do rozwoju pobliskiej infrastruktury i firm

Dostrzegając potencjał i szansę na rozwój oraz zysk w otoczeniu instalacji biogazowych powstawać mogą firmy ściśle współpracujące z tego typu zakładami. Niezbędnym elementem funkcjonowania biogazowni jest transport odpadów z zakładów je wytwarzających na teren biogazowni – możliwość rozwoju firm trudniących się transportem. Istotną kwestią jest także odbiór i zagospodarowanie powstałego pofermentu – okazja rozwoju dla firm transportowych oraz tych świadczących usługi dotyczące aplikowania pofermentu na areale rolników zainteresowanych zaopatrzeniem w ten nawóz.

Podsumowanie

Wymienione powyżej aspekty mają przybliżyć czytelnikowi zasadę funkcjonowania instalacji biogazowych ze szczególnym wskazaniem korzyści dla społeczeństwa. Wszystkie opisane kwestie mogą przynosić korzyści nie tylko dla środowiska naturalnego, ale także dla ludzi zamieszkujących okolice takich instalacji.

Biogazownie mają potencjał funkcjonowania jako zakłady działania wielosektorowego. Są one miejscem zagospodarowania odpadów, gdzie produkuje się biogaz, energię elektryczną oraz ciepło. Instalacje te mogą i powinny stać się impulsem do rozwoju lokalnej sytuacji ekonomicznej, zakładami zaopatrującymi rolników w przyjazny dla środowiska nawóz organiczny oraz nowymi miejscami pracy dla ludzi zainteresowanych rozwojem w nowej, perspektywicznej gałęzi energetycznej w Polsce.

Chcesz wiedzieć więcej? Dlatego czytaj Magazyn Biomasa. W internecie za darmo:

Inne wydania Magazynu Biomasa znajdziesz tutaj. Dlatego kliknij i czytaj!

Autorzy: Prof. UPP dr hab. inż. Wojciech Czekała – Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Jan Jasiński – Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu – Studenckie Koło Naukowe Ekoenergetyki

Zdjęcie: Shutterstock