Energetyka biogazowa szansą rozwoju rolnictwa i bezpieczeństwa energetycznego Polski

Globalne zmiany zachodzące na światowym rynku energii zmuszają do podejmowania w wielu krajach zupełnie nowych rozwiązań, mających na celu poszukiwanie alternatywnych źródeł dla zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego i samowystarczalności w tej dziedzinie gospodarki.

Najważniejszymi kryteriami współczesnych kierunków poszukiwań i ocen strategicznych dla określenia nowego modelu paliwowo-energetycznego Polski powinny być: bilans energetyczny kraju, własne zasoby energetyczne kopalne i odnawialne, opłacalność ekonomiczna, ekologia, innowacyjność i nowe miejsca pracy.

Jednym z najważniejszych źródeł czystej energii dla Polski, oprócz geotermii, winien być powszechny udział energetyki biogazowej, wytwarzającej z biomasy „zielony gaz” – metan.

Dotychczasowe źródła biogazu, jak składowiska odpadów, oczyszczalnie ścieków i biogazownie rolnicze – to tylko część możliwości wytwórczych.

Współcześnie biogaz można produkować na dużą skalę z różnych gatunków biomasy, np. słonecznika, zbóż, kukurydzy, buraków czy drewna, w specjalnych instalacjach zwanych biogazowniami energetycznymi. Do produkcji gazu nadają się również wszelkie mieszanki zwierzęcych odchodów z dodatkiem materiału roślinnego miękkiego lub kiszonki, np. kukurydzianej.

Energetyka biogazowa jest wielką szansą dla Polski z uwagi na energetyczne problemy wynikające z rozszerzenia Unii Europejskiej. Wobec narastającego braku nośników energii w UE i uzależnienia się od Rosji w dostawach ropy i gazu polskie rolnictwo oprócz produkcji ekologicznej żywności może i powinno podjąć nowe wyzwania. Jest nim produkcja biogazu w dużych przedsiębiorstwach rolno-gospodarczych (biogazownie gminne) lub w małych i średnich przedsiębiorstwach (MSP), spółkach – biogazowniach rolniczych.

Wytwarzany biogaz może być stosowany do produkcji energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu – tzw. kogeneracja, jako paliwo silnikowe (CNG) do pojazdów, a także po standaryzacji (oczyszczeniu) może być wprost doprowadzane do najbliższych rurociągów gazowych czy sieci gminnej – jako równoważne paliwo zamienne do importowanego gazu ziemnego.

Przez Polskę przebiega gazociąg z Rosji do Europy Zachodniej (rys. 1.), który można by zasilać polskim biometanem, składającym się nawet w 100 proc. z metanu (CH4). Jest on tańszy niż gaz ziemny wysokometanowy (np. GZ50).

Polska w krótkim czasie może być samowystarczalna w zakresie gazowym, znaczącym europejskim producentem oraz eksporterem metanu do Niemiec.

W ten sposób nastąpiłby przepływ kapitału z Niemiec i UE nie do Rosji, lecz sukcesywnie, narastająco do Polski.


Co to jest biometan?

Biometan jest równoważnym chemicznie i energetycznie paliwem gazowym, otrzymywanym w procesach fermentacyjnych substancji organicznych przez mikroorganizmy w warunkach beztlenowych.

W zależności od rodzaju materii organicznej skład chemiczny biogazu może zawierać do 75 proc. metanu (CH4), około 20 proc. dwutlenku węgla (CO2) oraz siarkowodór, wodór, tlenek węgla, azot i tlen.

Otrzymany tą drogą wodór można stosować między innymi do zasilania ogniw paliwowych lub napędu ekologicznych samochodów.


Potencjał energetyczny biogazu w Polsce?

Dla oszacowania potencjału biogazu w Polsce przyjmuje się, że około 50 proc. wykorzystywanej rolniczo powierzchni kraju, tj. około 16 mln hektarów, mogłoby produkować rośliny do produkcji energii (biogaz, biopaliwa ciekłe). Blisko 33 proc. tej powierzchni, tj. 5,3 mln hektarów, mogłoby znajdować się w zasięgu gazociągu jamalskiego do produkcji metanu na eksport do Niemiec i na zachód Europy. Przyjmując średnią produkcję z hektara na poziomie 6000 m sześc. biogazu, otrzymamy szacunkową ilość gazu na eksport rzędu 30 mld m sześc. rocznie.

Z pozostałych 2,7 mln hektarów powierzchni można otrzymać 16,2 mld m sześc. gazu dla pełnego pokrycia krajowego zapotrzebowania na gaz ziemny przez najbliższe 20-30 lat.

Biogaz ten można spalać w agregatach kogeneracyjnych i otrzymywać energię elektryczną oraz ciepło w skojarzeniu, w instalacjach rozproszonych, gminnych. Z jednego hektara, np. kukurydzy, uzyskuje się średnio 50 ton zieleniny, co stanowi rachunkowo 12,5 tony suchej masy.

Ponieważ z 1 tony suchej masy produkuje się około 400-500 m sześc. metanu, więc z 1 hektara powierzchni rolnej Polski można otrzymać 5000-6000 m sześc. biogazu.

Przeznaczając tylko 8 mln hektarów pod uprawę roślin energetycznych, można corocznie otrzymać 40-48 mld m sześc. metanu o wartości handlowej rzędu 1 mld euro.


Ile można otrzymać energii z biometanu?

Z 1 m sześc. biometanu można otrzymać, tak jak z gazu ziemnego, około 10 kilowatogodzin energii cieplnej. Tak więc z szacowanych 8 mln hektarów ziemi pod uprawę roślin energetycznych w Polsce można uzyskać minimum 40 mld m sześc. metanu. Jest to około 4 razy więcej, niż importujemy rocznie gazu ziemnego z Rosji. Z tej ilości „zielonego gazu” można uzyskać 400 mld kilowatogodzin energii cieplnej. Jest to gigantyczna ilość energii. Dla porównania należy podać, iż w 2003 roku niemiecki koncern gazowy Ruhrgas miał zbyt gazu na poziomie 640 mld kilowatogodzin, z czego dostawy z Rosji stanowiły 30 proc. ogółu niemieckiego gazu o wartości energii 191 mld kilowatogodzin. Z tego wynika, iż Polska może być znaczącym eksporterem metanu do UE, będąc równocześnie państwem samowystarczalnym gazowo.

Najlepszą dywersyfikacją dostaw gazu do Polski jest rozwój własnej produkcji, z własnych zasobów, które mamy – co zostało tu udowodnione.


Cena biogazu

Średni koszt wyprodukowania 1 m sześc. biogazu wynosi aktualnie 41-43 grosze. Składają się na to: koszt masy zielonej (kukurydza) – w wysokości średnio 40 zł za tonę, wydajność uprawy z hektara – średnio 50 ton, koszt uprawy 1 ha – 2000 zł, oraz koszt obsługi biogazowni – rzędu 2100 zł/ha.

Koszt wyprodukowania 1 m sześc. biometanu obejmuje dodatkowo koszty obsługi i serwisu stacji standaryzacji, oczyszczanie gazu.

Średnia zawartość metanu w biogazie wynosi 50-75 proc., koszt standaryzacji 1 m sześc. to około 20 groszy. Stąd koszt otrzymania 1 m sześc. czystego biometanu wynosi maksymalnie 1 zł, zaś koszt wyprodukowania dziś 1 m sześc. sprężonego paliwa silnikowego (CNG) – 1,20 zł.


Biometan a bezpieczeństwo energetyczne Polski w zakresie paliw płynnych

W roku 2005 krajowe zużycie gazu wyniosło 14,4 mld m sześc. (GUS), z czego wydobycie krajowe stanowiło 4,5 mld m sześc. (32 proc.), zaś import 9,9 mld m sześc. (68 proc.). W celu otrzymania brakujących 9,9 mld m sześc. gazu wystarczy więc zagospodarować 2 mln hektarów, czyli 12 proc. powierzchni użytków rolnych kraju.

Krajowe zużycie ropy naftowej wynosi około 19 mln ton (2005 r.), z czego import 17,9 mln ton. Roczne zapotrzebowanie na benzynę wynosi 4,2 mln ton, co jest odpowiednikiem około 6 mln m sześc. sprężonego metanu (CNG). Do wyprodukowania tej ilości zamiennego gazu wystarczy 1 mln hektarów, czyli około 6 proc. powierzchni użytków rolnych.

Tak więc dla zapewnienia samowystarczalności Polski w zakresie zaopatrzenia w gaz ziemny (metan – 10 mld m sześc./rok) oraz paliwa płynne dla pojazdów benzynowych (6 mld m sześc./rok) wystarczy przeznaczyć na cele energetyczne 3 mln hektarów, czyli 19 proc. powierzchni rolnej kraju.


Wykonanie zobowiązań krajowych oraz UE

Wypełnienie przez państwo międzynarodowych zobowiązań wynikających z członkostwa w UE oraz z realizacji „Polityki energetycznej Polski do roku 2025” winno nastąpić poprzez:

* osiągnięcie w roku 2010 wskaźnika 7,5 proc. udziału energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii (OŹE) oraz wskaźnika 5,75 proc. udziału biokomponentów i biopaliw w strukturze paliw ciekłych,

* rozwój lokalnej rozproszonej energetyki gminnej, w szczególności wykorzystującej wysokosprawne wytwarzanie energii elektrycznej w skojarzeniu z ciepłem (kogeneracja) z biogazu,

* dążenie do uniezależnienia się od importu ropy naftowej i gazu ziemnego, a docelowo osiągnięcie do roku 2020 samowystarczalności energetycznej w zakresie paliw płynnych (ropa, gaz).

Przedstawiony plan działań jest zgodny z założeniami Strategii Lizbońskiej UE oraz Narodowej Strategii Spójności na lata 2007-2013, stąd winien mieć pełne poparcie rządu.

W celu wywiązania się przez Polskę z zobowiązań unijnych i osiągnięcia minimum 7,5 proc. energii elektrycznej z OŹE prognozuje się, że w roku 2010 będziemy zużywali ok. 160 terawatogodzin energii. To określa wielkość energii koniecznej do wyprodukowania ze źródeł odnawialnych na poziomie 12 terawatogodzin. Aktualnie polska produkcja energii elektrycznej z OŹE jest na poziomie 3,5 proc., stąd brakuje 4 proc. energii, tj. 6,4 terawatogodzin.

Przyjmując sprawność wytwarzania energii na poziomie 40 proc., potrzebny areał rolniczy do wypełnienia zobowiązań unijnych wynosi 0,32 mln hektarów.

Natomiast dla osiągnięcia w roku 2010 wymaganego poziomu 5,75 proc. wskaźnika udziału biokomponentów i biopaliw w paliwach ciekłych należy przy obecnym zapotrzebowaniu na benzynę w ilości 0,32 mln m sześc. (dla zrównoważenia tego paliwa przez metan) wyprodukować około 350 mln m sześc. biometanu. Do otrzymania takiej ilości gazu wystarczy tylko 70 tys. hektarów ziemi.

Łącznie, dla spełnienia aktualnych wymagań krajowych i unijnych – tylko przez energetyczne wykorzystanie biomasy – w Polsce na ten cel należałoby przeznaczyć 400 tysięcy hektarów.

Obecnie odłogi i ugory na gruntach rolnych zajmują 3 mln hektarów.

Koszty programu, źródła finansowania

W krajach UE nakłady finansowe na rozwój energetyki biomasowej wynoszą 5-10 tys. euro na hektar ziemi. Przyjmując dla warunków polskich dolną wartość nakładów unijnych, dla zapewnienia samowystarczalności energetycznej kraju oraz wykonania zobowiązań międzynarodowych należałoby do roku 2010 przeznaczyć na bezpieczeństwo energetyczne 14,5 mld euro, zaś na wypełnienie zobowiązań unijnych 1,8 mld euro.

Możliwości sfinansowania inwestycji związanych z rozwojem energetyki biogazowej w Polsce są zawarte w: Funduszach Strukturalnych i Funduszu Spójności na lata 2007-2013, środkach przeznaczonych na ochronę środowiska (Regionalne Programy Operacyjne), na rozwój energetyki odnawialnej (priorytety: infrastruktura i bezpieczeństwo energetyczne), na rozwój i modernizację terenów wiejskich, na reelektryfikację wsi. Ponadto są to: środki z Europejskiego Obszaru Gospodarczego (EOG), zyski z handlu emisjami, GIS (fundusze japońskie), środki z Globalnego Funduszu Środowiska (GEF) oraz Ekofunduszu.

Z łącznej kwoty 16,3 mld euro na koszty programu przynajmniej połowę można uzyskać ze środków UE. Średnio roczne nakłady inwestycyjne Polski na rozwój energetyki biogazowej wyniosłyby wtedy 2 mld euro do roku 2010 lub 1,3 mld euro do roku 2013.

Korzyści z rozwoju energetyki biogazowej

Przyjęcie wraz z innymi technologiami energetyki odnawialnej programu rozwoju energetyki biogazowej niesie ze sobą następujące korzyści: wytworzy tanią energię, stworzy lokalny rynek zbytu dla produktów rolnych, spowoduje wzrost przedsiębiorczości lokalnych środowisk, stworzy nowe miejsca pracy, spowoduje dywersyfikację źródeł energii, redukcję emisji gazów cieplarnianych (CO2, metan), poprawi wydajność i efektywność energetyczną procesów wytwarzania energii, poprawi warunki materialne i bytowe gmin wiejskich.

Może zapewnić w okresie do 2020 roku bezpieczeństwo energetyczne i samowystarczalność energetyczną gmin, powiatów, województw i całej Polski.

Literatura:

1. Materiały naukowo-dydaktyczne Studiów Podyplomowych „Odnawialne Zasoby i Źródła Energii”, AGH, Szkoła Ochrony i Inżynierii Środowiska, Kraków, 2006 r.

2. W. Płatek: „Agroenergetyka – biomasowa energetyka rozproszona”, materiały własne, Kraków 2006 r., CES sp. z o.o., AGH

3. „Grün Gas aus Polen für Deutschland”, Bundesumwelt, 2006, Berlin

4. A. Wellingar (red.) Biogas – Handbook, VerlagWirz AG, 1984, Aarau