Biogaz

Biogaz to gaz powstający z przetworzenia organicznych związków zawartych w biomasie. Jest źródłem wtórnym powstającym z przetworzenia biomasy przy wykorzystaniu różnych procesów. Najbardziej rozpowszechnioną techniką wytwarzania biogazu jest fermentacja metanowa, gdzie w warunkach beztlenowych fizyko-chemiczne procesy wspierane bakteriami metanowymi rozkładają masę organiczną do postaci gazowej.

Biogaz jest gazem palnym więc może zostać wykorzystany jako paliwo napędzające turbinę gazową produkując energię elektryczną, jako paliwo stosowane w kotle do wytwarzania ciepła lub, co częściej ma miejsce, jako paliwo napędzające silnik układu kogeneracyjnego, gdzie w jednym procesie wytwarza się energię elektryczną i ciepło. Biogaz może zostać po oczyszczeniu odpowiednio sprężony i wykorzystany jako paliwo napędzające poajzdy mechaniczne w transporcie. Takie rozwiązania dobrze znane są w Szwecji, a także Niemczech czy Austrii.

Biogaz może być wykorzystany w celach energetycznych lokalnie przez sprzęgnięcie generowanego paliwa z jednostką spalająceą biogaz lub, po oczyszczeniu, wprowadzony do sieci gazowej i po przesłaniu, dalej wykorzystany w celach energetycznych.

Charakterystyka biogazu

  • Skład biogazu
     Objętościowy skład biogazu silnie uzależniony jest od rodzaju biomasy z jakiego został wytworzony, a w jego skład wchodzą tylko składniki powstałe z masy organicznej. Biogaz (nieoczyszczony) składa się z ok. 50 – 65% metanu (CH4), 30 – 45% dwutlenku węgla (CO2) oraz innych składników w śladowych ilościach takich jak para wodna (H2O), siarczek wodoru (H2S), azot (N2), wodór (H2), tlen (O2).
  • Masa biogazu
    Znając skład objętościowy biogazu z dużym przybliżeniem możemy wyznaczyć masę biogazu. W warunkach normalnych (ciśnienie i temperatura otoczenia odpowiednio 1013,25 hPa i 273,15 K) masa biogazu wynosi ok.  1,2 kg / m3.
  • Wartość opałowa
    Wartość opałowa biogazu wynika bezpośrednio z zawartości metanu w biogazie. Typowy biogaz charakteryzuje się wartością opałową z przedziału 19 – 23 MJ / m3. Znając wartość opałową i produkcję biogazu możemy wyznaczyć ilość energii pierwotnej generowaną w danej jednostce czasu, a w dalszej kolejności po uzględnieniu sprawności systemu konwersji energii pierwotnej w końcową możemy wyznaczyć ilość możliwej do wyprodukowania energii elektrycznej i/lub cieplnej. Przy założeniu sprawności konwersji na poziomie osiąganych przez układy kogeneracyjne (CHP) obecnie na rynku, z jednego m3 biogazu możemy uzyskać ok. 2,2 kWh energii elektrycznej i jednocześnie ok. 8 MJ ciepła.
  • Inne parametry biogazu
    bezbarwny, bezwonny. składa się z mieszaniny gazów palnych i niepalnych; jedynie metan daje zysk energetyczny.

Rodzaje biogazów

Podział biogazów na rodzaje jest umowny i determinowany jest surowcem (biomasą), z którego biogaz jest wytwarzany. Obecnie wyróżniamy następujące rodzaje biogazów:

  • biogaz wysypiskowy
    powstaje z rozkładu związków organicznych składowany na wysypiskach odpadów 
  • biogaz ściekowy
    powstaje w wyniku rozkładu związków organicznych osadów ściekowych
  • biogaz komunalny
    powstaje w wyniku rozkładu związków organicznych biodegradowalnych odpadów komunalnych (np. zebranych liści z parków)
  • biogaz rolniczy
    powstaje w wyniku rozkładu surowców pochodzenia rolniczego

Nowelizacja ustawy Prawo energetyczne dokonana przez ustawodawcę w dniu 8 stycznia 2010 r. wprowadziła definicję biogazu rolniczego określanego mianem paliwa gazowego otrzymywanego w procesie fermentacji metanowej z następujących surowców:

  • surowców rolniczych,
  • produktów ubocznych rolnictwa,
  • płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych,
  • produktów ubocznych lub pozostałości przemysłu rolnospożywczego,
  • biomasy leśnej.

Definicja przedmiotowo odnosi się do sztucznie wprowadzonych surowców wykorzystywanych do wytwarzania biogazu w procesie fermentacji metanowej, szczególnie kiedy obejmują one także biomasę leśną. Tym niemniej, jedynie biogaz rolniczy określony przytoczoną wyżej definicją uznany został jako paliwo gazowe, co nadaje mu możliwość integracji z siecią gazową. Możliwość tylko teoretycznie istnieje od dnia 1 stycznia 2011 r. gdyż w dalszym ciągu brakuje rozporządzenia wykonawczego do uchwalonej ustawy, które ma określić parametry biogazu (np. skład) wymagane przez wprowadzeniem, warunki uzyskiwania przyłączenia do sieci dytrybucyjnej gazowej oraz system wsparcia wytwórców biogazu rolniczego. Z projektowanej wersji rozporządzenia wynika, że możliwość wtłoczenia biogazu rolniczego do sieci może mieć miejsce dopiero po przystosowaniu jego parametrów do jakości gazu transportowanego w sieci.

Biogazownia czy elektrownia na biogaz?
Biogazownie, biometanownia, elektrownia na biogaz, elektrociepłownia na biogaz, bioelektrownia, instalacja na biogaz i wiele innych nazw pojawia się w związku z rozwojem tego sektora w Polsce. Nie każda jednak słusznie jest stosowania. Dzieje się tak, gdyż polskie przepisy nie klasyfikują tego typu rodzajów instalacji. Można jednak pokusić się o nadanie pewnych nazw określonym instalacjom:

Biogazownia - instalacja wytwarzająca biogaz
elektrociepłownia na biogaz - instalacja wytwarzająca energię elektryczną i cieplną z biogazu.
Przyjmując powyższe definicje, możemy powiedzieć, że biogazownia jest elementem elektrociepłowni na biogaz.

Funkcjonujące biogazownie w Polsce
Liczba biogazowni w Polsce na koniec czerwca 2012 r. sięgnęła 184, co przekłada się na łączną moc elektryczną zainstalowaną wynoszącą 119,414 MW. To niewiele, jeśli zgodnie z przyjętymi dokumentami strategicznymi ich liczba ma osiągnąć w roku 2020 moc 802 MWel (Polityka Energetyczna Polski) i 980 MWel (Krajowy Plan Działań). Obecnie funkcjonujące instalacje biogazowe w Polsce przeznaczone są do wytwarzania energii elektrycznej lub energii elektrycznej w skojarzeniu z produkcją ciepła. Najwięcej instalacji eksploatuje biogaz pozyskany ze składowisk odpadów lub z osadów ściekowych. Tylko 23 instalacje produkują energię w oparciu o biogaz rolniczy (stan na 24.08.2012 według rejestru przedsiębiorstw energetycznych zajmujących się wytwarzaniem biogazu rolniczego Agencji Rynku Rolnego). W roku 2011 udział energii elektrycznej ze wszystkich biogazów w bilansie łącznie wytworzonej energii elektrycznej w źródłach odnawialnych osiągnął poziom ok. 3,36%.

Przyczyną dysproporcji w mocach zainstalowanych poszczególnych technologii biogazowych jest system wsparcia energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych przyjęty w Polsce w 2005 r. w następstwie akcesji Polski do Unii Europejskiej i konieczności implementacji Dyrektywy 2001/77/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 września 2001 r. w sprawie wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych. Polska przyjęła system tzw. zielonych certyfikatów dla wspierania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, który promuje jednakowo każdą jednostkę energii elektrycznej bez względu na wykorzystane źródło odnawialne czy zastosowaną technologię. Oznacza to, że taki sam przychód uzyska przedsiębiorca, który wyprodukuje 1 MWh energii elektrycznej z biogazu rolniczego, jak ten, który wytworzy ją w oparciu o biogaz wysypiskowy lub z osadów ściekowych. Biorąc pod uwagę, że surowiec do wytwarzania biogazu wysypiskowego lub z osadów ściekowych pozyskiwany jest praktycznie bezkosztowo, biogaz rolniczy w Polsce nie jest w stanie przy obecnych uwarunkowaniach konkurować na rynku energii z innych biogazów.

Bariery w wykorzystaniu i rozwoju biogazu

  • Nieuregulowana jest kwestia wykorzystania masy pofermentacyjnej do nawożenia upraw, nawet jeśli instalacja przetwarza tylko surowce pochodzenia rolniczego (rośliny i odchody zwierzęce). Konieczne jest przeprowadzanie szeregu badań masy przed wykorzystaniem do nawożenia. Nie jeste także uregulowana kwestia możliwości przekazywania masy pofermentacyjnej osobom fizycznym.
  • Brak możliwości pozyskania w uproszczony sposób decyzji lokalizacyjnej
    • Budowa biogazowni oraz sieci dystrybucyjnej nie jest ujęta na liście inwestycji celu publicznego w rozumieniu ustawy o gospodarce nieruchomościami z 21 sierpnia 1997 r.
    • Niewiele gmin posiada miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego (mpzp). Niewielki obszar miast w Polsce objęty jest mpzp (kilkanaście-kilkadziesiąt %), jeszcze mniejszy obszar pozamiejski objęty jest mpzp (do kilku %). Rzadko kiedy mpzp uwzględnia źródła odnawialne, a tym bardziej biogazownie.
  • Należy grunty rolne przekształcić na cele nierolne w przypadku zainstersowania lokalizacją biogazowni na tych terenach. Dokonuje się tego w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego. Jednakże musi to być poprzedzone uzyskaniem zgody i wiążą się z tym dodatkowe koszty, w szczególności dla lokalizacji biogazowni na klasach botanicznych I-III.
  • Brak gwarancji/priorytetu przyłączenia elektrowni na biogaz do sieci elektroenergetycznej i biogazowni do sieci gazowej, zawiła procedura uzyskiwania warunków przyłączenia (zaliczka, decyzja lokalizacyjne przed uzyskaniem warunków), długi okres wyczekiwania na uzyskanie warunków przyłączenia po złożeniu wniosku o ich wydanie (do 150 dni bez względu na wielkość instalacji).
  • Słaby i niestabilny system wsparcia
    • zielone certyfikaty nie pozwalają na rozwój biogazowni rolniczych na szerszą skalę. Ich funkcjonowanie kończy się w roku 2017, chyba że projektowana ustawa o odnawialnych źródłach energii wskaże inaczej. Tym niemniej wartość certyfikatu na obecnym poziomie nie gwarantuje zwrotu nakładów inwestycyjnych w typowym okresie kredytowania inwestycji wynoszącym 15 lat.
    • certyfikaty z kogeneracji funkcjonują zaledwie do 2012 (żółte) i do 2018 r. (fioletowe). Cena fioletowych nie zachęca w żaden sposób do zapewniania, aby jednostka kogeneracji była jednostką wysokosprawną, co dopiera gwarantuje pozyskanie certyfikatów z kogeneracji. W dalszym ciągu nie uchwalono noweli rozporządzenia kogeneracyjnego, w związku z czym system wsparcia fioletowymi certyfikatami nie funkcjonuje.
    • brązowe certyfikaty dla ekwiwalentnej ilości energii elektrycznej obliczonej na podstawie ilości wtłoczonego biogazu rolniczego do sieci gazowej w dalszym ciągu nie funkcjonują. Algorytm przeliczania biogazu na ekwiwalentną ilość energii elektrycznej wspieranej brązowymi certyfikatami stawia biogazownie integrowane z siecią gazową, pod względem ekonomiki inwestycji, na znacznie słabszej pozycji niż elektrociepłownie CHP na biogaz, nawet te niewysoksoprawne.
  • Bariery organizacyjne: brak zaplecza technicznego, merytorycznego, słaba infrastruktura sieci gazowej, elektroenergetycznej, nie wspominając o ciepłowniczej
  • Słaby dostęp do informacji o zasadzie działania biogazowni, niechęć społeczeństwa do inwestycji na bazie biogazu.
  • Inne