Technologie Power-to-X. Jak wykorzystać biogeniczny CO2?

Przemysł biometanowy to rosnąca baza zakładów, w których w wysoce skoncentrowanych strumieniach oddziela się biogeniczny CO2. To tanie, ale rozproszone źródło bioCO2 nie jest obecnie dostatecznie wykorzystywane. A może stać się cennym produktem dla projektów Power-to-X.

W świecie, w którym dekarbonizacja oraz elektryfikacja procesów gospodarczych staje się priorytetem, technologie Power-to-X (PtX) oraz doświadczenia duńskie wskazują na obiecującą przyszłość sektora biometanu. I wykorzystania biogenicznego dwutlenku węgla (bioCO2). Transformacja systemu energetycznego za pomocą technologii PtX otwiera nowe możliwości dla sektorów trudnych do elektryfikacji. Podczas gdy rozwój sektora biometanu przyczynia się do neutralnego dla środowiska wykorzystania CO2. Jakie korzyści i wyzwania niesie ze sobą ta rewolucja?

Biometan to dopiero początek

Konieczność uniezależniania się od zasobów kopalnianych powoduje, że coraz większą uwagę zwraca się dziś na alternatywne i innowacyjne technologie. Czyli tak zwane Power-to-X (PtX) nazywane również Power-to-Liquids (PtL).

PtX to szeroki termin obejmujący różnorodne rozwiązania, które umożliwiają przekształcenie energii elektrycznej w inne nośniki energii. Takie jak zielony wodór, e-metanol, zielony amoniak i wiele innych. Te ostatnie, będące klasą niskoemisyjnych paliw syntetycznych, mają na celu zastąpienie paliw opartych na ropie czy gazie. Takich jak metanol czy olej napędowy.

Technologie PtX oferują szerokie możliwości wykorzystania biogenicznego dwutlenku węgla jako surowca, szczególnie w sektorach trudnych do elektryfikacji. Proces PtX rozpoczyna się od produkcji zielonego wodoru i rozgałęzia na różnorodne produkty, takie jak e-paliwa, polimery, czy podstawowe chemikalia.

Międzynarodowym liderem rozwoju technologii biogazu oraz biometanu na dużą skalę jest Dania. Biometan odgrywa tam istotną rolę w zielonej transformacji systemu gazowego oraz w zapewnieniu bezpieczeństwa dostaw. W 2022 roku produkcja biometanu stanowiła około 30% całkowitego zużycia gazu. A duński rząd dąży do osiągnięcia stuprocentowego udziału zielonego gazu już w 2030 roku. I co więcej, cel ten może zostać osiągnięty nawet wcześniej. Obecny rekord pokrycia biometanem całkowitego duńskiego zużycia gazu, mierzony przez 24 godziny, wynosi 98,2%.

Biometan jest obecnie najtańszą i najbardziej skalowalną formą gazu odnawialnego. Może bezpośrednio zastępować gaz ziemny i jest elastyczny. Ponieważ można go łatwo magazynować i wdrażać w całym systemie energetycznym wykorzystując istniejącą infrastrukturę gazową. Biometan jest ponadto dyspozycyjnym nośnikiem energii i jako taki może być wykorzystywany do równoważenia nieciągłej produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Warto również podkreślić, że produkcja jednej tony biometanu generuje dwie tony biogenicznego dwutlenku węgla.

Wykorzystanie biogenicznego CO2 może znacząco poprawić model biznesowy i strumień dochodów biometanowni

Zastosowania biogenicznego dwutlenku węgla

Dla rozwoju sektora PtX kluczowa jest jego zależność od dostępności źródeł biogenicznych dwutlenku węgla. Przemysł biometanowy stanowi rosnącą bazę zakładów produkcyjnych, w których biogeniczny CO2 jest oddzielany w wysoce skoncentrowanych strumieniach. To tanie, ale rozproszone źródło bioCO2 jest obecnie niedostatecznie wykorzystywane, a może stać się cennym produktem. Brintbranchen, główna organizacja zajmująca się wodorem i projektami PtX w Danii prognozuje, że do 2030 roku w tym kraju zostanie wyprodukowanych ok. 0,7 mln ton e-metanolu oraz 0,2 mln ton e-kerozenu. To z kolei oznacza, że zapotrzebowanie na biogeniczny CO2 może w Danii wzrosnąć do około 1,4 mln ton.

Aby zapewnić, że produkowane e-paliwa są rzeczywiście niskoemisyjne, preferowane jest wykorzystanie bioCO2. W Unii Europejskiej dyrektywa dotycząca odnawialnych źródeł energii (RED III) oraz akty delegowane precyzują, które rodzaje paliw kwalifikują się jako odnawialne lub niskoemisyjne – są to np. odnawialne paliwa pochodzenia niebiologicznego (RFNBO) i paliwa węglowe z recyklingu (RCF).

Projekty Power-to-X mają potencjał, by stać się przyszłymi odbiorcami biogeniczego dwutlenku węgla, ponieważ e-paliwa takie jak e-metanol mogą być wytwarzane przy użyciu wychwyconego CO2 lub tlenku węgla, przy jednoczesnym wykorzystaniu odnawialnego wodoru. Biogeniczny CO2 może być wykorzystywany w różnych sektorach gospodarki: produkcji sztucznego paliwa, przemyśle spożywczym, kosmetycznym czy farmaceutycznym.

Poprzez sprzedaż bioCO2 do tych branż, biometanownie mogą generować dodatkowe przychody, co zwiększa ich rentowność. Dodatkowo, wykorzystanie biogenicznego CO2 może pozwolić biometanowniom na uniezależnienie się od tradycyjnych modeli biznesowych opartych jedynie na produkcji biometanu i sprzedaży energii, dzięki temu mogą zwiększyć swoją elastyczność oraz odporność na zmiany rynkowe i regulacyjne. Ponadto, wykorzystanie biogenicznego CO2 może przyczynić się do budowania pozytywnego wizerunku sektora poprzez promowanie zrównoważonego rozwoju i korzystnego wpływu na środowisko naturalne, co może przyciągać nowych inwestorów zainteresowanych ekologicznymi inicjatywami.

To się już dzieje

W Danii istnieją już projekty dotyczące produkcji e-metanolu, które skupiają się głównie wokół miast takich jak Aalborg, Aabenraa, Hanstholm, Kopenhaga i Vordingborg. Oprócz tych projektów, które bezpośrednio wykorzystują dwutlenek węgla do produkcji e-paliw, istnieją również inne inicjatywy z zakresu Power-to-X. W tym roku jesienią zostanie uruchomiona wytwórnia PtX w Kassø. Będzie to pierwszy na świecie komercyjny zakład produkcji e-metanolu na dużą skalę. Zakład, w którym wodór jest dostarczany przez elektrolizer o mocy 50 MW.

Prognozy zakładają, że do 2030 roku w Danii możliwe będzie wyprodukowanie ok. 1,4 mln ton wodoru. Miejsca jego produkcji (Esbjerg, Fredericia i Holstebro, a także planowana morska wyspa wodorowa BrintØ) są istotne. Ponieważ wodór może być wykorzystany do produkcji paliw syntetycznych poprzez jego połączenie z CO2.

Wykorzystanie biogenicznego dwutlenku węgla do produkcji PtX może promować zamknięty cykl węglowy. Jeśli tylko zbieranie i wykorzystanie wybranej biomasy odbywa się zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju. Warto zauważyć, że bioCO2 nie przyczynia się do zwiększania stężenia dwutlenku węgla. W atmosferze w takim samym stopniu jak emisje związane ze spalaniem paliw kopalnych. Materia organiczna jest źródłem CO2, które zostało wcześniej pochwycone przez rośliny w procesie fotosyntezy. A to sprawia, że emisje biogenicznego CO2 są uznawane za neutralne pod względem emisji netto CO2 do atmosfery. Oznacza to, że ilość dwutlenku węgla emitowana podczas procesu produkcji biometanu jest równoważna ilości CO2, którą rośliny wcześniej pochłonęły z atmosfery, tworząc materię organiczną.

Chcesz wiedzieć więcej? Czytaj Magazyn Biomasa:

Tekst: Michał Sobczyk / European Energy Polska

Zdjęcie: European Energy