Niemiecki rynek biogazu rolniczego liczy obecnie ponad 9400 pracujących biogazowni. Stanowi on ponad połowę całego rynku europejskiego. Czy jednak rozwiązania wprowadzane u zachodniego sąsiada mogą być wdrożone u nas na poziomie systemowym oraz technologicznym? Wydaje się, że nie. Tym bardziej że i w Niemczech w ostatnim czasie obserwuje się wyhamowanie dynamicznego rozwoju rynku biogazowego.

Objęcie przez Niemcy pierwszej pozycji w Europie pod względem liczby instalacji biogazowych było przemyślaną i zaplanowaną polityką niemieckich rządów w zakresie energetyki odnawialnej, określanej jako Energiewende. Rozwój niemieckiego rynku biogazowego możliwy był początkowo dzięki bardzo dużym dotacjom i korzystnym kredytowaniu oraz stabilności warunków inwestycji, rolnicy bowiem podpisywali umowy na dostarczanie energii elektrycznej do sieci po stałych cenach w okresie 20 lat. Cena sprzedaży energii elektrycznej, gwarantowana na okres 20 lat, wahała się m.in. w zależności od wielkości instalacji, rodzaju substratów, wykorzystania ciepła i wynosiła zazwyczaj 20-22 eurocenty za kWh (ale dla małych instalacji do 75 kWe wykorzystujących odchody zwierzęce dochodzi do 27 eurocentów/kWe). Można więc przyjąć, że średnio właściciel niemieckiej biogazowni otrzymywał cenę na poziomie 900-1000 zł/MWh energii elektrycznej. Kwota ta – nieosiągalna na polskim rynku – zapewniła bardzo dynamiczny rozwój niemieckiego rynku biogazowego.

Biogazowy boom inwestycyjny

Obecnie od czterech lat finansowane są głównie małe instalacje. Warto też wspomnieć, że w końcowym okresie obecnie wysokich dopłat do cen energii z biogazowni nastąpił prawdziwy boom inwestycyjny, w 2011 r. zbudowano bowiem w Niemczech aż 1270 instalacji. Można więc przypuszczać, że w przypadku stworzenia w Polsce korzystnych warunków dla rozwoju biogazowni rolniczych budowa kilkuset instalacji rocznie byłaby technicznie wykonalna (oczywiście pomijając większe problemy biurokratyczne przy inwestycjach w naszym kraju). Specyfiką niemieckiego rynku biogazowego jest oparta na substratach typowo rolniczych – przede wszystkim kiszonkach uzupełnionych głównie gnojowicą. Aż ponad 10 proc. powierzchni upraw w Niemczech jest zajętych pod uprawę kukurydzy, co daje 60 mln ton kiszonki przerabianej rocznie w biogazowniach. Polska ma powierzchnię gruntów rolnych większą o ponad 1 mln ha od Niemiec.

Polska? Potencjał większy. W teorii…

Teoretycznie więc potencjał dla biogazowni rolniczych w modelu niemieckim jest w Polsce nawet większy niż w Niemczech. Należy jednak podkreślić, że z uwagi na różnice w cenach sprzedawanej energii powielanie niemieckiego modelu przez polskie biogazownie jest dla nich prostą drogą do bankructwa. O ile w niemieckim modelu wykorzystywanie innych substratów niż kiszonki i odchody zwierzęce jest ograniczone prawnie i technologicznie, o tyle w Polsce używanie jako substratów biomasy i odpadów organicznych z rolnictwa i przetwórstwa jest podstawą do uniknięcia plajty i uzyskania dodatniego bilansu ekonomicznego. Kierowana przeze mnie Pracownia Ekologii współpracuje z wieloma biogazowniami, które planowane w latach 2008-12 posiadały model biznesowy w oparciu o ceny zielonych certyfikatów na poziomie 250-280 zł i wykorzystaniu kiszonki kukurydzy w cenach 100-140 zł/tonę i obecnie podstawowym ratunkiem przed bankructwem jest dla nich zupełna zmiana składu substratów oraz modyfikacje w technologii przygotowania wsadu i zwiększenia wydajności fermentacji. Należy bowiem jeszcze raz podkreślić – obecnie brak jest możliwości w zakresie wdrażania modelu niemieckiego na polskim rynku, a nie należy się spodziewać, aby w najbliższych latach cena wsparcia dla biogazu w Polsce zbliżyła się choć do poziomu wsparcia istniejącego w Niemczech przed 2012 r.

Najkorzystniejszy model rozwoju sektora biogazowego w Polsce

Należy więc zadać sobie pytanie: jaki jest najkorzystniejszy model rozwoju sektora biogazowego w Polsce? Odpowiedzi jest wiele, ale pierwsza nasuwa się od razu: wydajne i tanie substraty. Należy całkowicie zmienić obowiązujące w większości krajów Europy Zachodniej podejście, gdzie fermentację oparto na kiszonkach i przy wysokiej cenie energii jest to opłacalne (nawet w Czechach cena to prawie 140 euro/MWh, w Rumunii 182 euro/MWh). W Polsce dostępna jest ogromna ilość biomasy jako plonu ubocznego czy też bioodpadów z przetwórstwa. Zebrane przez nas dla Ministerstwa Rozwoju dane na konferencję z 2 marca br. wykazały, że w Polsce dla celów biogazowych można wykorzystać: blisko 90 mln ton odchodów zwierzęcych, ponad 4 mln ton słomy kukurydzianej i do 8 mln ton innych rodzajów słomy, kilka milionów ton odpadowej biomasy, w tym odpady z przetwórstwa żywności, cukrowni, rzeźni, ubojni, mleczarni, gorzelni, refood (przeterminowana i zepsuta żywność) i inne. Lista ta oczywiście nie obejmuje wszystkich pozycji, ale ostrożnie licząc (bez uwzględnienia kiszonek i upraw celowych) daje to produkcję 13,5 mld m3 biogazu rocznie. Co najważniejsze – większość tych substratów można pozyskać w cenie znacznie poniżej kosztów produkcji kiszonek, co bardzo zwiększa opłacalność funkcjonowania biogazowni. Aby uzmysłowić sobie, jak duży jest potencjał w tym rynku, mogę dodać, że w Pracowni Ekotechnologii przebadaliśmy pod kątem potencjału wytwarzania biogazu już ponad 1100 różnych rodzajów substratów, a wciąż pomysłowość firm w zakresie wyszukiwania różnych, często nietypowych rodzajów wsadów bywa zadziwiająca. Wykorzystanie substratów ubocznych czy odpadowych nie jest jednak takie proste w wielu przypadkach, bowiem instalacje oparte na technologii Nawaro nie mogą być karmione w sposób chaotyczny dowolnym rodzajem wsadu. Stąd ważna rola zmian technicznych i technologicznych.

Najwydajniejsze i najbardziej obiecujące polskie technologie biogazowe

Tragicznie głęboki spadek poziomu dofinansowania dla biogazowni od końca  2012 r., a zwłaszcza stycznia 2013 r., zmusił wielu inwestorów do działań w kierunku modyfikacji technologii, w odróżnieniu bowiem od stabilnego rynku niemieckiego – modyfikacje oraz nowe technologie dla właścicieli naszych biogazowni to było wręcz „być albo nie być”. Można więc z całą pewnością podkreślić, że Polska jest aktualnie w grupie światowych liderów pod względem innowacji w biogazie i w surowcach do jego produkcji. Do takich rozwiązań zaliczyć należy przede wszystkim „wszystkożerność” biogazowni, czyli możliwość stosowania szerokiej gamy substratów i częstej, codziennej zmiany rodzaju substratów. Do takich instalacji należy biogazownia firmy Bio Power z Międzyrzeca Podlaskiego pracująca w technologii PROBIOGAS, w układzie fermentorów. Jest to też jedna z dwóch instalacji na świecie, w których na skalę przemysłową można produkować wodór – w czasie testów prowadzonych w 2014 r. udało się na bazie odpadów z przemysłu mleczarskiego, cukrowniczego i z przetwórstwa owoców osiągnąć stabilną produkcję na poziomie 2000-2400 m3 wodoru dziennie. Biogazownia w Międzyrzecu Podlaskim pracuje w technologii wieloetapowej, w której faza wstępnego mieszania jest oddzielona od połączonych hydrolizy, kwasogenezy i octanogenezy oraz ostatniej fazy, czyli metanogenezy. Układ trzech faz można porównać do schematycznego układu pokarmowego świni (jama gębowa, żołądek i jelita) w odróżnieniu od klasycznych biogazowni, nazywanych często „betonowymi krowami”. Układ technologiczny zastosowany w technologii PROBIOGAS pozwala na bardzo dużą swobodę w zakresie wykorzystywanych substratów, w II etapie fermentacji następuje bowiem ich unifikacja i głęboki rozkład do związków prostych, które w III etapie są bardzo szybko przekształcane do metanu. Badania charakterystyki pofermentu z różnych biogazowni prowadzone przez dra Wojciecha Czekałę z UP w Poznaniu wykazały, że biogazownia w Międzyrzecu Podlaskim posiada najwyższy stopień odfermentowania pulpy, na poziomie 98,5 proc. W tradycyjnych technologiach stosowanych w biogazowniach niemieckich zazwyczaj nie przekracza on poziomu 70-85 proc., dlatego np. frakcja stała pofermentu pozyskana z separacji pulpy może być po wysuszeniu i pelletowaniu wykorzystana jako biopaliwo stałe o wartości 17-18,5 MJ/kg. W instalacji w Międzyrzecu również zamontowany został separator, ale z uwagi na bardzo wysoki stopień odfermentowania produkcja frakcji stałej jest minimalna (brak frakcji stałej skutkuje większą produkcją biogazu). Odmienną polską technologią, ale również bardzo ciekawą pod względem efektywności procesu fermentacji, są instalacje bazujące na zunifikowanych, stalowych zbiornikach z centralnym mieszaniem w pionowych propellerach. Instalacje takie bazują na zunifikowanych, stalowych zbiornikach o pojemności całkowitej 1000 m3 i charakteryzują się bardzo dużą stabilnością procesu oraz bardzo małym zapotrzebowaniem energetycznym na mieszanie (jeden niewielki silnik na zbiornik) oraz ogrzewanie (znacznie lepsze parametry cieplne niż w przypadku zbiorników betonowych krytych elastyczną kopułą). Doświadczenia z dotychczas pracującymi instalacjami w Jaromierzu, Upałtach czy Sieńsku wykazują, że technologia ta radzi sobie dobrze zarówno z typowymi substratami rolniczymi, jak i odpadowymi. Innowacyjny, opatentowany system mieszania z pionowo ustawionym propellerem likwiduje problem kożucha, nawet w przypadku stosowania substratów o dużej zawartości suchej masy (np. przesuszonej kiszonki z kukurydzy czy słomy kukurydzianej). System mieszania wciąga bowiem pływające po powierzchni suche frakcje (na zasadzie podobnej jak lej wody spuszczanej z wanny) i transportuje je propellerem na dno zbiornika,  gdzie ulegają one większemu nasączeniu pulpą.

Jaka przyszłość?

Obecnie prace nad dalszym rozwojem tej technologii idą w kierunku zaawansowanej rozbudowy systemu przygotowania substratów, między innymi maceracji i wgłębnej destrukcji struktur substratów. Prowadzone badania, realizowane przy udziale Uniwersytetów Przyrodniczych w Poznaniu i Lublinie wykazują bowiem, że odpowiednie przygotowanie substratu umożliwia wysokowydajną fermentację praktycznie każdego rodzaju słomy, dając wydajność na poziomie powyżej 600 m3 biogazu z tony. Bardzo obiecującym rozwiązaniem jest również układ wstępnej fermentacji opracowany przez poznańską firmę Eco Cogen, oferowany jako przystawka dla już istniejących biogazowni rolniczych pracujących w tradycyjnej technologii Nawaro. Badania realizowane w 2015 r. na dwóch biogazowniach niemieckich zlokalizowanych w Brandenburgii, pracujących na kiszonce z kukurydzy, wykazały, że zastosowanie akceleratora biotechnologicznego spowodowało wzrost produkcji biogazu o 21 i 28 proc. w stosunku do tradycyjnego układu karmienia. Bardzo ciekawym kierunkiem jest rynek drobiarski. Choć Polska jest liderem produkcji drobiu w Europie (ok. 1 mld sztuk/rok), zagospodarowania pomiotu (i odpadów z ubojni) są słabo rozwinięte. Wykorzystanie pomiotu w biogazowniach jest ograniczone nadmiarem azotu. Aktualnie w Pracowni Ekotechnologii UP w Poznaniu  realizowany jest projekt pt. „Innowacyjna technologia fermentacji pomiotu kurzego poddanego redukcji zawartości azotu”. Usuwanie azotu ze świeżego pomiotu umożliwi wykorzystanie tego materiału do fermentacji praktycznie w monosubstracie. Inne rozwiązanie zastosowano w projekcie prowadzonych obecnie we współpracy firmy Kurczak Lubuski i Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. W tej technologii fermentacji obornika kurzego nadmiar azotu usuwany jest za pomocą elektroremediacji, w wyniku czego roztwór przeznaczony do fermentacji posiada obniżoną zawartość azotu, a uzyskana stężona woda amoniakalna może być przeznaczona do celów nawozowych. Aktualnie trwa budowa prototypowej instalacji o mocy 250 kWe pracującej na oborniku kurzym w miejscowości Marianki (siedzibie firmy). Perspektywy rozwoju polskiego rynku biogazowego są obecnie znacznie lepsze niż niemieckiego. Należy jednak pamiętać, że nawet przy wysokiej cenie za energię z biogazu, dla zapewnienia większej opłacalności funkcjonowania biogazowni należy przede wszystkim koncentrować się na wykorzystaniu ubocznych produktów z rolnictwa oraz odpadów z przetwórstwa rolno-spożywczego. Biorąc pod uwagę ilość dostępnej biomasy i bioodpadów (bez uwzględnienia upraw celowych oraz odpadów komunalnych), przetworzenie ich w instalacjach biogazowych może wygenerować w skali kraju znacznie ponad 4000 MWe mocy (ponad 6000 MW w szczycie), co jest znacząco większą ilością niż moc planowanej elektrowni jądrowej (3750 MWe).

Autor: Jacek Dach

Tekst został opublikowany we wrześniowym dodatku „Rynek Biogazu”

Zdjęcie: ppr.pl