Wszystko co musisz wiedzieć na temat biogazu

W niniejszym artykule podejmiemy próbę rozwiązania wszelkich wątpliwości dotyczących biogazu. Przedstawimy definicję biogazu oraz omówimy proces jego produkcji. Przeanalizujemy także korzyści finansowe związane z produkcją biogazu oraz dokonamy porównania biogazu i biometanu. Ponadto zbadamy rolę biogazu w transformacji energetycznej i wiele innych kwestii. Zachęcamy do lektury.

Definicja biogazu

Biogaz jest to mieszanina gazów, głównie metanu (50 do 70%) i dwutlenku węgla (30 do 50%). Biogaz powstaje w wyniku beztlenowego rozkładu biomasy organicznej, w procesie znanym jako fermentacja metanowa. Komercyjnie biogaz produkuje się w biogazowniach. Biogaz oczyszczony z zanieczyszczeń takich jak dwutlenek węgla to biometan, stężenie metanu w biometanie wynosi >98%. 

Biogaz powstaje w wyniku fermentacji metanowej 

Proces fermentacji metanowej zachodzi, gdy mikroorganizmy rozkładają substancje organiczne (zwane dalej substratami) takie jak odchody zwierzęce i odpady spożywcze – przy braku tlenu. Aby prawidłowo przeprowadzić fermentację metanową przeprowadza się ją w zamkniętych zbiornikach, zwanych reaktorami lub fermentorami. Fermentory tudzież reaktory mają najczęściej formę cylindrycznych zbiorników, z elastyczną membraną do magazynowania biogazu. Mikroorganizmy w zbiornikach fermentacyjnych rozkładają (lub trawią) substraty, czego produktem jest biogaz oraz poferment. Poferment będzie omawiany w dalszej części artykułu.

Rysunek 1. ilustruje przepływ substratów przez system fermentacji metanowej w celu wytworzenia biogazu oraz pofermentu.

Historia produkcji biogazu

Proces wytwarzania metanu (CH4) z materii organicznej został po raz pierwszy udokumentowany przez włoskiego fizyka A.Voltasa w 1776 r. W okresie od XVII do XIX w. naukowcy doprecyzowali związek pomiędzy ilością rozkładającej się materii organicznej a ilością produkowanego CH4. Pierwsza komercyjna biogazownia powstała w Bombaju w Indiach w 1859 roku. Następnie technologia ta została wykorzystana w Anglii w 1895 roku. Wtedy to po raz pierwszy wyprodukowano biogaz z osadów ściekowych i wykorzystano go do zasilania lamp ulicznych. Ponad 150 lat później wykorzystanie biogazu znacznie się rozszerzyło. Szacuje się, że na świecie istnieje ponad 5 milionów działających biogazowni, choć większość z nich działa w skali przydomowych instalacji.

Jak działa fermentacja metanowa?

Kiedy odpady organiczne ulegają biodegradacji w komorze fermentacji beztlenowej, powstaje bogaty w metan biogaz oraz masa pofermentacyjna (poferment). Jak pokazano na rysunku nr. 1, wiele materiałów organicznych może być wykorzystanych jako surowiec w procesie produkcji biogazu. W jednej komorze fermentacyjnej można połączyć wiele materiałów organicznych, co jest praktyką zwaną współ fermentacją. Do substratów poddawanych współfermentacji należą: odchody zwierzęce takie jak obornik czy gnojowica, odpady spożywcze, rośliny energetyczne (najczęściej kiszonka z kukurydzy) i pozostałe resztki roślinne. Każdy substrat organiczny ma indywidualne właściwości chemiczne i fizyczne, które wpływają na ilość wyprodukowanego biogazu i jego jakość (zawartość metanu).  

Biogaz skład 

Biogaz składa się z metanu, (50 do 70%), dwutlenku węgla (30 do 50%), siarkowodoru, pary wodnej i śladowej ilości innych gazów. Jedynym źródłem energii w biogazie jest obecny w nim metan. Metan nie jest dla nas obcym związkiem chemicznym, ponieważ taki sam związek jest głównym składnikiem gazu ziemnego, który używamy np. w kuchenkach czy piecach gazowych.

Oczyszczając biogaz poprzez usunięcie składników obojętnych (CO2, H2O – w postaci pary wodnej) lub o niskiej wartości energetycznej (H2S – siarkowodór), pozostaje nam sam metan, który nazywany jest biometanem. Przedrostek “bio” służy nam jego rozróżnieniu od metanu kopalnego (gazu ziemnego), ponieważ skład chemiczny obu tych gazów jest praktycznie taki sam. Taki biometan możemy wprowadzić do systemu dystrybucji gazu ziemnego lub sprężyć i wykorzystać jako paliwo samochodowe.  Więcej na temat oczyszczania biogazu do biometanu i różnic między biogazem a biometanem znajduje się w poniższym artykule.

Biogaz definicja prawna. 

Definicja słowa biogaz w Polskim ustawodawstwie znajduje się m.in. w Ustawie z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz.U. 2015 poz. 478).  Artykuł  2 ust. 1) ww. ustawy brzmi: “biogaz – gaz uzyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów”. 

Poferment – drugi najważniejszy produkt fermentacji metanowej. 

Podczas produkcji biogazu w biogazowniach powstaje również drugi produkt końcowy, zwany masą pofermentacyjną, inaczej pofermentem. Masa pofermentacyjna, jak się domyślamy,  to materiał pozostały po procesie fermentacji. Poferment składa się z niestrawionego materiału, wody i substancji odpornych na rozkład beztlenowy, takie jak lignina, piasek i żwir. Poferment może zawierać substancje, które mogłyby ulec rozkładowi do biogazu, ale nie uległy. W takim razie skąd się tam wzięły? Możemy wskazać na kilka czynników: niewystarczaja temperatura w środku fermentorów, nieodpowiednie mieszanie, za krótki okresu czasu przebywania w fermentorach, niewłaściwe pH itd. Najczęstszą praktyką jest ponowne zawracanie pofermentu do fermentorów, aby upewnić się, że wszystko udało się rozłożyć. 

Poferment, co z nim się robi?

Pozyskując poferment najczęstszą praktyką jest jego separacja na frakcję stałą i ciekłą.  Do separacji pofermentu biogazownie wykorzystują separatory mechaniczne np. taśmowe prasy, czy wirówki dekantacyjne. 

Frakcja stała składa się przede wszystkim z włókien i przypomina świeży kompost. Zawiera ok. 30% suchej masy. Frakcję stałą pozyskuje się z prasy śrubowej lub taśmowej. Niekiedy praktykuje się przetwarzanie frakcji stałej do form pelletów lub granulatu.

Frakcja ciekła zawiera ok. 2-3% suchej masy, przypomina gnojowicę, jednak nie wydziela odorów. Frakcja ciekła zawiera rozpuszczony azot, fosfor i potas w łatwo dostępnych formach dla roślin, co czyni z niej dobry nawóz. Frakcję ciekła pozyskuje się z wirówki. 

Skład chemiczny pofermentu, z podziałem na frakcję świeżą (przed separacją), stałą oraz ciekłą znajduje się w poniższej tabeli.

Skład chemiczny pofermentu jest ściśle związany z używanymi w biogazowni substratami. Źródło danych: Juśko-Kowalczyk. A., Poferment Nawozem dla Rolnictwa. 2015.

Zarówno frakcja stała jak i ciekła znajduje zastosowanie w rolnictwie i przemyśle: ściółka dla zwierząt (frakcja stała), bogaty w składniki odżywcze nawóz (frakcja stała i ciekła) materiał wyjściowy dla produktów biopochodnych (np. bioplastików), bogaty w składniki organiczne kompost (frakcja stała).  

Poferment może być również dodatkowym źródłem przychodów dla biogazowni, szczególnie w okresie kiedy ceny nawozów mineralnych stale rosną.

Poferment jako nawóz – czym różni się poferment od nawozów naturalnych?

W praktyce rolniczej często pojawia się pytanie: w czym różni się poferment od tradycyjnych nawozów naturalnych? Poferment, opuszczając komorę fermentacyjną, ma fizyczne właściwości zbliżone do standardowej gnojowicy i podobną zawartość suchej masy. Może zawierać większą ilość azotu i potasu, co zależy od rodzaju stosowanych w biogazowni substratów. Wartości fosforu są porównywalne do średniej zawartości tego pierwiastka w gnojowicy. To, co odróżnia te dwa produkty, to emisja odorów, która jest znacząco niższa w przypadku pofermentu, który został właściwie przefermentowany. Poferment za zapach świeżej ziemi lub kompostu. Po separacji, poferment można również porównać do standardowych nawozów naturalnych. Frakcja ciekła ma podobne właściwości do gnojówki, a frakcja stała przypomina obornik.

Produkt pofermentacyjny definicja prawna

Ustawa z dnia 13 lipca 2023 roku, regulująca ułatwienia w przygotowaniu i realizacji inwestycji w obszarze biogazowni rolniczych i ich funkcjonowania, weszła w życie 11 września 2023 roku. Jednym z kluczowych aspektów tej ustawy jest definicja pofermentu nazywany jako produkt pofermentacyjny. 

Art. 2 ust. 1 pkt 10b – produkty pofermentacyjne – przeznaczone do rolniczego wykorzystania płynne lub stałe substancje organiczne powstające w wyniku procesu produkcji biogazu rolniczego w rozumieniu art. 2 pkt 2 ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz. U. z 2022 r. poz. 1378, 1383, 2370 i 2687 oraz z 2023 r. poz. …) wytworzonego z:

a)  biomasy w postaci odchodów zwierzęcych, słomy i innych, niebędących niebezpiecznymi, naturalnych substancji pochodzących z produkcji rolniczej lub leśnej lub

b)  innych substratów służących do produkcji biogazu niezagrażających zdrowiu ludzi, zwierząt lub środowisku określonych w przepisach wydanych na podstawie art. 4 ust. 3 ustawy z dnia 13 lipca 2023 r. o ułatwieniach w przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie biogazowni rolniczych, a także ich funkcjonowaniu (Dz. U. poz. …).”,

Więcej na temat prawnej definicji pofermentu / produktu pofermentacyjnego znajduje się w tym artykule. 

Rodzaje biogazu i biogazowni.

Biogaz i biogazownie klasyfikuje się według źródła przetwarzanej biomasy.:

• Biogazownie rolnicze produkujące biogaz rolniczy wykorzystują substraty pochodzenia rolniczego.
• Biogazownie komunalne produkujące biogaz z odpadów komunalnych wykorzystują substraty tj. osady ściekowe czy odpady komunalne z gospodarstw domowych.
• Biogazownie ze składowisk odpadów produkujące biogaz wysypiskowy wykorzystują do jego produkcji składowane odpady organiczne na wysypiskach śmieci.
• Mikrobiogazownie to instalacje wykorzystujące substraty takie same jak biogazownie rolnicze, tylko ich moc jest ograniczona do 50 kW. Każdemu z poszczególnych rodzajów biogazu i biogazowni poświęciliśmy osobne rozdziały w dalszej części tego artykułu. 

Więcej na temat biogazowni w tym artykule.

Biogazownie rolnicze i biogaz rolniczy

Gospodarstwa rolne wykorzystują biogazownie w celu lepszego zarządzania problematycznymi odchodami zwierzęcymi pod postacią obornika i gnojowicy. Częstą praktyką gospodarstw rolnych jest współfermentacja (nazywana również kofermentacją) innych odpadów pochodzenia rolniczego np. resztki roślinne, słoma, jak i rośliny energetyczne np. kiszonka z kukurydzy. Dzięki współfermentacji możliwe jest uzyskanie znacznie większej produkcji biogazu. Panujące warunki termiczne w fermentorach >35*C oraz brak dostępu tlenu jest środowiskiem nieprzyjaznym dla większości mikroorganizmów, w tym patogenów. Dlatego obróbka odchodów zwierzęcych fermentacją metanową znacząco redukuje liczbę patogenów w odchodach. Fermentując odchody w 35*C obserwowany jest 50% spadek liczby patogenów, przy fermentacji w temp. ok. 55*C widoczna jest redukcja praktycznie o 100% liczby patogenów [1]. 

Oprócz pozbycia się czynników chorobotwórczych z odchodów za pomocą fermentacji metanowej, redukuje się przykry zapach oraz emisję gazów cieplarnianych. Jak wiemy z własnego doświadczenia składowane odchody nie tylko wydzielają intensywny odór, ale również emitują do atmosfery silne gazy cieplarniane takie jak metan czy tlenki azotu [2]. Jest to niezwykle istotna kwestia, ponieważ możemy się spodziewać w niedalekiej przyszłości objęcia polskiego rolnictwa unijnym systemem handlu uprawnieniami do emisji tzw. system ETS. Objęcie rolnictwa systemem ETS będzie oznaczać, że gospodarstwa rolne będą rozliczane ze swoich emisji, m.in. to jak zarządzają odchodami zwierzęcymi. Produkty z gospodarstw rolnych w systemie ETS będą oznaczone etykietą świadczącą jaką emisją charakteryzuje się dany produkt. A jak wiemy z ankiet przeprowadzonych na terenie UE, blisko ⅔ konsumentów wybierze chętniej produkt o niższym śladzie węglowym. 

Biogazownia rolnicza substraty.

Jak już wspomnieliśmy, biogazownia rolnicza wykorzystuje odpady pochodzenia rolniczego do produkcji biogazu rolniczego. Jeśli spojrzymy na listę substratów wykorzystywanych w 2022 roku do produkcji biogazu rolniczego sporządzoną przez Krajowy Ośrodek Wsparcia Rolnictwa, to zauważymy że występuje tam szereg innych odpadów, które nie należą do sektora rolniczego. Dlatego przedrostek “rolniczy” trzeba rozumieć znacznie szerzej, niż tylko gospodarstwo rolne, ponieważ obejmuje on sektor rolno-spożywczy i spożywczy.

Oto lista 10 najczęściej wykorzystywanych substratów do produkcji biogazu rolniczego w Polsce, pod względem masy substratów. Wywar pogorzelniany 1 mln ton, gnojowica 0,9 mln ton,  odpady z przetwórstwa spożywczego 0,8 mln ton, pozostałości z owoców i warzyw 0,78 mln ton, kiszonka z kukurydzy 0,6 mln ton,  osady technologiczne z przemysłu rolno-spożywczego 0,3 mln ton, wysłodki buraczane 0,23 mln ton, odpady z przemysłu mleczarskiego 0,2 mln ton, przeterminowana żywność 1,6 mln ton, odpady poubojowe 0,12 mln ton. Obornik jest na 11 miejscu i jako substrat do produkcji biogazu rolniczego wykorzystano go w ilości 0,1 mln ton. 

Substraty do produkcji biogazu rolniczego 

Substraty do produkcji biogazu rolniczego możemy podzielić na kilka kategorii:

1. Rośliny energetyczne

Najczęściej uprawiane na potrzeby produkcji biogazu rośliny energetyczne to: kukurydza, trawa, buraki, miskantus, topinambur czy ślazowiec pensylwański. Charakteryzują się one dużym wzrostem biomasy i odpornością na warunki środowiskowe. Z listy substratów KOWR do produkcji biogazu rolniczego widzimy że kiszonka kukurydziana jest najczęściej wykorzystywaną rośliną energetyczną w liczbie 0,6 mln ton rocznie. Kiszonkę z kukurydzy do produkcji biogazu powszechnie wykorzystuje się z kilku powodów. Magazynowanie biomasy kiszonki jest znaną metodą i nie generuje znacznych kosztów, dzięki temu kiszonka z kukurydzy jest dostępna cały rok do produkcji biogazu. Ponadto kukurydza jest jedną z najczęściej uprawianych roślin w Polsce, a uzyski biogazu z kiszonki z kukurydzy są bardzo wysokie.

Magazynowanie roślin energetycznych pod postacią kiszonek

Technologia sporządzania kiszonek do produkcji biogazu jest tożsama z technologią kiszenia pasz dla bydła. Charakteryzuje się ona wysoką produkcją biogazu z tony świeżej masy, około 400 m3 biogazu z tony świeżej masy kiszonki. Z jednego hektara uprawy kukurydzy można uzyskać nawet do 70 ton kiszonki z kukurydzy. Do uprawy kukurydzy na kiszonki służące do produkcji biogazu na terenie Polski wykorzystywane są odmiany o liczbie FAO 250 – 280 (liczba FAO określa długość okresu wegetacyjnego potrzebnego do skumulowania suchej masy), odwrotnie niż ma to miejsce przy uprawie na cele żywieniowe.

Rośliny energetyczne w strategii unii europejskiej.

Warto wiedzieć że, rośliny energetyczne nie są już faworyzowane przez unię europejską. W ostatnim strategicznym planie unijnym produkcji biogaz, wykluczono wliczanie do realizacji celu biogazu pochodzące z roślin energetycznych. Brak aprobaty dla kiszonek z kukurydzy wynika z konfliktu żywnościowego jaki stwarza wykorzystywanie kiszonki z kukurydzy do produkcji biogazu. Kiszonka z kukurydzy jest powszechnie stosowano jako materiał paszowy dla bydła, a jej wykorzystanie kłóciłoby się z przyjętymi unijnymi strategiami ochrony zasobów rolnych i żywności. Więcej na ten temat możesz przeczytać tutaj.   

Odchody zwierzęce

Gnojowica stanowi ważny substrat w biogazowniach rolniczych. Jest to płynna forma odchodów zwierzęcych bez ściółki, która może pochodzić z hodowli bydła, trzody chlewnej, kóz itp. Kolejny istotnym substratem do produkcji biogazu rolniczego jest obornik, jest to mieszanina odchodów zwierzęcych z ściółką. Jak widzimy na liście KOWR, obornik nie jest tak powszechnie stosowany jak gnojowica. Wynika to z problematyczności obróbki odpadów lignocelulozowych ze ściółki np. słoma, zawartych w oborniku podczas fermentacji metanowej. Takie odpady potrafią plątać się wokół mieszadeł biogazowni. W liście KOWR nie ma wyszczególnionych odchodów z przemysłu drobiarskiego tzw. pomiot ptasi lub kurzy. Pomiot kurzy jest bardzo problematycznym substratem do produkcji biogazu rolniczego ze względu na bardzo wysoką zawartość azotu, który w odpowiednim stężeniu hamuję fermentację metanową [3]. 

Resztki roślinne

Pozostałości z upraw rolniczych, takie jak łodygi, liście, odpadowe warzywa i owoce mogą być wykorzystywane jako substrat w biogazowniach rolniczych. W tym również odpady lignocelulozowe, takie jak słoma. 

Odpady spożywcze

Produkty spożywcze, które nie nadają się do sprzedaży, a także resztki jedzenia z zakładów przetwórstwa spożywczego. 

Odpady pochodzenia zwierzęcego

Oprócz odchodów zwierzęcych, inne odpady pochodzenia zwierzęcego, takie jak odpady poubojowe, zawartość żołądków, odpadowe mięso itd. Wymagania sanitarne nakładają obowiązek przeprowadzenia procesu higienizacji na odpadach poubojowych.

Biogaz rolniczy – definicja prawna

Definicja słowa biogaz rolniczy w polskim ustawodawstwie znajduje się m.in. w Ustawie z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz.U. 2015 poz. 478). Również wskazane są jakie substraty mogą być wykorzystane do produkcji biogazu rolniczego.

Artykuł 2 ustęp 2) brzmi: 

 biogaz rolniczy – gaz otrzymywany w procesie fermentacji metanowej:

a) produktów rolnych oraz produktów ubocznych rolnictwa, w tym odchodów zwierzęcych,

b) produktów z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego i produktów ubocznych, odpadów lub pozostałości z tego przetwórstwa, w tym z przetwórstwa i produkcji żywności, pochodzących z zakładów przemysłowych, a także z zakładowych oczyszczalni ścieków z przetwórstwa rolno-spożywczego, w których jest prowadzony rozdział ścieków przemysłowych od pozostałych rodzajów osadów i ścieków, 

c) produktów spożywczych przeterminowanych lub nieprzydatnych do spożycia, 

d) tłuszczów i mieszanin olejów z separacji olej/woda zawierających wyłącznie oleje jadalne i tłuszcze, 

e) biomasy roślinnej zebranej z terenów innych niż zaewidencjonowane jako rolne,

f) odchodów zwierzęcych pozyskanych z działalności innej niż rolnicza – z wyłączeniem biogazu pozyskanego z odpadów komunalnych, ze składowisk odpadów, a także z substratów pochodzących z oczyszczalni ścieków innych niż wymienione w lit. b;

Jak widzimy, biogaz rolniczy nie dotyczy tylko substratów pochodzenia rolniczego, ale również substratów pochodzenia przemysłowego i żywnościowego. 

Biogazownia komunalna i biogaz z odpadów komunalnych

Biogazownia komunalna w zasadzie nie różni się niczym szczególnym od biogazowni rolniczej, oprócz substratów, które wykorzystuje do produkcji biogazu. Jaka sama nazwa brzmi, biogazownie komunalne wykorzystują substraty pochodzenia komunalnego, mowa tutaj przede wszystkim o osadach ściekowych z oczyszczalni ścieków, odpadach biodegradowalnych z gospodarstw domowych (brązowe pojemniki), oraz przeterminowana lub odpadowa żywność z punktów handlowych takich jak restauracje czy stołówki. Biogazownie komunalne zwykle są obsługiwane przez spółki miejskie, ponieważ stanowią one część zarządzania odpadami na terenie miast/gmin. Choć biogazownie komunalne pozwalają na znaczną redukcję kosztów utylizacji odpadów biodegradowalnych, w Polsce ich liczba wynosi według spisu biogazowni = 10. O całkowitej liczbie biogazowni w Polsce można przeczytać w dalszej części artykułu “biogaz w Polsce”. 

Jakie korzyści mogą mieć gminy i miasta z biogazowni komunalnej? 

Jako członek Unii Europejskiej, Polska ma obowiązek osiągnięcia do 2035 roku poziomu 65% recyklingu w ogólnej masie wytwarzanych odpadów komunalnych. Obecnie jedna trzecia tych odpadów to bioodpady, które są zbierane w ramach systemu selektywnej zbiórki. Obecność biogazowni komunalnych może znacząco przybliżyć Polskę do realizacji unijnego celu recyklingowego. Duża część bioodpadów w miastach jest przetwarzana na kompost, cogeneruje kilkukrotnie większe emisje gazów cieplarnianych niż proces fermentacji w biogazowni

Biogazownie komunalne na oczyszczalniach ścieków – niewykorzystany potencjał 

W Polsce z obecnych blisko 2,8 tys oczyszczalni ścieków, niewiele ponad 5,5 % z nich produkuje biogaz komunalny [4]. A jest z czego produkować ten biogaz. Oczyszczalnie ścieków wytwarzają olbrzymie ilości osadu ściekowego. Osady ściekowe to masa organiczna po oczyszczaniu ścieków, z której można produkować biogaz komunalny. Według danych GUS rocznie powstaje blisko 1 mln ton osadów ściekowych. Ich właściwa gospodarka leży w interesie naszych portfeli, ponieważ blisko 75% opłat za “ścieki” stanowi właśnie utylizacja osadów ściekowych. Najlepszą metodą na ich zagospodarowanie jest wrzucenie osadów ściekowych do biogazowni komunalnych.

Tak wytworzony biogaz komunalny może pokryć zapotrzebowanie na energię oczyszczalni ścieków, oraz pozbyć się problemu osadów ściekowych.  Osady ściekowe po fermentacji metanowej zmniejszają swoją objętość o blisko 50% [5] i można je wykorzystać jako wartościowy nawóz, o znacznie mniejszym ryzyku epidemiologicznym [6], niż to jest w przypadku osadów ściekowych bez obróbki beztlenowej. Do produkcji biogazu komunalnego można wykorzystać również substraty takie jak papier, tektura i kartony. Mimo że na pierwszy rzut oka biomasa papieru nie wydaje się być organiczna, to składa się ona w 99% z celulozy i hemicelulozy, czyli związków organicznych, które ulegają rozkładowi beztlenowemu, a w konsekwencji produkują biogaz. 

Biogaz z odpadów komunalnych definicja prawna

W Ustawie o odpadach biogazownia komunalna nie jest zdefiniowana jako odrębne pojęcie. Wydaje się, że biogazownia komunalna dobrze pasuje do definicji recyklingu (art. 3, ust. 1, pkt. 23). Pojęcie recyklingu oznacza odzysk, w ramach którego odpady są ponownie przetwarzane na produkty, materiały lub substancje używane w pierwotnym celu lub w innych celach. To obejmuje ponowne przetwarzanie materiałów organicznych (recykling organiczny), ale nie uwzględnia odzysku energii i przetwarzania na materiały, które mają służyć jako paliwo. Głównym celem stosowania recyklingu jest oszczędzanie surowców i energii zużytej do ich produkcji.

Biogaz ze składowisk odpadów i biogazownie na składowiskach odpadów. 

W warunkach odpowiedniego składowania odpadów na składowiskach, zachodzi w nich proces beztlenowej fermentacji, prowadzący do emisji metanu. Sprzyjające warunki dla procesu fermentacji metanowej obejmują uszczelnienie dna i zboczy składowiska, zgniatanie i przykrywanie warstwy odpadów ziemią lub innym neutralnym materiałem, kontrolowanie wilgotności złoża (drenaż odcieków). Rozkład frakcji biodegradowalnej (organicznej) odpadów składa się z wielu spontanicznie zachodzących procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Najszybciej ulegają degradacji odpady żywnościowe, wolniej – zielone odpady ogrodowe, a najwolniej – papier, tektura, drewno, odpady włókiennicze. Tworzywa sztuczne, szkło, guma i inne substancje praktycznie nie ulegają biodegradacji.

Proces wytwarzania gazu z wysypiska zależy od wielu czynników, takich jak skład i gęstość odpadów, wysokość składowania, wilgotność odpadów, temperatura powietrza, ciśnienie atmosferyczne i ilość odpadów. Przyjmuje się, że z jednej tony odpadów można uzyskać od 200 do 250 m3 gazu wysypiskowego z zawartością metanu około 45-65%. Biogaz wytwarzający się z składowisk odpadów, który nie jest kontrolowany, może stanowić zagrożenie, takie jak wybuchy, samozapłony składowisk, zanieczyszczenia wód gruntowych oraz emisje gazów cieplarnianych i odorów do powietrza.

Biogazownie na składowiskach odpadów są realizowane wyłącznie na dużych obiektach, o głębokości co najmniej 10 m, gromadzących co najmniej 1 mln ton odpadów. Nowe składowiska są obowiązkowo wyposażone w instalacje odgazowujące, zgodnie z przepisami dotyczącymi składowania odpadów.

Mikrobiogazownia – biogazownia przydomowa. 

Przydomowe biogazownie to mikroinstalacje produkujące biogaz, które znajdują się na terenie prywatnych gospodarstw domowych lub rolnych. Są to zazwyczaj niewielkie urządzenia pod postacią pojedynczego modułu, które umożliwiają mieszkańcom produkcję biogazu z biomasy odpadów organicznych, takich jak resztki jedzenia, odchody, skoszona trawa czy chwasty.  Przydomowe biogazownie działają na tej samej zasadzie fermentacji beztlenowej jak inne biogazownie, w wyniku której powstaje biogaz, głównie metan. Tak wyprodukowany biogaz może być wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej i cieplnej w celu zasilania gospodarstwa domowego lub rolniczego. W przypadku mikrobiogazowni mówimy o instalacjach do 50 Kw.

Wyróżnienie mikrobiogazowni w porównaniu do innych instalacji jest zawarte w prawie: 

• Roczna wydajność do 200 tys. m3 biogazu rolniczego, zgodnie z przepisami ustawy o odnawialnych źródłach energii (art. 19 ust. 1 ustawy o OZE), co praktycznie zazwyczaj odpowiada 50 kWe.
• Moc elektryczną do 50 kW i moc cieplną do 150 kW, zgodnie z definicją zawartą w artykule 2, punkt 19 ustawy o OZE.

Mikrobiogazonie do 50 kW ze względu na swój mały udział w produkcji energii są objęte tzw. uproszczoną ścieżką inwestycyjną. Ważne jest, aby była to biogazownia rolnicza, która z definicji korzysta z substratów pochodzących z rolnictwa. Temat biogazowni rolniczej omówiliśmy na początku tego artykułu. Z powodu ułatwień, takich jak brak konieczności konsultacji społecznych oraz możliwość budowy na podstawie zgłoszenia, zdarza się, że inwestorzy wybierają kilka mikroinstalacji zamiast jednej o większej mocy.

Uproszczona ścieżka inwestycyjna dla mikrobiogazowni rolniczej

Decyzja środowiskowa dla mikrobiogazowni rolniczej

Mikrobiogazownia przydomowa nie ma konieczności uzyskiwania tzw. decyzji środowiskowej, co zostało uregulowane przez Rozporządzenie Rady Ministrów z 10 września 2019 r. dotyczące przedsięwzięć, które mogą istotnie wpływać na środowisko (Dz.U.2019 poz. 1839, Art. 2 ust. 1 pkt. 47). Jest to znaczące ułatwienie dla tego typu inwestycji, ponieważ otrzymanie decyzji środowiskowej może spowolnić realizację inwestycji o kilka miesięcy. 

Pozwolenie budowlane dla mikrobiogazowni rolniczej

Aż do września 2020 r., mikrobiogazownia rolnicza była traktowana jak instalacja fotowoltaiczna o mocy do 50 kWp. Obecnie procedury są ułatwione, gdyż zgodnie z Artykułem 29, Ustawy Prawo Budowlane, ustęp 3, punkt 3, litera e, rolnik budujący mikrobiogazownię rolniczą nie jest zobowiązany do uzyskania tzw. pozwolenia na budowę.

Jednakże, dla zachowania poprawności procesu, konieczne jest przeprowadzenie procedury zgłoszenia budowy lub wykonywania innych robót budowlanych.

Przyłącze do sieci dla mikrobiogazowni 

Mikrobiogazownie rolnicze są podłączane do istniejącej sieci niskiego napięcia, na tej samej zasadzie jak gospodarstwo rolnicze. Dzięki temu procedura przyłączenia przez Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD) instalacji do sieci elektroenergetycznej przebiega w taki sam sposób jak w przypadku tradycyjnych mikroinstalacji OZE, takich jak instalacje fotowoltaiczne, zgodnie z art. 20 ust. 1 ustawy o odnawialnych źródłach energii.

Mikrobiogazownia rejestr i koncesja 

Rozpoczęcie i prowadzenie działalności gospodarczej w obszarze produkcji energii elektrycznej w mikroinstalacji opartej na biogazie rolniczym nie wymaga uzyskania koncesji. Każda tego rodzaju instalacja jest zgłaszana przez Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD) do Urzędu Regulacji Energetyki (URE) i Krajowego Ośrodka Wsparcia Rolnictwa (KOWR), który utrzymuje odpowiedni rejestr. Zgodnie z raportem URE, na koniec 2022 roku działało w Polsce 43 mikroinstalacji wykorzystujących biogaz rolniczy.

Mikrobiogazownia rolnicza definicja. 

Zgodnie z przepisami zawartymi w ustawie o odnawialnych źródłach energii, mikrobiogazownię definiuje się jako urządzenie techniczne, które jest podłączone do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kV. Mikrobiogazownia może produkować biogaz z substratów pochodzenia rolniczego,  zwany również biogazem rolniczym. Dodatkowo, przydomowa biogazownia może być wyposażona w układ kogeneracyjny o łącznej mocy do 150 kWe+th, z czego do 50 kW przypada na moc elektryczną.

Mikrobiogazownia przydomowa zastosowanie

W zależności od wielkości mikrobiogazowni biogaz, który produkuje może być albo spalany w silniku kogeneracyjnym z wytworzeniem energii elektrycznej i ciepła albo biogaz może być bezpośrednio spalany do np. obróbki termicznej w przyrządzaniu posiłków lub ogrzewanie.  Dodatkowo, proces fermentacji w mikrobiogazowni generuje także poferment, który może być używany jako naturalny nawóz do gleby.

Mikrobiogazownia wady 

Największą wadą przydomowych mikrobiogazowni jest utrzymanie temperatury wewnątrz fermentorów. Jako że w warunkach polskich temperatury potrafią spaść znacznie poniżej zera, tego typu warunki mogą całkowicie zatrzymać proces fermentacji metanowej, a w konsekwencji brak produkcji biogazu. W zależności od rozmiaru mikrobiogazowni może być instalowany w nich system grzewczy, pozwalający utrzymać wewnętrzną temperaturę powyżej minimalnych 25*C. Jednak w przypadku mikrobiogazowni przydomowych, dla których nie ma uzasadnienia ekonomicznego instalowanie systemu grzewczego, musimy pogodzić się z brakiem produkcji biogazu w okresie zimowym. Dla utrzymania właściwej temperatury w mikrobiogazowniach przydomowych bez zewnętrznego systemu grzewczego sugeruje się umieszczenie jej w dobrze wentylowanej szklarni. Mikrobiogazownie przydomowe są szeroko rozpowszechnione na obszarach wiejskich w Chinach i Indiach. W takich przypadkach biogaz jest bezpośrednio wykorzystywany do gotowania, oświetlenia lub ogrzewania.

Biogaz w Polsce 

W Polsce obserwuje się wzrost zainteresowania biogazem – rok 2022 pod względem liczby nowych instalacji był, w porównaniu do wcześniejszych lat, wyjątkowo udany. Nowe plany inwestycyjne zarówno spółek skarbu państwa, samorządów, indywidualnych gospodarstw rolnych, jak I funduszy zagranicznych sprawiają, że jesteśmy na progu prawdziwego boomu. Jak obecnie wygląda sytuacja rynkowa i nad czym należy pracować dla lepszego rozwoju branży? 

W latach 2011-2022 liczba biogazowni w Polsce znacząco wzrosła, ze 178 do prawie 400 (dokładnie 383). Zarejestrowana całkowita moc zainstalowana przekroczyła 280 MW w tym okresie. W 2022 r. udział biogazu w ogólnej strukturze pozyskiwania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych wynosi niecałe 2,5%. Polska osiągnęła całkowitą produkcję biogazu na poziomie 5 742 GWh, przyczyniając się do wytworzenia około 1,4 TWh energii elektrycznej. Większość produkcji biogazu pochodziła z surowców rolniczych. W Polsce funkcjonują: 143 biogazownie rolnicze, 96 biogazownie komunalne wytwarzające biogaz z osadów ściekowych, około 52 biogazownie wykorzystujące gaz wysypiskowy oraz 10 biogazowni wykorzystujących pozostałe odpady komunalne tj. odpady bio. Warto wspomnieć o mikroinstalacjach, na koniec 2022 r. w Polsce funkcjonowało 41 mikroinstalacje do produkcji biogazu, każda o zainstalowanej mocy elektrycznej do 50 kW. Obecnie prawie cały biogaz produkowany w Polsce jest wykorzystywany w jednostkach kogeneracyjnych (CHP) do jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.

Biogaz i Biometan w Polsce historia 

Polska rozpoczęła produkcję biogazu w 2005 roku, kiedy weszła w życie ustawa Prawo energetyczne wraz z uruchomieniem systemu zielonych certyfikatów [7]. W ciągu ostatnich dwóch dekad polski rynek biogazu odnotowywał ciągły wzrost. Znaczna część krajowego potencjału pozostaje jednak niewykorzystana. Polska gospodarka, w szczególności rolnictwo i przemysł rolno-spożywczy, oferuje znaczny potencjał w zakresie produkcji i wykorzystania biogazu. Według Polskiej Organizacji Biometanu, sam potencjał biometanu rolniczego wynosi aż ok. 8 mld m3 [8].

Od czasu wprowadzenia ustawy Prawo energetyczne w 2005 roku, przepisy przeszły kilka zmian. W 2015 r. polski system zielonych certyfikatów został zastąpiony ustawą o odnawialnych źródłach energii [9] i wprowadzono system aukcyjny dla nowo budowanych instalacji OZE. Ze względu na niezgodność z przepisami UE dotyczącymi uczciwej konkurencji, niektóre z aukcji, które odbyły się w 2017 r., zostały unieważnione, a ustawa OZE została następnie zmieniona. W zmienionej formie ustawa określa 5 odrębnych grup technologicznych. Trzecia grupa jest dedykowana biogazowi rolniczemu, podczas gdy pozostałe kategorie biogazu konkurują z instalacjami termicznego przekształcania odpadów i instalacjami spalania wielopaliwowego w pierwszej grupie. 

Aukcje OZE dla biogazu

Pierwsze dwie aukcje po rewizji OZE odbyły się pod koniec 2018 i 2019 roku. W listopadzie 2020 r. odbyły się kolejne cztery aukcje biogazu, w których zgłoszono głównie instalacje do produkcji biogazu rolniczego. Aukcje przeprowadzone w 2021 r. były nierozstrzygnięte z powodu niewystarczającej liczby ofert spełniających wymogi OZE. Obecny polski system wspiera wykorzystanie biogazu za pośrednictwem kogeneracji, z taryfą gwarantowaną (FiT) i premią gwarantowaną.

Od 2016 r. liczba małych biogazowni w Polsce (Termin „mała instalacja OZE” odnosi się do instalacji o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej od 50 kW do 1 MW, przyłączonych do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kV lub o mocy osiągalnej z kogeneracji większej niż 150 kW lub mniejszej niż 3 MW.) wzrosła dzięki zwiększeniu górnego limitu mocy zainstalowanej elektrycznej kwalifikującej się do rejestracji w RMIOZE [10]. Według Urzędu Regulacji Energetyki do końca 2022 r. drobni wytwórcy biogazu wytwarzali ponad 1400 GWh biogazu rocznie.

Produkcja biometanu w Polsce

Opracowywanych jest kilka środków wspierających produkcję biometanu w Polsce i oczekuje się, że produkcja w kraju wkrótce się rozpocznie. W ramach polityki spójności na lata 2021-2027 tworzony jest specjalny system wsparcia finansowego. Polski biometan najprawdopodobniej zostanie wykorzystany w sektorze transportu, aby osiągnąć cel w zakresie energii odnawialnej dla transportu w ramach RED. W latach 2017-2021 Polska wprowadziła kilka przepisów, które stymulują polski popyt na biopaliwa, w tym biometan: najważniejsze z nich to ustawa o biopaliwach i ustawa o biokomponentach. W 2020 r. wprowadzono zerową akcyzę na CNG, LNG, biometan, biogaz i wodór.

Potencjał produkcji biometanu w Polsce

Według Gas for Climate, Polska znajduje się w pierwszej piątce krajów UE o największym potencjale produkcji biometanu [11]. Według ostatnich szacunków, silny wzrost gospodarczy w Polsce może pomóc w osiągnięciu około 0,5-0,6 mld m3 rocznej produkcji biometanu do 2030 roku.

Aby wyprodukować takie ilości biometanu i osiągnąć cele Polski (10% udział biometanu w rynku paliw gazowych), musiałoby powstać około 100 dużych instalacji. Polski sektor biometanu rozwija się obecnie w tempie, które czyni to wiarygodnym celem (choć w Polsce liczba instalacji biometanowych wynosi równe zero [stan na koniec roku 2023], to szacuje się że już w 2024 powstanie ok. 3-5 instalacji, a w 2025 roku liczba ta wzrośnie do ok. 15.) [12].

Ministerstwo Klimatu i Środowiska opracowuje przepisy umożliwiające produkcję i sprzedaż biometanu, a także wprowadza mechanizmy wsparcia w celu zapewnienia niezawodnego popytu na około 1 mld m3 biometanu rocznie.

Rozwój rynku biometanu w Polsce

W polskim Ministerstwie Klimatu i Środowiska w październiku 2020 r. podpisano „List intencyjny w sprawie ustanowienia partnerstwa na rzecz rozwoju sektora biogazu i biometanu oraz zawarcia porozumienia sektorowego” został podpisany przez głównych interesariuszy, w tym PGNiG, Orlen, PSG, GAZ-SYSTEM, producentów biogazu i potencjalnych producentów biometanu. Siedem grup roboczych zostało powołanych przez Ministerstwo do przygotowania wkładu do długoterminowej strategii rozwoju biometanu. W dniu 23 listopada 2021 r. podpisano „Porozumienie w sprawie współpracy na rzecz rozwoju sektora biogazu i biometanu”, którego celem jest wspieranie rozwoju sektora biogazu i biometanu w Polsce. Stronami Porozumienia są przedstawiciele administracji rządowej, a także przedstawiciele inwestorów i podmiotów uczestniczących w łańcuchach dostaw biogazu i biometanu, organizacji branżowych, instytucji finansowych i ubezpieczeniowych oraz przedstawiciele świata nauki. 

Od początku 2023 r. nastąpił znaczny wzrost aktywności legislacyjnej, w tym wprowadzenie trzech ważnych projektów ustaw (np. UC99, UD485, ) [13], [14], [15] oraz rozszerzone możliwości finansowania z środków unijnych. Implementacja tych praw do porządku dziennego miało istotne konsekwencje w zakresie kształtowania trajektorii polskiego sektora biometanu. Powyższe prawa definiowały m.in. biometan, biometanownie, poferment itp, można powiedzieć, że nadały kształt prawny rynkowi biometanu. 

Potencjał biomasy w Polsce do produkcji biogazu i biometanu.

Według Krajowego Ośrodka Wsparcia Rolnictwa [16] Polska zużyła około 5,7 Mt substratów do produkcji biogazu rolniczego w 2022 roku (W polskim systemie prawnym, zgodnie z art. 2 ust. 2 ustawy o odnawialnych źródłach energii, substratami do produkcji biogazu rolniczego jest: biomasa rolnicza, produkty uboczne rolnictwa, płynne lub stałe odchody zwierzęce, produkty uboczne z przetwórstwa rolno-spożywczego, odpady lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasa leśna lub biomasa roślinna zebrana z obszarów innych niż obszary rolne lub leśne.). Pozostałości rolnicze i rośliny energetyczne (głównie kiszonka z kukurydzy) (0,7 Mt) wraz z obornikiem (1,7 Mt) stanowią około 30% masy substratów wykorzystywanych do produkcji biogazu rolniczego. 

Substraty z sektora spożywczego 

W sektorze produkcji zwierzęcej Polska jest jednym z wiodących graczy na rynku europejskim, plasując się w czołówce krajów pod względem produkcji zwierzęcej i rolnej, która może być wykorzystywana jako substrat do zasilania biogazowni rolniczych. W 2022 r. lokalne przedsiębiorstwa, takie jak przemysł rolno-spożywczy, cukrownie, rzeźnie, browary i mleczarnie, przyczyniają się do rozwoju biogazowni, wykorzystując materiały takie jak gnojowica i wywar gorzelniany (2 Mt), odpady z przetwórstwa spożywczego (0,79 Mt) oraz pozostałości owoców i warzyw (0,77 Mt).

Biomasa komunalna

Prognozy przewidują boom inwestycyjny w polskim sektorze komunalnym w nadchodzących latach ze względu na wyzwania stojące przed gospodarką bioodpadami w polskich gminach.

W 2022 r. Polska wytworzyła około 13,4 mln ton odpadów komunalnych. Około 1,9 mln ton (14,2%) zostało przekazanych do biologicznego przetwarzania (kompostowania lub fermentacji) [17]. W 2022 r. podczas wytwarzania biogazu rolniczego wytworzono prawie 4,4 mln ton nieseparowanej masy pofermentacyjnej (pofermentu); większość masy pofermentacyjnej w Polsce jest wykorzystywana bezpośrednio jako nawóz biologiczny na sąsiednich biogazowni gruntach rolnych. (W dniu 11 września 2023 r. weszły w życie przepisy ustawy o nawozach i nawożeniu, w tym te wprowadzające pojęcie „produktu pofermentacyjnego) [18].

Produkcja biogazu i biometanu na świecie. 

Światowy rynek biogazu rolniczego rozwija się bardzo nierównomiernie. Większość takich instalacji znajduje się w Azji i Europie. Australia, Nowa Zelandia, Afryka i obie Ameryki posiadają głównie biogazownie pilotażowe, zlokalizowane w sąsiedztwie instytutów naukowo-badawczych. W Azji najwyższą produkcję biogazu odnotowuje się w Chinach i Indiach. Instalacje tam są technicznie nieskomplikowane. W Japonii i Korei rynek biogazu przypomina ten w Europie Zachodniej – cechuje go wysoka dynamika i zaawansowanie technologiczne. Wśród krajów europejskich sektor biogazu jest najbardziej rozwinięty w Niemczech. Zgodnie z raportem EBA łączna produkcja biogazu w Europie w 2022 r. wyniosła 223 TWh lub 21 mld m3. To więcej niż całkowite zapotrzebowanie Polski na gaz ziemny i stanowi 6% zużycia gazu ziemnego w Unii Europejskiej w 2022 roku. [19, 20]. W Europie jest zarejestrowanych 19 491 biogazowni, z czego blisko połowa znajduje się w Niemczech. Produkcja biometanu w Europie wynosi ok. 4,2 mld m3 w 2022 r.,

Do końca 2022 r. w Europie działały 1 323 instalacje produkujące biometan, z czego 1 124 w UE-27. W 2022 r. odnotowano najszybszy jak dotąd wzrost liczby aktywnych zakładów produkujących biometan, przy wzroście o 254 zakłady w porównaniu do 2021 roku. Tylko w samej Francji kolejne 1 175 projektów znajduje się na różnych etapach rozwoju.  W ostatnich latach coraz więcej krajów zaczęło produkować biometan: obecnie w 24 krajach europejskich istnieją instalacje biometanowe. Słowacja wyprodukowała swój pierwszy biometan w 2021 roku, podczas gdy Ukraina i Litwa rozpoczęły produkcję biometanu w 2023 roku.

Biogaz i biometan w Europie w liczbach.

Instalacje biometanowe w Europie (średnia wydajność 33 GWh/rok) są zazwyczaj prawie czterokrotnie większe niż biogazownie (9 GWh/rok) produkujące energię elektryczną i ciepło.   Największa platforma handlu biometanem (system ERGaR CoO) odnotowała dziesięciokrotny wzrost ilości biometanu przekazanego w ciągu nieco ponad roku, z 397 GWh przekazanymi w 1 kwartale 2023 roku.

Wśród producentów biogazu i biometanu istnieje wyraźna tendencja do wybierania surowców, które zapewniają największe oszczędności emisji gazów cieplarnianych – tj. pozostałości rolnicze, organiczne stałe odpady komunalne, osady ściekowe i odpady przemysłowe.

Energinet oblicza, że do września 2023 r. Dania osiągnęła już poziom produkcji biometanu równy 39,6% zużycia gazu, a udział biogazu i biometanu w miksie energetycznym rośnie z każdym miesiącem [21] Według raportu EBA, 35-62% całkowitego zużycia gazu w Europie może stanowić biometan do 2050 roku. 

Rola biogazu w transformacji energetycznej.

Produkcja i zastosowanie biogazu zajmują wyjątkowe miejsce wśród źródeł energii odnawialnej, gdyż umożliwia jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej. Biogaz może również pełnić funkcję paliwa dla środków transportu oraz zastępować gaz ziemny. Proces produkcji biogazu nie podlega zmianom sezonowym i zależnością od pogody, a jego źródłem mogą być pozostałości po plonach rolnych, resztki po zbiorach, biodegradowalne odpady komunalne itp. Z tego powodu rozwój instalacji biogazowych, przetwarzających biomasę pochodzącą z rolnictwa, powinien być promowany w najbliższych latach ze względu na konieczność efektywnego zagospodarowania odpadów i duży potencjał rolnictwa energetycznego.

W Polsce występują doskonałe warunki klimatyczne do produkcji roślin energetycznych, a znaczna część kraju jest wykorzystywana pod uprawy rolnicze, co stanowi znaczący źródło surowca dla biogazowni. Ponadto, istnieje duży potencjał w odpadach zwierzęcej produkcji rolnej, które mogą znaleźć zastosowanie w biogazowniach.

Produkcja i wykorzystanie biogazu przynoszą korzyści dla środowiska i gospodarki społeczno-ekonomicznej społeczeństwa jako całości, a także dla rolników uczestniczących w procesie produkcji biogazu. Generowanie energii z biogazu wspiera lokalne gospodarki, tworzy dodatkowe miejsca pracy na obszarach wiejskich i zwiększa siłę nabywczą mieszkańców na poziomie regionalnym. To z kolei przekłada się na poprawę standardu życia i wspomaga rozwój gospodarczy oraz społeczny. Biogazownie rolnicze pełnią istotną rolę w ochronie środowiska poprzez redukcję emisji metanu i gazów cieplarnianych, a także wspierają efektywne gospodarowanie odpadami na poziomie lokalnym. W związku z tym, biogazownie rolnicze są zgodne z obecnie prowadzoną krajową i europejską polityką proekologiczną, mając jednocześnie istotne znaczenie dla lokalnego rynku energetycznego.

Korzyści społeczne i ekonomiczne z biogazowni.

Biogaz wytworzony podczas procesu fermentacji jest spalany w module prądowo-cieplnym, co skutkuje produkcją zarówno energii elektrycznej, jak i cieplnej. Możliwe jest wykorzystanie tej energii do własnych potrzeb lub jej sprzedaż do zewnętrznych odbiorców, co eliminuje straty przesyłowe w systemie energetycznym. Taka praktyka podnosi efektywność zagospodarowania energii, gdyż energia wytworzona może być użyta lokalnie, blisko miejsca jej powstania. Biogazownie rolnicze są znane ze swojej wysokiej efektywności, osiągając nawet 87% sprawności wytwarzania energii, gdzie 37% to energia elektryczna, a 50% to energia cieplna. Energia elektryczna i cieplna wytworzona w biogazowni rolniczej może być wykorzystana do zaspokojenia potrzeb produkcyjnych gospodarstw rolnych. Taka opcja staje się atrakcyjna szczególnie dla obszarów, które mają trudności z podłączeniem do sieci energetycznej, borykając się z problemami zapewnienia niezakłóconych dostaw, lub tam, gdzie zewnętrzny odbiór ciepła jest niemożliwy. Taki scenariusz może być również rozważany przez gospodarstwa, które zajmują się jednocześnie przetwórstwem plonów rolnych, na przykład produkcja mąki.

Biogazownia jako stabilne źródło lokalnego ciepła

Właściciel biogazowni rolniczej może generować dodatkowe przychody poprzez sprzedaż nadmiarowego ciepła. Te dochody mogą być inwestowane w opłacalne procesy produkcyjne. Ponadto biogazownia może być integrowana z większym systemem, na przykład z gorzelnią, co zapewnia stałe dostawy surowców dla biogazowni i umożliwia efektywne wykorzystanie nadmiaru ciepła. Niezagospodarowana część ciepła może być wykorzystana komercyjnie, na przykład do ogrzewania obiektów użyteczności publicznej, pomieszczeń gospodarskich lub procesów produkcyjnych, takich jak suszenie ziaren zbóż. Lokalizacja biogazowni jest atrakcyjna dla inwestorów, którzy potrzebują stabilnego źródła ciepła do swojego biznesu. Wytworzenie ciepła przynosi korzyści zarówno właścicielowi biogazowni, jak i odbiorcom, poprawiając rentowność przedsięwzięcia i umożliwiając oferowanie ciepła po konkurencyjnych cenach

Biogazownia jako rynek zbytu substratów i odpadów rolnych

Budowa biogazowni rolniczych otwiera nowe rynki dla surowców wykorzystywanych do produkcji biogazu. Rolnicy są zachęcani do przeznaczania części swoich upraw na dostarczanie surowców do biogazowni, jednocześnie mając pewność, że mogą sprzedać wyprodukowane produkty. Ta praktyka umożliwia efektywne wykorzystanie substancji ubocznych powstających w związku z uprawą roślin i hodowlą zwierząt.. Aby zapewnić ciągłość dostaw surowców dla biogazowni, właściciele podpisują długoterminowe umowy, gwarantujące dostawy surowców o odpowiednich cechach jakościowych.

Biogazownie rolnicze jako aktywizacja mieszkańców wsi.

Biogazownie rolnicze stanowią bodziec dla rozwoju gospodarczego na poziomie lokalnym, sprzyjają aktywizacji gospodarczej w swoim obszarze i tworzą korzystne warunki dla miejscowej przedsiębiorczości. Konstrukcja tych instalacji przyczynia się do powstawania nowych miejsc pracy, co z kolei prowadzi do wzrostu przychodów w regionie. Ponadto mają istotny udział w generowaniu lokalnego produktu brutto. Rozwój regionalny jest także wspierany, przyczyniając się do ulepszenia infrastruktury w okolicy i modyfikacji struktury biznesowej poprzez wprowadzenie nowych gałęzi działalności.

Z perspektywy oceny skutków społeczno-gospodarczych, kluczowe jest tworzenie nowych miejsc pracy. Budowa biogazowni rolniczych skutkuje powstawaniem nowych etatów w obszarach wiejskich, gdzie poszukiwane są alternatywne źródła dochodów poza rolnictwem. Szacuje się, że zbudowanie trzech biogazowni o łącznej mocy około 500 kWe w gminie generuje pięć pełnych etatów. Te dane należy jeszcze uwzględnić w kontekście sezonowych pracowników, np. przy zbiorze kiszonki kukurydzy, choć istotne będą także lokalne etaty związane z obsługą biogazowni, takie jak konserwacja, przeglądy, zapobieganie awariom czy logistyka dostarczania substratów. Dodatkowo, biogazownie rolnicze wspomagają wzrost dochodów rolników, przyczyniając się do zwiększenia lokalnych zasobów finansowych, ponieważ wydatki związane z zakupem energii wspierają lokalne firmy.

Biogazownia a system energetyczny

Biogazownie przynoszą również korzyści dla krajowego systemu elektroenergetycznego. Stanowią rozproszone źródła energii, co pozwala na zmniejszenie strat przesyłowych w sieci elektroenergetycznej, co jest istotne dla Polski, gdzie te straty są wyraźnym problemem. W przeciwieństwie do farm wiatrowych i fotowoltaicznych, biogazownie są stabilnym źródłem energii odnawialnej. Odróżniają się od tych pierwszych, które zależą od chwilowych warunków atmosferycznych i wymagają rezerwowych źródeł opartych na paliwach kopalnych do elastycznego pokrywania wahaniach produkcji. Biogazownie posiadają także potencjał magazynowania energii, zwłaszcza przy obecności przewymiarowanych zbiorników. Mogą również pełnić rolę centralnego punktu, wokół którego kształtuje się lokalne centrum energetyczne dla danej gminy.

Biogazownia rolnicza staje się atutem dla wsi.

Poza wymienionymi wcześniej korzyściami, biogazownie rolnicze stają się także atutem wizerunkowym dla miejscowości, gdzie się znajdują. Obszary, na których są zlokalizowane, oceniane są jako nowoczesne i przyjazne nowym technologiom oraz inwestorom. Dodatkowo, projekty biogazowe umożliwiają integrowanie produkcji energii z odnawialnych źródeł z dziedzinami takimi jak nauka, edukacja czy turystyka. Lokalna społeczność może czerpać wiele korzyści z współpracy z inwestorem, który często aktywnie uczestniczy w inicjatywach społecznych, wspierając finansowo miejskie instytucje użyteczności publicznej, takie jak domy kultury. Ponadto, inwestorzy biogazowni często angażują się finansowo w remonty dróg, które również są użytkowane przez społeczność lokalną. [źródło]

Biogazownia jakie korzyści środowiskowe? 

Biogazownie rolnicze nie tylko umożliwiają korzystne przetworzenie uciążliwej biomasy odpadowej i generują energię uznawaną za odnawialną, ale także przynoszą inne korzyści środowiskowe. Dla gospodarstw rolnych istotne są także aspekty związane z produkcją materiału poprodukcyjnego (tzw. pofermentu) w trakcie procesu technologicznego w biogazowni. Ten materiał, uzyskany poprzez fermentację beztlenową odchodów zwierzęcych, stanowi wysokiej jakości nawóz. Odchody zwierzęce po procesie fermentacji uzyskują znacznie lepsze właściwości, w tym zwiększoną zawartość łatwo przyswajalnego azotu amonowego dla roślin. Zastosowanie nawozu o takich właściwościach pozwala znacząco ograniczyć konieczność stosowania nawozów mineralnych. Oznacza to również redukcję gazów cieplarnianych podczas produkcji nawozów mineralnych. Ponadto masa pofermentacyjna charakteryzuje się jednolitą konsystencją oraz brakiem nasion chwastów, co wynika z wysokiej temperatury, intensywnego mieszania i retencji w zbiornikach podczas procesu fermentacji. Po rozdzieleniu faz osadu pofermentacyjnego ociek pofermentacyjny może być skutecznie wykorzystany jako rozcieńczalnik substancji dodawanych do komory fermentacyjnej lub jako składnik do nawożenia lub nawadniania pól uprawnych [źródło].

Gnojowica lub obornik w stanie nieprzefermentowanym generują znaczne problemy związane z nieprzyjemnym zapachem, co różni się od pofermentu wytworzonego w procesie biogazowania. Dodatkowo, poferment, gdy jest przeznaczony jako nawóz, może przynieść dodatkowy dochód przy jego sprzedaży. 

Fermentacja odchodów zwierzęcych dla poprawy higieny

Przefermentowane metanowo odchody mają dodatkowy atut, umożliwiając utrzymanie odpowiedniego poziomu humusu w glebie. Proces higienizacji stosowany w biogazowniach rolniczych przyczynia się do eliminacji patogenów, zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia wód powierzchniowych i gruntowych, a także ogranicza rozprzestrzenianie się szkodliwych mikroorganizmów obecnych w odchodach zwierzęcych, takich jak bakterie Escherichia coli, Salmonella, bakterie gruźlicy czy wirusy pryszczycy.

Biogazownia przyjazna dla klimatu?

Pewnie niekiedy pojawia się pytanie w jaki sposób spalanie biogazu ma być bardziej przyjazne dla klimatu niż spalanie gazu ziemnego? Bilans dwutlenku węgla dla biogazowni wynosi zero, ponieważ ilość tego gazu wydzielającego się podczas spalania metanu jest równoważona przez ilość CO2 pobieranego przez rośliny podczas fotosyntezy. [źródło] Istnieją nawet rośliny energetyczne, takie jak Salix Virmiculis, które absorbują więcej dwutlenku węgla niż emitują podczas spalania. [źródło]  Schemat absorpcji węgla i jego emisji w produkcji biogazu przedstawiony jest poniżej. 

1 megawatogodzina wyprodukowanej energii elektrycznej z biogazu rolniczego generuje znacznie mniejszą ilość emisji podstawowych substancji szkodliwych dla powietrza, takich jak dwutlenek siarki i związki azotu, w porównaniu do tej samej ilości uzyskanej z paliw kopalnych [źródło].  Budowa biogazowni również przyczynia się do ograniczenia emisji metanu. Wykorzystanie materii organicznej do produkcji biogazu zmniejsza niekontrolowany rozkład tej materii podczas jej składowania, co wiąże się z emisją metanu do atmosfery. Metan jest blisko 30 razy silniejszym gazem cieplarnianym niż CO2. Choć biogaz składa się z metanu, podczas jego spalania uwalniany jest znacznie mniej szkodliwy dla klimatu dwutlenek węgla. [źródło] 

Czy biogazownia śmierdzi?

Współczesne biogazownie są projektowane z uwzględnieniem systemów, które całkowicie minimalizują emisję nieprzyjemnych zapachów. Odpowiednie technologie i procedury mogą pomóc w kontrolowaniu i redukowaniu ewentualnych zapachów związanych z procesami fermentacji. 

Ważne jest, aby podkreślić, że zarządzanie biogazownią, w tym utrzymanie i monitorowanie procesów, może wpłynąć na kontrolę ewentualnych nieprzyjemnych zapachów. Dobra praktyka, zgodność z normami środowiskowymi oraz zaangażowanie społeczności lokalnej i interesariuszy są kluczowe dla minimalizacji ewentualnych zakłóceń zapachowych. W związku z tym, zanim zostanie uruchomiona biogazownia, przeprowadza się analizy oddziaływania na środowisko i podejmuje środki zaradcze mające na celu minimalizację negatywnych skutków, w tym ewentualnych zapachów.

Zwykle się mówi że to nie biogazownia śmierdzi, a bałagan.  Biogazownia, będąca instalacją gazową, musi być z natury rzeczy szczelna, dlatego nie ma mowy aby biogazownia śmierdziała. Biogazownia nie jest dopuszczona do użytku, jeśli nie spełnia surowych norm dotyczących szczelności. Potencjalne nieprzyjemne zapachy mogą pochodzić z odpadów używanych do fermentacji składowanych na terenie biogazowni. Jednak głównym celem biogazowni jest właśnie przetwarzanie tych odpadów, dlatego biogazownia redukuje odory, a nie jest ich źródłem.

W przypadku kiedy biogazownie są źle zarządzane np. składując na jej terenie surowce do produkcji biogazu o uciążliwym zapachu takie jak odchody zwierzęce możemy spodziewać się odorów. Tak samo odorów możemy spodziewać się, gdy biogazownia zamierza składować poferment (produkt fermentacji) w otwartych zbiornikach takich jak laguny. Mimo że świeży poferment ma neutralny zapach zbliżony do zapachu gleby, to przechowując go na powietrzu po dłuższym czasie zaczynają zachodzić procesy gnilne wydzielające nieprzyjemne zapachy. Ostatnim istotnym “źródłem” odorów może być transport surowców biodegradowalnych do biogazowni. Jeśli do transportu substratów nie zostaną zastosowane szczelne naczepy, które uniemożliwiają emisję odorów podczas transportu uciążliwych zapachowo substratów, można spodziewać się nieprzyjemnych doznań. Dlatego ważne jest, aby biogazownia zadbała również o ten aspekt, wybierając odpowiedni rodzaj transportu. 

Podsumowując czy biogazownia śmierdzi

Biogazownie są instalacjami, które nie śmierdzą, a ich rolą jest redukcja odorów pod postacią odpadów biodegradowalnych do paliwa jakim jest biogaz. Biogazownia musi spełnić szereg wymagań prawnych i środowiskowych co sprawia że takie instalacje nie powinny być źródłem odoru. Biogazownia, będąca instalacją gazową, musi być z natury rzeczy szczelna, dlatego nie ma mowy aby biogazownia śmierdziała. Zwykle się mówi że to nie biogazownia śmierdzi, a bałagan na jej terenie. Dlatego w rzadkich przypadkach kiedy biogazownie śmierdzą to mowa tutaj o składowanych na ich terenie odpadów biodegradowalnych na otwartym powietrzu, co jest archaiczną praktyką w biogazownictwie.  

Biogazownia neutralizuje odory

W odchodach zwierzęcych znajduje się ponad 400 związków, które ludzki nos odbiera jako nieprzyjemny fetor. W trakcie procesu fermentacji metanowej bakterie zużywają 99% tych związków. Produkt końcowy, czyli poferment, ma neutralny, ziemisty zapach. Dzięki biogazowniom wiele polskich wsi może pozbyć się przykrego zapachu składowania odchodów zwierzęcych.

Co do biogazu, warto wiedzieć jakie związki chemiczne w nim powodują przykry zapach. Mowa tutaj przede wszystkim o siarkowodorze i tlenkach azotu. Związki te na szczęście przed spaleniem  w silnikach kogeneracyjnych są oczyszczane, dlatego nie ma emisji odorów do atmosfery. Biogaz można oczyścić do postaci czystego metanu i wprowadzić do sieci gazowej lub spalić w silnikach kogeneracyjnych w celu wytworzenia zarówno energii elektrycznej, jak i ciepła. Pamiętajmy, że metan jest związkiem bezwonnym, tak samo jak dwutlenek węgla. Dwa te gazy stanowią blisko 99% składu biogazu. 

Podsumowując, ani biogazownia, ani żaden z jej produktów nie emitują nieprzyjemnych zapachów, gdy są odpowiednio eksploatowane i utrzymywane. 

Biogaz jaka cena

Cena za biogaz w praktyce jest taka sama jak za gaz ziemny. Produkcja biogazu przez długi czas było znacznie droższa niż cena gazu ziemnego na rynku, jednak zmiana sytuacji geopolitycznej odwróciła ten trend. Obecnie producenci biogazu i biometanu mogą oczekiwać na szereg wsparć finansowych, jak i również tych mniej oficjalnych taryf, które ostatecznie determinują cenę biogazu. Przede wszystkim, z racji że biogaz jest gazem neutralnym klimatycznie, wielu odbiorców może płacić za niego znacznie więcej niż za gaz ziemny w celu zredukowania swoich własnych emisji. Biogazownie mogą skorzystać również z systemów wsparcia takich jak FiT i FiP oraz aukcje OZE. Obecnie owe systemy wsparcia oferują biogazowniom w zależności od rodzaju produkowanego biogazu wsparcie na poziomie 785 – 920 zł/MWh. Z tego względu możemy oszacować cenę biogazu na poziomie ok. 850 zł/MWh. 

Biogaz silnik kogeneracyjny

Tradycyjnie, biogaz był głównie wykorzystywany do skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej (kogeneracja) przy użyciu silników wysokoprężnych z zapłonem iskrowym w zestawie silnik spalinowy-generator. Systemy kogeneracyjne są znane ze swojej wydajności, przekształcając biogaz w ciepło i energię elektryczną z wydajnością konwersji elektrycznej około 40% i wydajnością odzysku ciepła przekraczającą 50%. Daje to możliwość odzyskania około 90% dostępnej energii z biogazu. Wymienniki ciepła w systemach kogeneracyjnych odzyskują ciepło ze spalania biogazu i tarcia silnika, które jest często wykorzystywane do utrzymania temperatury roboczej komory fermentacyjnej, a nadmiar ciepła przeznaczany jest do ogrzewania pomieszczeń czy na potrzeby technologiczne lokalnych przedsiębiorstw. 

Niektóre systemy kogeneracyjne  wykorzystują mikroturbiny zamiast silników spalinowych do napędzania generatorów i generowania ciepła. Systemy mikroturbin, wyposażone w oddzielną komorę spalania, pozwalają na spalanie biogazu o wyższym poziomie H2S i wilgoci w porównaniu do silników spalinowych. Chociaż mikroturbiny zazwyczaj działają z niższą sprawnością elektryczną, wykazują wyższą sprawność cieplną, dzięki czemu nadają się do projektów o większym zapotrzebowaniu na ciepło lub ciepłą wodę. Dodatkowo, mikroturbiny charakteryzują się niższą emisją zanieczyszczeń, co zwiększa ich przydatność w obszarach, w których występują problemy z zanieczyszczeniem powietrza.

Aby sprostać zmiennemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną, wiele biogazowni produkujących energię elektryczną w gospodarstwach rolnych jest połączonych z lokalnym zakładem energetycznym za pośrednictwem umowy o pomiarach netto. Taka konfiguracja pozwala na dostarczanie nadmiaru energii elektrycznej do lokalnej sieci, gdy produkcja przewyższa własne zapotrzebowanie. Połączenie to umożliwia również lokalnemu zakładowi energetycznemu uzupełnianie potrzeb gospodarstwa w okresach, gdy energia elektryczna wytworzona z biogazu nie wystarcza na np. uzdatnianie biogazu do biometanu.