Biowęgiel? Jakie są trendy na rynku?

Biowęgiel zaczyna mieć coraz większe znaczenie na rynku zarówno energetycznym, jak i nawozowym. Od ok. 2010 r. obserwuje się bardzo szybki rozwój i ewaluację technologii jego wytwarzania i aktywacji. Biowęgiel bowiem uznawany jest jako produkt przyczyniający się do zmniejszenia emisji CO2. Co obecnie ma kluczowe znaczenie w kontekście zmniejszenia emisji GHG założeń Europejskiego Zielonego Ładu, Gospodarki o Obiegu Zamkniętym oraz pakietu Fit for 55.

Biowęgiel to rodzaj węgla drzewnego wytwarzanego z materiałów organicznych, takich jak odpady rolnicze, zrębki drzewne lub biomasa, w tym również biomasa odpadowa, w procesie zwanym pirolizą. Rynek biowęgla jest podzielony na segmenty według technologii produkcji i zastosowań. Na podstawie technologii rynek dzieli się na pirolizę, systemy zgazowania, toryfikacji i inne technologie (np. karbonizacja hydrotermalna).

Biowęgiel – skąd wzrost zainteresowania?

Z uwagi na swoje właściwości i możliwości wykorzystania, od dwóch dekad obserwuje się wyraźny wzrost zainteresowania biowęglami w sektorze rolniczym.

Zastosowania w rolnictwie obejmują zarówno środki poprawiające właściwości gleby, dodatki do kompostowania i nośniki nawozów, jak również wykorzystanie do przetwarzania obornika i ściółki w stajniach oraz jako dodatki do kiszonki i pasz. Ponadto biowęgiel zwiększa żyzność gleb i poprawia retencję wody w glebach, co w konsekwencji wpływa na wzrost wydajności upraw.

Biowęgle mają również szerokie zastosowanie w przemyśle, w tym w budownictwie np. jest dodatkiem do tynków jako substancja pochłaniająca zapachy czy inne substancje szkodliwe lub też jako składnik różnego rodzaju kompozytów, tworzyw sztucznych, w przemyśle papierniczym czy tekstylnym [1, 2].

Biowęgle to też produkty o właściwościach zbliżonych do powszechnie stosowanych węgli aktywnych, które posiadają zdolność sorbowania substancji toksycznych. Mogą więc z powodzeniem znaleźć zastosowanie w ochronie środowiska, w oczyszczaniu wód, powietrza, w systemach filtracyjnych i jako dodatek do kosmetyków czy żywności. Po odpowiednim wzbogaceniu mogą również stanowić nośnik substancji stosowanych np. w suplementacji.

---

Kongres Biogazu – zarejestruj się!

---

Od 2016 r. biowęgiel, jak również bioenergia, a także bioenergia z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla (BECCS), zostały uznane za potencjalne rozwiązania, które mogą ograniczyć globalne ocieplenie. Raport specjalny Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) umieścił biowęgiel jako jedną z sześciu technologii o największym możliwym ujemnym potencjale emisji z rocznym potencjałem sekwestracji dwutlenku węgla wynoszącym około 0,7-1,8 Gt CO2-Ce [3, 4].

Rynek biowęgla

Według danych, rynek biowęgli w USA w 2023 r. wynosił 0,43 mln t. Szacuje się, że w 2024 stanowić będzie około 0,57 mln t. Do końca 2029 roku może osiągnąć 1,73 mln t. Z tych samych danych sektora biowęgla w USA wynika, że pandemia COVID 19 wpłynęła negatywnie na jego rynek, ze względu na zakłócenia w łańcuchach dostaw z powodu blokad wpływających na dostępność surowców i siły roboczej wymaganej do jego produkcji. Jednocześnie czas pandemii podkreślił znaczenie w zakresie zrównoważonego rozwoju w różnych sektorach, w tym w rolnictwie. W rezultacie wzrosło zainteresowanie zrównoważonymi praktykami rolniczymi, co doprowadziło do zwiększonego popytu na produkty biowęglowe [3, 5].

Ameryka Północna jest jednym z wiodących regionów pod względem produkcji i zużycia biowęgla. Stany Zjednoczone i Kanada odnotowały wzrost zainteresowania biowęglem głównie z uwagi na wysoko rozwinięty sektor rolniczy, który w tym regionie jest głównym jego konsumentem. Zaawansowane praktyki rolnicze w tym regionie napędzają popyt na ten wartościowy produkt poprawiający właściwości gleb [3, 5]. Ponadto w Ameryce Północnej biowęgle wykorzystywane są również w ochronie środowiska oraz w celu sekwestracji dwutlenku węgla. Do liderów w zakresie stosowania biowęgla na cele rolnicze należą również Chiny, które odpowiadają za produkcję około 18% żywności na świecie [3, 5, 6].

Produkcja biowęgli z biomasy i ich wykorzystanie jako cennego produktu, może mieć bardzo wszechstronne zastosowanie: w energetyce, budownictwie, rolnictwie i innych branżach

Europa potrzebuje regulacji prawnych

Stosowanie biowęgli może być utrudnione w krajach UE przez luki w systemach prawnych, dotyczących produkcji i wykorzystania tego produktu. Obecnie stosowanie biowęgla jako środka nawozowego jest regulowane na szczeblu krajowym w niektórych państwach członkowskich Unii Europejskiej (UE-MS), jednak większość unijnych krajów nie ma sprecyzowanych przepisów dotyczących biowęgla [7]. Niemniej Komisja Europejska wprowadziła regulacje, które powinny ułatwić rozwój tego rynku. W Rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1009 z 5 czerwca 2019 r. zapisano m.in.: „(19) Stwierdzono, że na rynku istnieje popyt na stosowanie jako produktów nawozowych niektórych odpadów z odzysku w rozumieniu dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE (8), takich jak struwit, biowęgiel i produkty na bazie popiołów.

Ponadto niezbędne są pewne wymogi dla odpadów stosowanych jako wsad w procesie odzysku, wymogi dotyczące procesów i technik przetwarzania, a także wymogi dotyczące produktów nawozowych uzyskanych w procesie odzysku, by użytkowanie tych produktów nawozowych nie prowadziło do ogólnych niepożądanych skutków dla środowiska lub zdrowia ludzkiego.”[8].

KE zaleca krajom członkowskim wprowadzenie przepisów ułatwiających dostęp do rynku wewnętrznego i swobodnego przepływu produktów nawozowych UE, jeśli spełnią one wymogi dot. bezpieczeństwa i wykażą wydajność agronomiczną. Wspomniane wyżej Rozporządzenie weszło w życie 16 lipca 2022 r. Nakłada ono dodatkowo na KE obowiązek dokonania oceny struwitu, biowęgla i produktów na bazie popiołu (Ash) (zwanych dalej łącznie „STRUBIAS”) bez zbędnej zwłoki po dacie wejścia w życie oraz przyjęcia aktów delegowanych w celu włączenia tych materiałów do załącznika II, jeżeli spełnione są kryteria dotyczące dowodów naukowych.

Zmniejszyć ryzyko

Aby zmniejszyć ryzyka związane z wykorzystaniem biowęgli, zgodnie z najlepszą dostępną wiedzą naukową, powołano European Biochar Certificate (EBC). W tym celu wydano dokument Guidelines of the European Biochar Certificate (zaktualizowany 5 kwietnia 2023) [1].

Ithaka Institute opracował z kolei w porozumieniu z EBC dokument Guidelines of the World Biochar Certificate (wrzesień 2023). Jest on powiązany z Europejskim Certyfikatem Biowęgla (EBC) i jest własnością Carbon Standards International [2].

Proces produkcji biowęgli

Biowęgle można wytwarzać z różnego rodzaju biomasy, głównie w procesach pirolizy w temperaturach 300-1000oC, pod ciśnieniem i bez dostępu tlenu [3, 7]. Temperaturę uważa się za najważniejszy parametr w kontrolowaniu mechanizmów reakcji karbonizacji, stąd też zaleca się stosowanie temperatury powyżej 350oC. Ta właściwość wpływa na charakterystykę i wydajność biowęgla w większym stopniu w porównaniu z czasem przebywania, szybkością ogrzewania lub wielkością cząstek surowca [7, 9].

Na rynku dostępne są gotowe technologie, jednak proces zawsze należy zoptymalizować w kontekście przetwarzanej biomasy oraz jakości otrzymanego produktu końcowego i docelowego zastosowania biowęgla. Proces pirolizy nie może mieć negatywnego wpływu na środowisko, dlatego parametry technologiczne muszą być ściśle kontrolowane. Innymi parametrami bowiem powinien charakteryzować się biowęgiel wykorzystywany np. na cele energetyczne (głównie wysoka wartość opałowa), a innymi biowęgiel na cele rolnicze czy jako materiał filtracyjny (np. wielkość porów, powierzchnia właściwa).

Na jakość i późniejsze możliwości zastosowania biowęgli, oprócz samego procesu przetwarzania biomasy, decydujący wpływ ma również wsad do procesu, czyli sama biomasa i jej pochodzenie. W procesie pirolizy możemy zastosować czystą biomasę w postaci np. słomy, trocin, wytłoków, pestek, jak również surowce odpadowe, które w swoim składzie zawierają biomasę, w tym obornik, odchody zwierzęce np. kurzeniec, osady ściekowe, RDF, odpady z produkcji mebli, kompost niespełniający wymagań i wiele innych odpadów. Dla każdego z tych rodzajów odpadów należy ustalić warunki procesu tak by otrzymać odpowiedniej jakości produkt, w zależności od ostatecznej koncepcji jego przeznaczenia.

Obniżenie emisji

Spełnienie wymagań w zakresie obniżenia emisji GHG do atmosfery, w tym w szczególności CO2, jak również spełnienie wymagań w zakresie Fit for 55, Europejskiego Zielonego Ładu, czy Gospodarki o Obiegu Zamkniętym (GOZ) oraz troska o ochronę zasobów naturalnych, poprawę jakości gleb, rosnące zapotrzebowania w zakresie produkcji żywności, z uwagi na ogromny przyrost naturalny spowoduje wzrost zainteresowania wszelkimi metodami pozwalającymi na spełnienie rosnących wymagań, podniesienie jakości życia i ochronę środowiska naturalnego.

Do takich metod z pewnością należy produkcja biowęgli z biomasy i ich wykorzystanie jako cennego produktu, który może mieć bardzo wszechstronne zastosowanie, począwszy od wykorzystania w celach energetycznych (energia odnawialna), poprzez produkcję materiałów budowlanych, kompozytów, tworzyw, aż po zastosowanie do celów nawozowych, w ochronie środowiska oraz jako dodatek do kosmetyków, żywności, suplementów.

Biowęgiel stosowany

Biowęgiel stosowany doglebowo stanowi doskonałą opcję zarówno do zarządzania uprawami, jak i do łagodzenia zmian klimatu. Jego wykorzystanie może pomóc zatrzymać wilgoć i zachować żyzność gleby, poprawiając w ten sposób wzrost upraw i plony.

W kontekście sekwestracji stosowanie biowęgla daje długotrwałe efekty z uwagi na jego wysoką stabilność w glebie, stąd też może skutecznie sekwestrować węgiel przez setki, a nawet tysiące lat.

Chcesz wiedzieć więcej? Czytaj Magazyn Biomasa:

Tekst: Joanna Poluszyńska, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

PRZYPISY:

1. Guidelines of the European Biochar Certificate – Version 10.3 (updated on 5th April 2023), (data dostępu 23.07.2024).
2. Guidelines of the World Biochar Certificate – Version 1.0B (from 15th September 2023), https://www.european-biochar.org/en/ct/2-EBC-and-WBC-guidelines-documents (data dostępu 23.07.2024). Sonal K. Thengane, Kevin Kung, Josiah Hunt, Haris R. Gilani, C. Jim Lim, Shahabaddine Sokhansanj, Daniel L. Sanchez, ,,Market prospects for biochar production and application in California”, Biofuels, Bioprod. Bioref. 15:1802–1819 (2021), DOI: 10.1002/bbb.2280.
3. Sonal K. Thengane, Kevin Kung, Josiah Hunt, Haris R. Gilani, C. Jim Lim, Shahabaddine Sokhansanj, Daniel L. Sanchez, ,,Market prospects for biochar production and application in California”, Biofuels, Bioprod. Bioref. 15:1802–1819 (2021), DOI: 10.1002/bbb.2280.
4. Smith P, ,,Soil carbon sequestration and biochar as negative emission technologies”, Global Change Biology (2016) 22, 1315-1324, doi: 10.1111/gcb.13178.
5. Biochar Market Size – Industry Report on Share, Growth Trends & Forecasts Analysis (2024-2029),https://www.mordorintelligence.
   com/industry-reports/biochar-market?network=g&source_ campaign=&utm_source=google&utm_medium=cpc&matchtype= p&device=c&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMIi7PiydO8hwMV_ guiAx2dwwkuEAAYBCAAEgIYfPD_BwE, (data dostępu 23.07.2024).
6. Longlong Xia, Wenhao Chen, Bufan Lu, Shanshan Wang, Lishan Xiao, Beibei Liu, Hongqiang Yang , Chuong Huang , Hongtao Wang, Yang Yang, Litao Lin, Xiangdong Zhu, Wei-Qiang Chen, Xiaoyuan Yan, Minghao Zhuang, Chih-Chun Kung , Yong-Guan Zhu, Yi Yang, ,,Climate mitigation potential of sustainable biochar production in China”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 175, April 2023, 113145, https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113145.
7. Bruno Garcia 1, Octávio Alves 1, Bruna Rijo 1, Gonçalo Lourinho 1 and Catarina Nobre 2, Biochar: Production, Applications, and Market Prospects in Portugal, Environments 2022, 9(8), 95; https://doi.org/10.3390/environments9080095.
8. Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2021/2088 z dnia 7 lipca 2021 r. zmieniające załączniki II, III i IV do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1009 w celu dodania materiałów uzyskanych w wyniku pirolizy i zgazowania jako kategorii materiałów składowych w produktach nawozowych UE.
9. Zhang, Z.; Zhu, Z.; Shen, B.; Liu, L. Insights into Biochar and Hydrochar Production and Applications: A Review. Energy 2019, 171, 581–598.