Biometan, czyli paliwo przyszłości. Jak mogą w tym pomóc odpady?

Nie ma biometanu bez biogazu

Proces produkcji biometanu jest w zasadzie przedłużeniem procesu produkcji biogazu, bowiem aby otrzymać biometan należy wcześniej oczyścić biogaz. Zależnie od źródła substratów służących do produkcji biogazu możemy podzielić go na dwa rodzaje: biogaz rolniczy i komunalny. Biogaz rolniczy produkuje się w największych ilościach, co wynika z powszechnego dostępu do dużej ilości odpadów rolniczych. Biogaz komunalny powstaje natomiast z biodegradowalnych odpadów komunalnych lub odpadów z przemysłu spożywczego. Powstawanie z odpadów komunalnych oznacza, że jakość takiego biogazu jest zależna przede wszystkim od jakości sortowania tych odpadów. Niezależnie od źródła, procesy produkcji biogazu komunalnego i rolniczego są w zasadzie te same – materia organiczna trafia do komór fermentacyjnych, w których jest poddawana procesowi fermentacji beztlenowej. W czasie jej trwania mikroorganizmy rozkładają obecne w komorze związki, w ten sposób wydzielając metan. 

Aby wytworzyć biometan, należy poddać biogaz procesowi uzdatnienia. Jakości biogazu mierzymy głównie poprzez jego zawartość metanu – przed uzdatnieniem zazwyczaj oscylującą w przedziale od 50% do 75%. Aby powstał Biometan, musimy oczyścić biogaz do zawartości minimum 95% metanu. Taką zawartość metanu osiąga się poprzez usunięcie z gazu zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek węgla, tlenki azotu lub siarkowodór. Aby zapobiec uszkodzeniom sieci gazowych, z biogazu usuwana jest też para wodna, która w przeciwnym razie mogłaby powodować korozję. Po całym procesie uzyskujemy biometan, którego właściwości energetyczne są równe tym gazu ziemnego.

Użycie odpadów w produkcji biogazu

Choć biogaz rolniczy produkuje się też ze specjalnie w tym celu uprawianych roślin (np. kukurydzy), w zdecydowanej większości powstaje on jednak z odpadów rolnych. Najczęściej jako substraty stosuje się wywary pogorzelniane, resztki owoców i warzyw, gnojowicę, oraz odpady z przetwórstwa spożywczego. Według danych Krajowego Ośrodka Wsparcia Rolnictwa tylko odpady przypadające pod te 4 kategorie dostarczyły prawie 5 mln ton substratów, kolejno 1,523 mln; 1,217 mln; 1,193 mln i 1,010 mln ton. Łącznie w Polsce do produkcji biogazu rolniczego skierowano 7,551 mln ton substratów, wcześniej wymienione odpady odpowiadały więc za 66% masy wszystkich surowców. 

Całkowita produkcja biogazu w Polsce to ponad 600 mln m³ gazu rocznie. Większość to właśnie biogaz produkowany z odpadów rolnych jak wyżej wymienione przykłady. Warto jednak dodać, że Polska ma bardzo duży potencjał produkcyjny biogazu, znajdujemy się bowiem obok Niemiec, Francji, Włoch i Hiszpanii w top 5 w Europie. Szacowany jest on na ponad 4,2 mld m³, czyli ponad 7 razy więcej od obecnej produkcji. Jest to równoznaczne z wciąż gigantycznym potencjałem do użycia wszelkiej maści odpadów jako substratów do produkcji biogazu.

Odpady komunalne a produkcja biogazu

Biogaz komunalny powstaje z kolei z biodegradowalnych odpadów komunalnych. W kontekście możliwości produkcyjnych biogazu komunalnego są one mniejsze od tych biogazu rolniczego, niemniej wpisuje się on w politykę gospodarki odpadami poprzez ich przetwarzanie. Szacuje się, że z jednej tony odpadów biodegradowalnych w Polsce, można uzyskać od 60 do 180 m³ biogazu. Uwzględniając, że w Polsce powstaje ok. 2,4 mln ton bioodpadów rocznie można stwierdzić, że z samych odpadów komunalnych możemy produkować co najmniej 100 mln m³ biogazu rocznie.

Kluczowym zagadnieniem w temacie biogazu komunalnego jest segregacja odpadów. Ważne jest, aby do komory fermentacyjnej nie dostały się zanieczyszczenia jak tworzywa sztuczne, szkło, metale, kamienie, które nie ulegają rozkładowi i w ten sposób wpływając na zmniejszoną efektywność produkcji biogazu. W temacie biogazu komunalnego bardzo pozytywnie należy odbierać wprowadzony w 2022 roku obowiązek segregacji śmieci dla wszystkich gospodarstw domowych, który zagwarantował łatwiejszy dostęp do bioodpadów nie wymagających już dalszej segregacji.

Biogaz z odpadów a gospodarka obiegu zamkniętego

Biogaz z odpadów wpisuje się w politykę gospodarki obiegu zamkniętego, która zakłada minimalizowanie zużycia surowców oraz powstawania odpadów. W branży energetycznej oznacza to użycie odpadów do produkcji energii, np. używając właśnie ich jako substratów do produkcji biogazu. Warto tutaj dodać, że jeśli materia organiczna – w tym przypadku odpady, zostałaby niewykorzystana, rozłożyłaby się i wyemitowała do atmosfery CO₂. Jest to też powód, dla którego biopaliwa są źródłami odnawialnymi i niskoemisyjnymi, bowiem spalanie ich, choć uwalnia CO₂ do atmosfery, to nie zmienia ilości tego związku w środowisku. Rośliny, których szczątki, bądź owoce, zostały na pewnym etapie wykorzystane podczas produkcji biogazu, spożytkują wydzielone poprzez jego spalenie CO₂ podczas swojej fazy wzrostu, tylko po to by ich plony ponownie zostały użyte do jego produkcji, tym samym zamykając cykl.

Podsumowanie

Przestrzeganie modelu gospodarki obiegu zamkniętego powinno stać się głównym celem w dążeniu do osiągnięcia zeroemisyjnego społeczeństwa. Odpady to tak naprawdę główny zasób używany w produkcji biometanu, zaś ich wykorzystanie powinno jak najszybciej osiągnąć maksymalny przewidywany potencjał każdego z państw. Duży nacisk powinien też być kładziony na skuteczność sortowania odpadów komunalnych, w taki sposób gwarantuje się wytwarzanie biogazu najwyższej jakości, tym samym i łatwiejsze osiąganie standardów definiowanych przez możliwy do użycia w instalacjach gazowych biometan.

Źródła: ojs.acad-pub.com, gov.pl, globenergia.pl

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Nova Energia, AGH.
Miłosz Ciurkot