Biogazownia w każdej gminie - czy wystarczy surowca

Tadeusz Michalski - Wieś jutra - 2009-04-02

Tworzenie bazy surowcowej musi być oparte na wielu kryteriach. Wśród nich jako najważniejsze wymienić trzeba: wysokie plonowanie, przystosowanie rośliny energetycznej do warunków siedliska, sprawdzona agrotechnika, łatwość umieszczenia w płodozmianie, praktyczne umiejętności produkcji, opłacalność produkcji, wysoka wydajność metanu z hektara (plon biomasy x wydajność gazu) oraz akceptacja przez społeczeństwo [Michalski 1997].

Realizacja Narodowego Celu Wskaźnikowego (NCW), zakładająca osiągnięcie w 2010 roku ponad 10% energii elektrycznej wyprodukowanej z odnawialnych surowców (OZE), zmusza zakłady energetyczne do poszukiwania źródeł biomasy i planowania inwestycji bioenergetycznych. Metodą, która w ostatnich latach zyskała najwięcej zwolenników jest produkcja energii elektrycznej w generatorach napędzanych biogazem. Surowcem do produkcji biogazu mogą być praktycznie wszystkie substancje organiczne. Najczęściej jednak produkcję opiera się na biomasie roślin energetycznych, gnojowicy lub gnojówce z dużych ferm zwierząt hodowlanych oraz produktach ubocznych z produkcji roślinnej i przemysłu rolno-spożywczego. W zależności od dostępnych surowców zakłada się różne rozwiązania odnośnie rodzajów i ilości biomasy oraz w technice budowy biogazowni.

W 2008 roku powstał program rządowy pt. "Bezpieczna energetyka - Rolnictwo energetyczne", w ramach którego przy współudziale organizacji pozarządowych planuje się zrealizować zadanie: "Biogazownia w każdej gminie". Planuje się do roku 2020 wybudować ponad 25 000 biogazowni, co wg oceny Ministerstwa Gospodarki pozwoli uzyskać moc rzędu 3 tys. MW. Produkcja bioenergii, w tym zwłaszcza biogazu w oparciu o lokalne surowce jest szansą na rozwój i aktywizacje mikroregionów, a także poprawę samozaopatrzenia w energię elektryczną i ciepło. Co więcej, dywersyfikacja źródeł energii i oparcie o mniejsze zakłady wytwórcze zwiększa bezpieczeństwo energetyczne. Potwierdzeniem takiej potrzeby może być sytuacja w województwie zachodniopomorskim w kwietniu 2008, kiedy po zniszczeniu przez wiatr i opady śniegu głównych linii przesyłowych, przez dość długi czas znaczne obszary i 0,5 mln ludzi było pozbawionych energii elektrycznej. Podobna sytuacja powtórzyła się w tym województwie w listopadzie 2008, na szczęście już na mniejszą skalę [Jasina 2008]. Ponadto, w kosztach odbieranej energii coraz większą rolę odgrywają koszty przesyłu, które w przypadku zaopatrywania okolicznych odbiorców powinny się zmniejszyć. Z powyższych względów budowa zakładów zga-zowywania coraz bardziej interesuje społeczności lokalne, w tym samorządy szczebla powiatowego i gminnego.

W związku z ambitnymi planami budowy zakładów zgazowujących w każdej gminie, warto zastanowić się, jaka powinna być wielkość takiej instalacji i poddać analizie możliwości zaopatrzenia surowcowego dla planowanej biogazowi dla przykładowej gminy. Jako wzorzec przyjęto średnią dla gmin Wielkopolski, co w pewnym przybliżeniu może odpowiadać wielkości i warunkom glebowo-klimatycznym gmin środkowo-zachodniej Polski.
Ocena przydatności podstawowych źródeł biomasy

Jak wynika z badań i doświadczeń praktycznych, w warunkach środkowo-zachodniej Europy jako rośliny energetyczne pod uwagę powinny być brane przede wszystkim takie kultury jak: kukurydza kiszonkowa, zboża na kiszonkę z całych roślin (GPS), okopowe korzeniowe, lucerna, trawy łąkowe oraz jako uzupełnienie - rośliny poplonowe. O przydatności surowca decyduje ilość wyprodukowanej biomasy, w tym przede wszystkim plon suchej masy. Wydajność polową i przybliżone koszty produkcji jednostki biomasy ważniejszych roślin, które w Polsce można wykorzystać do produkcji biogazu przedstawiono w tabeli 1. Nakłady ogółem na 1 ha produkcji przyjęto w oparciu o kalkulacje ODR z roku 2007, powiększone o 30%.

Pod względem plonu s.m. najlepsza jest kukurydza, której realne plony wynoszą dziś 120-140 dt/ha, podczas gdy pozostałe ww. rośliny plonują średnio na poziomie 80-110 dt/ha. Z kolei najniższe koszty produkcji zielonki dotyczą traw łąkowych, a najwyższe okopowych korzeniowych. Zależności te przekładają się na koszty produkcji jednostki masy plonu. Najtańszą paszą w przeliczeniu na 1 dt świeżej masy jest trawa z użytków trwałych (ok. 4,5 zł/dt) oraz lucerna, ale przeliczając koszty produkcji na kwintal suchej masy, koszty się wyrównują. Średnie koszty 1 dt s.m. w wysokości 24-25 zł skalkulowano dla traw, lucerny i kukurydzy oraz zbóż zbieranych w dojrzałości mleczno woskowej. Najdroższa jest produkcja 1 dt suchej masy z buraków - powyżej 50 zł (bez uwzględnienia liści). Przewaga kukurydzy zaznacza się wyraźniej, jeśli uwzględni się przewidywane zmiany technologii uprawy (wzrost plonów s.m. o 20-30%), a także plony suchej masy organicznej, która jest właściwym substratem dla produkcji biogazu [Praca zbiorowa 2004].

Praca bakterii fermentacyjnych w fermenterze biogazowni przypomina w dużym stopniu działanie drobnoustrojów w żwa-czu krowy. Na tej podstawie niektórzy specjaliści wskazują, że wartość energetyczna pasz obliczona dla bydła, może być dobrym miernikiem przydatności dla produkcji biogazu. W tabeli 1 przeliczono plony omawianych roślin na wartość energetyczną w gigajoulach (GJ) energii netto laktacji (NEL), która decyduje o wydajności mleka. Koszt produkcji jednego GJ dla powyższego zestawu roślin waha się od 33 do 72 zł. Poniżej 40 zł na 1 GJ kształtują się koszty produkcji kukurydzy oraz biomasy z traw w systemie 3-kośnym. Koszt 1 GJ energii netto biomasy z naturalnych użytków zielonych, lucerny i zbóż ozimych wyniósł 40-45 zł. W granicach 46-56 zł kształtują się ceny produkcji biomasy ze zbóż jarych, wcześnie zbieranego żyta lub koniczyny z trawami. Najdrożej natomiast wypada produkcja energii w biomasie okopowych (tab. 1).
Przedstawiona wyżej kalkulacja wskazuje, że jako podstawowe źródło biomasy powinna być brana pod uwagę przede wszystkim kukurydza. Wydajność metanu uzyskiwana z tej rośliny należy do najwyższych, co wynika zarówno z wielkości uzyskiwanych plonów, ale także wydajności jednostkowej biogazu. Wydajność biogazu z 1 tony kiszonki z kukurydzy najczęściej przyjmowana jest na 200 m3, ale przy wyższych plonach, o niższej koncentracji energii, liczyć się trzeba z nieco mniejszą wydajnością. Dla zielonki z kukurydzy najczęściej uzyskuje się wydajność biogazu rzędu 180 m3/t. Wydajność biogazu z jednostki powierzchni kukurydzy na tle innych roślin użytkowanych do produkcji biogazu przedstawia tabela 2.

W praktyce rolniczej, przy stosowanej aktualnej technologii uprawy, najczęściej przyjmuje się jako typowy plon na poziomie 10-12 t s.m./ha. Przy dzisiejszym doborze odmian dość trudno uzyskać 15 ton s.m. kiszonki z kukurydzy, ale w najbliższym okresie stanie się to w pełni możliwe. Stąd w tabeli 1 przyjęto wydajność dla dwu wariantów produkcji kukurydzy: na potrzeby biogazowni (duży plon biomasy) oraz - typowy dla produkcji wysokoenergetycznych kiszonek dla bydła. Badania naukowe i praktyczne osiągnięcia dotyczące zwiększania plonowania kukurydzy i innych surowców dla biogazowni mają bardzo istotne znaczenie dla ekonomiki przedsięwzięcia. Wysokość i wierność uzyskiwanych plonów decydują bowiem o:

• zapotrzebowaniu na powierzchnię uprawną roślin energetycznych,

• promieniu dowozu surowca i dystrybucji pulpy pofermentacyjnej,<//li>

• logistyce dostaw, metodzie przechowywania i kosztach produkcji surowca.

Potrzeby surowcowe gminnej biogazowi o mocy 0,5-1,0 mwel

Tabela 1. Wydajność i koszty produkcji ważniejszych roślin - źródeł biomasy

Tabela 2. Wydajność biogazu z kukurydzy w porównaniu z innymi roślinami

Tabela 3. Powierzchnia gleb przydatnych do uprawy kukurydzy i innych roślin energetycznych w przykładowej gminie

Tabela 4. Zapotrzebowanie powierzchni dla zaspokojenia potrzeb gminnej 0,5 MWel

---