Innowacje w technologii biogazu ratunkiem dla branży?

Ekonomiczny pesymizm biogazowni rolniczych.

Sygnały dochodzące z rynku energii odnawialnej, w szczególności branży biogazu, wskazują, iż wśród operatorów, właścicieli oraz inwestorów biogazowni dominuje coraz większy pesymizm.

Trudno się temu nie dziwić, biorąc pod uwagę niepewność czynników ekonomicznych takich jak nieznane jeszcze warunki funkcjonowania „aukcji energetycznych”- dla nowych biogazowni, oraz utrzymująca się nadpodaż „zielonych” świadectw pochodzenia, wpływająca na ekonomikę biogazowni istniejących.

Nie można również przemilczeć kilku krytycznych słów, które pojawiły się w portalach i prasie branżowej, mówiących o nieudolnym realizowaniu, przyjętego swego czasu przez Radę Ministrów, Programu Rozwoju Biogazowni Rolniczych w Polsce, który na rynku funkcjonuje pod nazwą „biogazownia w każdej gminie”.

Z jednej strony można zrozumieć ten pesymizm i oczekiwanie wprowadzenia bardziej korzystnych rozwiązań systemowych, w tym systemu wsparcia, z drugiej zaś strony niepokojącym zjawiskiem jest utrata chęci poszukiwania alternatywnych rozwiązań oraz innowacji technologicznych. Czy zatem zostaje nam jedynie narzekanie?

Możliwość zmiany czynników ekonomicznych

Na dochodowość przedsięwzięć ma wpływ wiele różnych czynników, niejednokrotnie nie dających się prosto zdiagnozować. Możemy jednak pogrupować je w tzw. agregaty. Doświadczenia, w budowie i prowadzeniu instalacji biogazownych na terenie Polski, jak i za granicą pozwoliło autorom wyodrębnić te czynniki, które w najwyższym stopniu wpływają na wyniki ekonomiczne instalacji:

  • nakłady inwestycyjne;
  • wydajność fermentacji;
  • koszty eksploatacyjne;
  • cena i gazodochodowość substratów;
Czynniki ekonomiczne

Jakie czynniki mają wpływ na ekonomikę?

Jak wpłynąć na zmianę określonych powyżej czynników? Jak dokonać optymalizacji? Odpowiedź na to pytanie wymaga, nie tylko dokonania audytu istniejącej instalacji, czy weryfikacji założeń projektowych, ale przede wszystkim znacznie przekroczyłaby ramy magazynu, przybierając formę dysertacji naukowej. Na potrzeby niniejszego artykułu proponujemy skupienie się na dwóch sprawach: cenie instalacji oraz możliwości stosowania substratów o wysokiej zawartości lignocelulozy.

Tanie biogazownie rolnicze

Dla każdego inwestora nakłady inwestycyjne są czynnikiem decydującym o rozpoczęciu procesu budowy instalacji. Dla inwestora ważne są nie tylko źródła finansowania inwestycji, ale przede wszystkim ich wartość. W ciągu ostatnich lat obserwowany był spadek ceny instalacji. Trzeba przyznać, iż rynkowa cena biogazowni powoli zbliża się do nakładów ponoszonych przez potentata na rynku polskich biogazowni – Poldanor SA.. Oferta budowy referencyjnej biogazowni o mocy 1MWe na poziomie ~ 2,6 mln €, wpływa na polepszenie wskaźników efektywności ekonomicznej. Czy taka cena jest możliwa do osiągnięcia? Doświadczenie autorów jednoznacznie wskazuje, iż jest to możliwe. Zastosowanie innowacyjnych rozwiązań technologicznych pozwala na optymalizację nakładów inwestycyjnych.

Jeśli zgodzimy się z tezą, iż fermentacja metanowa jest naturalnym procesem, występującym w przyrodzie, a biogazownia to zespół urządzeń, które taki proces odwzorowuje, to najważniejszym zadaniem dla technologów jest wykorzystanie jak najprostszych rozwiązań. Proste rozwiązania oraz nierozbudowywanie systemów biogazowni pozwalają na utrzymanie ceny instalacji na niskim poziomie.

Wykorzystywanie dostępnych i tanich substratów

Stosowane powszechnie projekty biogazowni oparte na kofermentacji gnojowicy i kiszonki kukurydzianej są mało rentowne, a niekiedy całkowicie nie rentowne. Niestety, należy się spodziewać, iż ta sytuacja nie zmieni się w przyszłości.

Jaki jest powód braku rentowności? Analiza kilkudziesięciu instalacji pozwoliła potwierdzić, iż koszt pozyskania substratów oraz ilość uzyskanego z nich biogazu, nie jest pokryta przez przychody ze sprzedaży energii.

Zatem, czy jest możliwe zwiększenie wydajności stosowanego wsadu, czy możemy mieć wpływ na koszt pozyskiwania biomasy? Z całą pewnością, możliwe jest zwiększenie uzysku biogazu z większości stosowanych substratów, jak również możliwe jest wykorzystanie innej, do tej pory nie wykorzystywanej, biomasy.

Uruchomiona niedawno instalacja wstępnego przygotowania substratu, przy jednej z funkcjonujących biogazowni, wykorzystuje proces obróbki mechaniczno-fizycznej, zwanej steam explosion. Opisywany proces powoduje degradację ścian komórkowych biomasy, umożliwiając stosowanie, do produkcji biogazu, substratów z dużą zawartością materiałów lingocelulozowych. Wśród takich substratów możemy wymienić chociażby słomę kukurydzianą, zbożową czy trawy. Nie trzeba tłumaczyć, iż wykorzystanie biomasy z lignocelulozą było dotychczas utrudnione lub wręcz niemożliwe. Uciążliwość fermentacji wynika z faktu, iż okres całkowitej fermentacji takich substratów wymagałby ponad rocznego czasu retencji, co jest możliwe tylko przy bardzo dużej pojemności czynnej zbiorników. Skrócenie okresu fermentacji jest możliwe poprzez zastosowanie technologii obróbki wstępnej wsadu. Na rynku dostępnych jest wiele metod obróbki biomasy, aczkolwiek większość z nich wymaga zużycia większej energii, niż uzyskana energia wyprodukowanego, z ich pomocą, biogazu.

Substrat poddany działaniu steam explosion

Substrat poddany działaniu steam explosion

Opisywana technologia Steam explosion jest metodą, wybraną przez autorów, stosowaną z powodzeniem od dłuższego czasu w przemyśle papierniczym, niestety do tej pory nie stosowaną w produkcji biogazu. Metoda obróbki substratów poddawana była analizom, w skali laboratoryjnej, w wielu opcjach i z różnymi skutkami, jednakże prawidłowo dobrane parametry i czynniki tego procesu potwierdzają, iż możliwe jest uzyskanie wysokiej produkcji biogazu.

Słoma poddana procesowi steam explosion pozwala na uzyskanie do 600 m3 biogazu z 1 tony suchej słomy, (o zawartości 85 % s.m.)     

 

Na czym polega steam explosion?

Proces obróbki polega na poddaniu substratu działaniu wysokiej temperatury w połączeniu z wysokim ciśnieniem, a następnie doprowadzenie do natychmiastowego spadku ciśnienia. Słoma jest podgrzana do temperatury ~160 – 180°C, w ciśnieniu około 20 bar, następnie po 10 – 20 minutach obróbki, następuje natychmiastowe jej rozprężenieW wyniku procesów fizycznych uzyskujemy  efekt  steam explosion. Brzmi to bardzo prosto, ale nie jest to proces łatwy.

Instalacja steam explosion

Instalacja steam explosion

W chwili obecnej wskazana instalacja pracuje około roku, osiągając efekty identyczne, do uzyskiwanych w skali laboratoryjnej. Biogazownia produkuje 600 m3 biogazu z 1 tony słomy, co potwierdza prawidłowość przyjętych założeń technologicznych.

Nie trzeba udowadniać, iż słoma jest znacznie tańszym substratem, niż kiszonka kukurydziana i właśnie taki rodzaj wsadu jest dzisiaj potrzebny biogazowniom, aby poprawić ich ekonomikę.

Ponadto Słoma może być nazywana substratem drugiej generacji: nie ona jest źródłem pożywienia dla ludzi i zwierząt, na światowych polach rocznie dostępnych są miliony ton tej biomasy, praktycznie nie wykorzystywanych w żadnym celu, a wręcz czasami spalanych na polach – powodując degradację środowiska poprzez emisję CO2 do atmosfery.

Powinniśmy pozyskiwać te wolne zasoby biomasy i stosować je w biogazowniach. Następnie, już jako pozostałość z procesu, bogatą w NPK, wykorzystywać do nawożenia upraw rolniczych, oddając substancje organiczne naturze.

Dlaczego biomasa drugiej generacji? Ponieważ powinniśmy stosować rozwiązania innowacyjne i odpowiedzialne, dobre dla środowiska naturalnego, ale i uzasadnione ekonomicznie. Druga generacja biomasy jest jedynym właściwym kierunkiem produkcji energii. Ważne jest, iż autorzy nie mają na myśli jedynie słomy zbożowej, ale wszelkie rodzaje słomy dostępne na rynku, również z produkcji kukurydzy.

Opisany proces uzdatniania biomasy pozwala na znaczna redukcję nakładów inwestycyjnych na biogazownię, pozwala na: skrócenie czasu retencji, zmniejszenie pojemności czynnej fermentorów (prawie o 50%), pozwala na stosowanie tańszych rozwiązań technologicznych. Nie bez znaczenia jest również, iż poddany obróbce wsad pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacji instalacji.

Zatem, powracając do pytania postawionego we wstępnie, aby polepszyć ekonomikę biogazowni nie musimy tylko narzekać. Możemy stosować innowacyjne rozwiązania technologiczne.

Brak komentarzy

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.