W ciągu niespełna 3 lat musiałyby powstać instalacje o mocy 750 MW, czyli łącznie od 750 do 800 biogazowni rolniczych. Te liczby są nieosiągalne w tak krótkim czasie. W końcu roku 2019 w Polsce funkcjonowało 310 biogazowni, w tym tylko 120 biogazowni rolniczych o łącznej mocy elektrycznej 101,3 MW.

Rozwiązaniem problemu „produkcja żywności czy energii” może być wykorzystanie w procesie fermentacji metanowej różnego rodzaju odpadów z przemysłu rolno-spożywczego. Obecnie na całym świecie obserwuje się wzrost wykorzystania tego rodzaju odpadów na cele energetyczne, a jednym ze światowych liderów tego trendu jest Polska. Tragicznie niski stopień finansowania sektora OZE w latach 2013–2016 przyczynił się do rozwoju polskich technologii, które zdolne są do fermentacji niezwykle szerokiej gamy substratów – różnej biomasy rolniczej oraz odpadów organicznych.

Do odpadów z przemysłu rolno-spożywczego zalicza się przede wszystkim odpady z przetwórstwa żywności, cukrowni, rzeźni i ubojni, gorzelni, browarów, mleczarni oraz przeterminowaną żywność. Wielką wartość energetyczną mają też odpady kuchenne, ale nie wolno ich używać w biogazowniach rolniczych (traci się wówczas status instalacji „rolniczej”). Wzbogacone mogą być przez występujące w ilościach ponad 100 mln ton rocznie produkty uboczne z produkcji rolniczej, jak gnojowica, obornik, słomy zbóż, rzepaku i kukurydzy.

Substraty te charakteryzują się korzystnym stosunkiem wydajności produkcji biogazu do kosztów pozyskania, często zapewniając lepszą efektywność ekonomiczną. Biogazownie rolnicze mogą kupić ten materiał w relatywnie niskiej cenie, a w przypadku umiejscowienia instalacji przy zakładzie produkcyjnym, nie ponoszą żadnych kosztów zakupu. Wartym podkreślenia jest również fakt, że omawiane powyżej substraty mieszczą się w definicji biomasy, dzięki czemu mogą być legalnie przetwarzane w biogazowniach rolniczych.

Kiszonka z kukurydzy wydajnym źródłem biogazu

Jednym z substratów najpowszechniej stosowanych w instalacjach biogazowych w Europie Centralnej i Wschodniej jest kiszonka z kukurydzy. W roku 2017 do produkcji biogazu wykorzystano ok. 540 tys. ton kiszonki. Typowa biogazownia o mocy 1 MW energii elektrycznej dziennie zużywa 70–80 ton substratu z kukurydzy.

Po to, by biogazownia mogła skutecznie pracować, wymagana jest uprawa kukurydzy na areale przekraczającym 450 ha. Chociaż produkcja biogazu z kiszonki kukurydzy jest bardzo opłacalna ekonomicznie, to – biorąc pod uwagę zagrożenie gleby brakiem zmienności upraw i w konsekwencji jej wyjałowienie i narażenie na choroby – nie zaleca się monokultury upraw. Trudno także pogodzić przeznaczenie dużych areałów ziemi na uprawę kukurydzy w celach energetycznych, kiedy jest ona zużywana przez zwierzęta oraz ludzi.

Gnojowica – najczęściej wybierany przez producentów substrat do produkcji biogazu

Obok kukurydzy najczęściej wykorzystywanym substratem w Polsce w instalacjach biogazowych była gnojowica, której zużyto ok. 720 tys. ton w 2017 roku. Odpady po produkcji zwierzęcej są mokre, więc zagrożenie unieruchomieniem pomp w instalacji biogazowej, która dopuszcza w materiale stosowanym jako wsad energetyczny jedynie ok. 17 procent masy suchej, jest niewielkie. Wszelkie przestoje spowodowane zatykaniem się pomp w instalacji prowadzą do mniejszej produkcji biogazu i strat ekonomicznych.

Innymi bardzo popularnymi substratami stosowanymi jako wsad w polskich biogazowniach są pozostałości z owoców i warzyw (ok. 500 tys. ton rocznie) oraz wywar gorzelniany (ok. 450 tys. ton rocznie). Są to substraty o wysokim potencjale energetycznym i, jeśli instalacja znajduje się blisko źródła ich wytwarzania, mogą być także relatywnie tanie, co znacząco podnosi opłacalność biogazowni.

Poszukiwane odpady dające szybki uzysk biogazu

Substraty te charakteryzują się szybkim tempem rozkładu i dużą zawartością łatwo rozkładalnych substancji. Może się to przyczynić do skrócenia hydraulicznego czasu retencji w reaktorze (do nawet 12–15 dni), a w konsekwencji do intensywnego zakwaszenia i zatrzymania produkcji biogazu. W typowej instalacji biogazowej spadek pH poniżej poziomu 6,8 oznacza w praktyce zakwaszenie fermentora i zatrzymanie produkcji metanu – nawet na wiele dni. Konieczne jest w tym przypadku odpowiednie przebadanie pod kątem dynamiki produkcji biogazu oraz parametrów fizykochemicznych danego substratu w specjalistycznym laboratorium oraz odpowiednia obsługa i nadzór technologiczny instalacji.

Każda biogazownia wymaga odpowiedniej ilości gnojowicy lub innego paliwa ekologicznego, by wytworzyć opłacalną ilość biogazu:

Uzysk biogazu (w m3/tonę substratu):

• ziarno żyta – ok. 600 m3/t
• otręby zboża – ok. 550 m3/t
• kiszonka kukurydzy – ok. 190 m3/t
• zielonka traw – ok. 180 m3/t
• kiszonka buraka – ok. 170 m3/t
• suche odpady kurze 45% – ok. 160 m3/t
• obornik bydlęcy – ok. 60 m3/t
• wywar gorzelniany (zboże) – ok. 50 m3/t
• gnojowica świńska 8% – ok. 30 m3/t
• gnojowica świńska 4% – ok. ok. 15 m3/t
• gnojowica bydlęca – ok. 20 m3/t

Odpadem w biogazowni jest tzw. poferment, który można wykorzystać jako nawóz, który jest dużo skuteczniejszy niż obornik czy gnojowica. Stosowanie pofermentu jako nawozu pozwala na zwiększenie plonów nawet o 20%. 80% zawartego w pofermencie azotu to azot amonowy, a nie – jak w przypadku nawozów sztucznych – azot azotanowy. Problemem może jednak być przenawożenie gleb (może wystąpić konieczność transportu pofermentu do miejsc o deficycie nawozowym). Ograniczenia w rolniczym wykorzystaniu pofermentu mogą wystąpić ze względu na czasowe zamarzanie gruntu lub jego pokrycie śniegiem.

Dowiedz się więcej!

Jaki potencjał energetyczny mają odpady rolno-spożywcze?

Cały artykuł przeczytaj TUTAJ

Tomasz Kodłubański