W dobie transformacji energetycznej oraz dekarbonizacji sektora energetyki i ciepłownictwa trwa intensywne poszukiwanie alternatywnych źródeł energii, które mogą zastąpić paliwa tradycyjne i zaspokoić rosnące zapotrzebowanie energetyczne. Ciepłownictwo systemowe jest jednym, z tych sektorów, które pilnie potrzebują zmiany struktury paliwowej oraz działań poprawiających efektywność energetyczną systemów wytwarzania i dystrybucji ciepła.
Najnowsze opracowania sektorowe dotyczące osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku wskazują na istotną zmianę w postrzeganiu biomasy stosowanej na cele energetyczne. Co do samej definicji biomasy należy pamiętać, że nie ma jednoznacznego określenia tego pojęcia. Każdy z aktów prawnych wymagający definicji na potrzeby omawianych zagadnień, formułuje własną definicję biomasy. Biomasa wykorzystywana do celów energetycznych jest określona w dyrektywie RED. W Polsce, w ubiegłym roku, zaimplementowano dyrektywę RED 2, której rygorystyczne wymagania w zakresie biomasy prowadzą do uzyskania bardzo czystego paliwa.
Biomasa bez definicji
W raportach dotyczących dekarbonizacji coraz częściej można spotkać pojęcia „sustainable biomass” oraz „modern solid biomass”. Z tym drugim pojęciem nie mamy problemu, bo zrównoważona biomasa wg słownika Komisji Europejskiej (EU Energy Policy) oznacza biomasę, która jest produkowana w sposób, który minimalizuje negatywny wpływ na środowisko naturalne i wspiera lokalne społeczności. Pojęcie to obejmuje również zarządzanie zasobami w sposób, który nie prowadzi do deforestacji (wylesiania), degradacji gleby, utraty różnorodności biologicznej i nadmiernego zużycia wody. Biomasa powinna być również pozyskiwana i wykorzystywana w sposób zrównoważony pod względem środowiskowym, społecznym i ekonomicznym oraz nie powinna również rywalizować z produkcją żywności.
Innym popularnym terminem staje się „modern solid biomass”, czyli nowoczesna bioenergia uzyskana z biomasy stałej, wykluczając tradycyjne, niskoefektywne spalanie w prymitywnych paleniskach. Nowoczesna bioenergia obejmuje zaawansowane technologie przetwarzania biomasy, takie jak pelletyzacja, brykietowanie oraz stosowanie zaawansowanych pieców i kotłów na biopaliwa stałe, charakteryzujących się wysoką wydajnością energetyczną i niską emisją zanieczyszczeń. Technologie te pozwalają na efektywniejsze wykorzystanie dostępnych zasobów, zwiększając wydajność energetyczną i minimalizując negatywny wpływ na środowisko. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod spalania biomasy, nowoczesna bioenergia z biomasy stałej przyczynia się do redukcji emisji CO2 oraz innych szkodliwych substancji, wspierając cele zrównoważonego rozwoju i ochrony klimatu.
Biomasa liderem OZE
Biomasa jest największym źródłem energii odnawialnej na świecie, stanowiąc aż 55% energii odnawialnej i 6% globalnej podaży energii. Te liczby odnoszą się do energii pierwotnej, czyli tej jeszcze nie przetworzonej. Rozwój naszej cywilizacji poszedł w kierunku elektryfikacji wielu działów gospodarki, a także dziedzin naszego życia. Przechodząc jednak na nasze podwórko warto przyjrzeć się w jakim stopniu biomasa jest wykorzystywana w sektorze ciepłownictwa systemowego, w przemyśle, sektorze bytowo-komunalnym oraz gospodarstwach domowych, czyli w ogrzewnictwie indywidualnym.
Pomimo rosnącej roli innych OZE, biomasa stała nadal pozostaje kluczowym elementem polskiego miksu energetycznego
W 2022 roku zużycie energii pochodzącej z biomasy stałej wynosiło 566,1 PJ, co stanowi ponad 64% energii z odnawialnych źródeł energii (OZE) oraz ponad 8% ogółem w polskim miksie energetycznym (rys. 1). Biomasa stała jest obecnie nadal najważniejszym źródłem odnawialnej energii do produkcji ciepła zarówno w Polsce, jak i w Unii Europejskiej, znacząco przyczyniając się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i wspierając krajowe cele zrównoważonego rozwoju. Pomimo rosnącej roli innych OZE, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, biomasa stała nadal pozostaje kluczowym elementem polskiego miksu energetycznego, przyczyniając się do stabilności i bezpieczeństwa energetycznego kraju.
Rys. 1. Struktura pozyskania energii pierwotnej ze źródeł odnawialnych w 2022 roku w: a) UE-27, b) Polsce (GUS)
Polska dysponuje dużymi zasobami biomasy pochodzącej z lasów oraz z rolnictwa, która nie są efektywnie wykorzystywane do produkcji energii. Polskie lasy, pomimo przyjęcia nowej strategii wyłączenia z wycinki 20% powierzchni lasów, nadal pozostaną jednymi z bardziej zasobnych w Unii Europejskiej. Obróbka drewna generuje duże ilości pozostałości tartacznych, które mogą być przetwarzane na biopaliwa i wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej, ciepła, chłodu. Podobnie pozostałości z produkcji rolniczej (np. słoma) czy dedykowanych upraw energetycznych mogą być przetwarzane na biopaliwa i stosowane blisko miejsca pozyskania i przetworzenia. Te rozwiązania wspierają lokalne społeczności, obniżają koszty wytwarzania energii, zmniejszają ślad węglowy produktów oraz zwiększają niezależność i bezpieczeństwo energetyczne. Jednakże obecnie większość biomasy w rolnictwie i przemyśle przetwórczym jest wykorzystywana w sposób nieefektywny, przeworzona na duże odległości, które wynikają z kontraktów, gdzie liczy się jedynie cena i parametry jakościowe.
Polska jest jednym z wiodących producentów peletu w Unii Europejskiej. Nasze produkty zasilają urządzenia grzewcze w Niemczech, Włoszech i Danii. Coraz bardziej rygorystyczne regulacje prawne wymusiły na producentach doskonalenie technologii, co poskutkowało powstaniem wysokiej jakości urządzeń grzewczych, w stosunkowo niskich cenach. Emisja z urządzeń klasy 5 z ekoprojektem spadła nawet 100-krotnie, w porównaniu do urządzeń pozaklasowych. Pelety podlegają certyfikacji i badaniom jakości, które potwierdzają ich bezpieczeństwo dla środowiska oraz dobre właściwości spalania.
Rys. 2. Podaż na bioenergię w latach 2010-2050 (IAE)
Warto przyglądnąć się i przeanalizować prognozę osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku wykonaną przez International Energy Agency. W scenariuszu NZE (Net Zero Emissions) biomasa będzie nadal obecna, jednak forma jej wykorzystania ulegnie zmianie (rys. 2). Przewiduje się, że do 2050 roku ponad 60% globalnej podaży bioenergii, wynoszącej 100 EJ, będzie pochodzić ze zrównoważonych strumieni odpadów, które nie wymagają specjalnego użytkowania gruntów. Obejmuje to odpady rolnicze, organiczne odpady komunalne i pozostałości z przemysłu leśnego. Wśród tych strumieni, leśne pozostałości z przetwórstwa drewna i wycinki zapewnią 20 EJ bioenergii w 2050 roku, co stanowi mniej niż połowę obecnego szacowanego potencjału technicznego.
Inwestycje w zbiórkę i sortowanie odpadów odblokują dodatkowe 45 EJ bioenergii z innych zrównoważonych źródeł, głównie wykorzystywanej do produkcji biogazu i zaawansowanych biopaliw. Pozostałe 40 EJ bioenergii w 2050 roku będzie wymagać użytkowania gruntów, w porównaniu do 25 EJ pochodzących z obecnych upraw i plantacji na obszarach leśnych. Jednakże, w scenariuszu NZE nie przewiduje się zwiększenia ogólnej powierzchni gruntów rolnych przeznaczonych na bioenergię, a uprawy biomasy nie będą rozwijane na terenach leśnych.
Konferencja Biomasa i paliwa alternatywne w ciepłownictwie
ZAPISZ SIĘ JUŻ DZISIAJ!
Aby uniknąć konfliktu między produkcją żywności a konkurencyjną ceną, planowane jest odejście od wykorzystywania roślin na cele spożywcze na rzecz roślin na cele wytwarzania bioenergii. Wykorzystanie tradycyjnych upraw roślin energetycznych będzie marginalnie rosnąć do 2030 roku, a następnie spadać poniżej 3 EJ do 2050 roku i będzie zastępowane przez zaawansowane biopaliwa i technologie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla. Nacisk zostanie położony na bioenergię z drzewiastych roślin o krótkiej rotacji, uprawianych na gruntach uprawnych, pastwiskach lub gruntach marginalnych, dostarczających 25 EJ bioenergii w 2050 roku.
Te uprawy mogą generować dwukrotnie więcej bioenergii na hektar niż konwencjonalne uprawy, z których obecnie pozyskuje się biomasę. Kolejne źródło to zrównoważone plantacje leśne i nasadzenia drzew w systemach rolno-leśnych, które nie kolidują z produkcją żywności ani bioróżnorodnością. Zrównoważone plantacje zakładane poza istniejącymi lasami mogą zwiększać zasoby węgla organicznego i dostarczać nieco ponad 10 EJ bioenergii w 2050 roku. Całkowita powierzchnia gruntów przeznaczonych na bioenergię wzrośnie o 80 milionów hektarów, w tym 30 mln ha nowych lasów, co zwiększy globalną powierzchnię lasów o 1%. Krótkoterminowe uprawy drzewne zajmą 50 mln ha, co da łącznie 140 mln ha gruntów przeznaczonych na bioenergię do 2050 roku, z czego połowa to grunty marginalne lub pastwiska, a połowa to pola uprawne, na podobnym poziomie jak obecnie. Kluczowe znaczenie będzie miała certyfikacja produktów związanych z bioenergią oraz ścisła kontrola użytkowania gruntów, aby uniknąć konfliktów związanych z ich przekształcaniem na potrzeby bioenergii.
Polityka wyhamowuje
W tym miejscu warto by chociaż wspomnieć o strategii rozwoju wykorzystania bioenergii i roli nowoczesnej biomasy w osiągnięciu celów polityki klimatyczno-energetycznej w Polsce (KPEiK), ale lata zaniedbań i braku zainteresowania rozwojem tego sektora gospodarki spowodowały, że trudno zacytować choćby fragment, który jest optymistyczny. Polityka Energetyczna do 2040 została opracowana przez pryzmat rozwoju mocy wytwórczych energii elektrycznej, gdzie trudno doszukać się konkurencyjności cenowej technologii biomasowych wobec innych OZE. Krajowy Plan na rzecz Energii i Klimatu z grudnia 2019 roku zasygnalizował cele ramowe dla biomasy do 2030 roku, które w mojej opinii nie miały przełożenia na realizację, bo nie było takiego departamentu w ministerstwie, które miałoby to zrobić. Poniżej fragment z dokumentu KPEiK:
- W przypadku biomasy leśnej głównymi źródłami na cele energetyczne są: drewno okrągłe i łupane, karpina oraz pozostałości drzewne z lasu i zadrzewień, a także produkty uboczne z procesów przetwórstwa drzewnego. W kontekście rozliczania i raportowania emisji gazów cieplarnianych z biomasy leśnej użytkowanej na cele energetyczne, należy wskazać iż jest ona uwzględniona przy rozliczaniu i raportowaniu salda pochłaniania i emisji tych gazów w ramach kategorii gruntów leśnych. Emisje związane z biomasą leśną użytkowaną na cele energetyczne są raportowane i rozliczane jako efekt strat biomasy leśnej z gruntów leśnych.
- Potencjał biomasy wykorzystywanej na cele energetyczne. Na cele energetyczne można przeznaczyć około 13% krajowego potencjału biomasy, bez powodowania ujemnych skutków w postaci degradacji gleb, obniżania podaży żywności oraz przy zachowaniu wymogów ochrony środowiska, wynikających ze Wspólnej Polityki Rolnej. Szacuje się, że potencjał energetyczny biomasy pochodzenia rolniczego, do której zalicza się zarówno uprawy celowe, jak również produkty uboczne z rolnictwa oraz przetwórstwa rolno-spożywczego, wynosi w Polsce ok. 900 PJ/rok. Najbardziej powszechnym surowcem możliwym do wykorzystania do celów energetycznych jest słoma. Przeciętnie nadwyżka słomy na terenie kraju wynosi około 3,1 mln ton i waha się od 2 do 4,5 mln ton w zależności od plonów zbóż w danym roku. Zasoby biomasy z upraw energetycznych ocenia się na około 120-130 tys. ton suchej masy, a drewna z sadów na około 88,7 tys. ton rocznie….”
Podsumowanie
Biomasa ma potencjał, aby stać się fundamentem zrównoważonej i niskoemisyjnej gospodarki energetycznej w sektorach ciepłownictwa niesystemogego, ogrzewnictwa, przemysłowych układach kogeneracyjnych i trigeneracyjnych w okresie transformacji, przyczyniając się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i wspierając cele klimatyczne. Kluczowe jest jednak odpowiednia strategia (polityka),a co za tym idzie zarządzanie zasobami bioenergii, rozwój technologii, które pozwolą na maksymalne wykorzystanie potencjału przy jednoczesnym zachowaniu zasad zrównoważonego rozwoju, gospodarki o obiegu zamkniętym i ochrony środowiska. Modernizacja sektora wykorzystującego biomasę do celów energetycznych, inwestycje w nowoczesne technologie spalania i zgazowania oraz zrównoważone zarządzanie zasobami to cele, które powinny znaleźć się we wspomnianej strategii, na którą myślę że czeka branża producentów biopaliw, dostawców surowców do ich produkcji, sektor B+R oraz konsumenci.
Chcesz wiedzieć więcej? Czytaj Magazyn Biomasa:
Tekst: Tomasz Mirowski, IGSMIE PAN, Pracownia Technologii Przetwarzania Bioenergii
Zdjęcie: Shutterstock
Newsletter
Bądź na bieżąco z branżą OZE
