CZYNNIKI ROZWOJU TRANSPORTU MIEJSKIEGO ZASILANEGO BIOMETANEM

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 98 Transport 2013 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ó towski Instytut Transportu Samochodowego w Warszawie CZYNNIKI ROZWOJU TRANSPORTU MIEJSKIEGO ZASILANEGO BIOMETANEM R kopis dostarczono, maj 2013 Streszczenie: W artykule przedstawiono mo liwo ci produkcji biometanu jako paliwa transportowego przeznaczonego do autobusów eksploatowanych w polskich miastach, a tak e uwarunkowania do jego szerszego wykorzystania jako paliwa do zasilania autobusów komunikacji miejskiej na wzór wybranych szwedzkich miast wraz z nakre leniem systemów wsparcia dla biometanu w krajach europejskich. Zaprezentowano perspektywy wykorzystania biometanu w transporcie miejskim w odniesieniu do istniej cego stanu floty miejskich autobusów gazowych zasilanych CNG oraz istniej cej infrastruktury CNG. S owa kluczowe: biometan, CNG, paliwa gazowe 1. WST P Wyczerpywanie si zasobów kopalnych róde energii, a co za tym idzie wzrost cen paliw konwencjonalnych takich jak benzyna czy olej nap dowy, bezpiecze stwo energetyczne oraz uzale nienie od importu paliw, jak równie pogarszaj cy si stan rodowiska i efekt cieplarniany powoduj, e powstaje coraz wi cej nowych technologii wykorzystuj cych odnawialne ród a energii. W perspektywie rednio- i d ugookresowej niezb dne s istotne zmiany dotycz ce rodków transportu w zakresie zapewnienia zrównowa onej mobilno ci, natomiast w horyzoncie krótkookresowym rozwi zaniem mo e by wdra anie biopaliw, w tym biogazu oczyszczonego do postaci biometanu, oraz odnawialnych paliw alternatywnych. Biometan mo e by otrzymywany z odpadowej masy organicznej. Dyrektywa 2009/28/WE wskazuje na korzy ci zwi zane z wykorzystaniem odpadów do produkcji paliw transportowych, celem dekarbonizacji sektora energetycznego i zobowi zuje pa stwa cz onkowskie UE do stosowania paliw odnawialnych. Surowy biogaz jest mieszanin metanu (ok. 65%), ditlenku w gla (ok. 35%) a tak e innych substancji ladowych. Biogaz jest wytwarzany przez mikroorganizmy z materii organicznej w wyniku fermentacji metanowej w warunkach beztlenowych. Jak wspomniano powy ej najbardziej odpowiednimi substratami do pozyskiwania biogazu s

2 176 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ó towski odpady rolnicze (biomasa), odpady komunalne z wysypisk, organiczne odpady przemys owe oraz osad ciekowy z oczyszczalni cieków [2]. Spr ony gaz ziemny (Compressed Natural Gas CNG) ju obecnie jest paliwem wykorzystywanym w transporcie i rozpowszechnionym na wiecie, szczególnie w pa stwach Ameryki Po udniowej i pa stwach azjatyckich. Doskona ym substytutem stosowanego w transporcie spr onego gazu ziemnego CNG jest uszlachetniony biogaz, czyli biometan pochodz cy z odnawialnych róde energii. ród a te wykorzystywane s w biogazowniach rolniczych, biogazowniach przy wysypiskach odpadów komunalnych, a tak e biogazowniach w oczyszczalniach cieków. Bazuj one na substratach, jakimi s odpady rolnicze i z hodowli, odpady komunalne, a tak e cieki komunalne. Na rynku pojawiaj si równie biogazownie wykorzystuj ce mieszany surowiec. Silniki spalinowe zasilane biometanem charakteryzuj si ni sz emisj zanieczyszcze oraz gazów cieplarnianych od silników o zap onie samoczynnym. 2. CNG JAKO PALIWO TRANSPORTOWE W POLSCE 2.1. INFRASTRUKTURA AUTOBUSÓW MIEJSKICH ZASILANYCH CNG W Polsce nie istnieje adna instalacja oczyszczaj ca biogaz do jako ci gazu ziemnego (biometanu). Jednak z uwagi na: - wysoki potencja produkcji biogazu (biometanu) w Polsce, - pr nie rozwijaj c si infrastruktur instalacji biogazowych przy oczyszczalniach cieków i wysypiskach odpadów komunalnych i przemys owych, - dobrze rozwini t infrastruktur ruroci gów gazowych, - to, e ponad 10 polskich miast wykorzystuj cych w swoich flotach komunikacji miejskiej co najmniej 10 autobusów zasilanych spr onym gazem ziemnym (CNG), - mo liwo stosowania biometanu w autobusach przystosowanych do zasilania CNG bez konieczno ci wprowadzania modyfikacji w tych pojazdach, Zasadnym wydaje si budowa tego typu instalacji i stosowanie biometanu do zasilania pojazdów komunikacji miejskiej. Ca a flota pojazdów zasilanych CNG, eksploatowana dzi w Polsce, mog aby by zasilana biometanem [10]. Obecnie w 18 polskich miastach i u 21 przewo ników eksploatowanych jest oko o 306 autobusów miejskich zasilanych CNG [10]. Tym samym, CNG to najpopularniejsze paliwo stanowi ce alternatyw dla oleju nap dowego stosowane do zasilania autobusów. Aktualnie (pa dziernik 2012) najwi ksz liczb autobusów CNG eksploatuje PKM Tychy 47 sztuk. Na kolejnych miejscach s MPK Rzeszów 40 sztuk oraz MPK Radom 38 sztuk [10]. Trzy pierwsze miasta eksploatuj cznie 1/3 polskich autobusów CNG. Na rysunku 1 przedstawiono map Polski, na której oznaczono miasta z najwi ksz ilo ci autobusów zasilanych CNG.

3 Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem 177 Rys. 1. Polskie miasta eksploatuj ce najwi ksz ilo autobusów zasilanych CNG [3] Wszystkie eksploatowane w Polsce autobusy miejskie zasilane spr onym gazem ziemnym (CNG), mog by zasilane tak e oczyszczonym biogazem (biometanem), bez konieczno ci dokonywania zmian w budowie uk adu nap dowego pojazdu. Potencja do produkcji biogazu w Polsce jest wystarczaj cy do zasilania flot autobusów w ka dym z polskich miast. Liczba biogazowni w Polsce pod koniec marca bie cego roku wynosi a 207 instalacji, i wci ro nie [7]. W kraju biogaz jest u ywany tylko do produkcji ciep a i energii elektrycznej. Autorzy artyku u oszacowali, e w przypadku powstania w Polsce instalacji do oczyszczania biogazu do jako ci biometanu i przy wykorzystaniu potencja u istniej cej infrastruktury instalacji biogazowych rolniczych, wysypiskowych i przy oczyszczalniach cieków, wiele z polskich miast b dzie mia o zapewnion wystarczaj c ilo paliwa biometanowego do zasilania istniej cej infrastruktury autobusowej. Aktualnie ( ) najwi kszym potencja em w dziedzinie mo liwo ci wykorzystania biogazu jako paliwa silnikowego charakteryzuj si nast puj ce miasta: Tychy,

4 178 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ó towski Wa brzych, Gdynia i S upsk. W Tychach, gdzie aktualnie eksploatowanych jest 47 autobusów zasilanych CNG, przy istniej cej infrastrukturze do produkcji biogazu mo na by zasili biometanem a 92 autobusy. W Wa brzychu, po którego ulicach je dzi 26 * autobusów zasilanych CNG, biometanu starczy oby do zasilenia a 111 autobusów. Równie S upsk, gdzie eksploatowanych jest 10 autobusów zasilanych CNG, charakteryzuje si du ym potencja em oko o 78 autobusów mog oby by w pe ni zasilanych biometanem. Najlepszym uwarunkowaniem w tym wzgl dzie charakteryzuje si Gdynia, po której ulicach je dzi 14 autobusów zasilanych CNG. Infrastruktura do produkcji biogazu, znajduj ca si w najbli szej okolicy tego miasta, zapewni aby mo liwo zasilenia biometanem a 265 autobusów [3, 10] INFRASTRUKTURA CNG DO ZASILANIA AUTOBUSÓW MIEJSKICH Wed ug stanu na koniec stycznia 2013 roku w Polsce istnieje 24 ogólnodost pnych stacji CNG. Rozmieszczenie stacji CNG na obszarze Polski jest nierównomierne najwi ksza koncentracja wyst puje w Polsce po udniowo-wchodniej oraz po udniowozachodniej. Sie stacji na pó nocy i w centrum kraju jest stosunkowo s abo rozwini ta [8]. Stacje tankowania CNG s zlokalizowane w pobli u dróg krajowych, z czego oko o 20% znajduje si bezpo rednio przy drogach krajowych. Praktycznie adna ze stacji nie jest zlokalizowana bezpo rednio przy drogach ekspresowych lub autostradzie. Istniej ca obecnie w Polsce infrastruktura w zakresie stacji tankowania CNG jest niewystarczaj ca, a braki w dost pno ci paliwa stanowi jedn z kluczowych barier rozwojowych dla rynku NGV i wzrostu zapotrzebowania na CNG. Dla uzyskania 10% udzia u w rynku paliw dla pojazdów pasa erskich niezb dne jest zapewnienie mo liwo ci tankowania CNG na co czwartej stacji paliw Polsce. Wzrost dost pno ci CNG mo e nast pi poprzez wprowadzenie tego paliwa do oferty istniej cych stacji paliw (np. sprzeda CNG odbywa si na niektórych stacjach paliw w Niemczech nale cych do Polskiego Koncernu Naftowego Orlen) [1]. Szanse na popularyzacj CNG budzi przyj ta w 2010 roku Strategia dzia ania GK PGNiG w zakresie rozwoju rynku gazu ziemnego do nap du pojazdów (CNG). Wybrana opcja strategiczna zak ada zaanga owanie firmy w rozwój rynku CNG w Polsce poprzedzone dzia aniami na rzecz zmiany otoczenia regulacyjnego oraz akcje promocyjne na rzecz CNG. W przypadku, gdy nie powiedzie si projekt regulacyjny, PGNiG rozpocznie wycofywanie si z rynku lub utrzyma jego stan obecny. Zamkni ciu ulegn najmniej rentowne stacje. Nie jest to zbyt optymistyczne rozwi zanie, ale daje szanse na wykorzystanie wytwarzanego w biogazowniach metanu i oczyszczenia go do jako ci CNG. Warunkiem przydatno ci produkowanego przez biogazownie metanu b dzie ich lokalizacja. Sukces odnios instalacje b d ce w pobli u wi kszych miast oraz szlaków komunikacyjnych. * Wobec przekszta ce w asno ciowych komunikacji miejskiej w Wa brzychu warto ta mo e ulec zmianie.

5 Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem BIOMETAN JAKO PALIWO TRANSPORTOWE W EUROPIE Doskona ym przyk adem dla Polski i innych krajów Europejskich w zakresie wykorzystania biogazu (biometanu) jako paliwa transportowego jest Szwecja. W tym pa stwie biometan z sukcesem stosowany jest w transporcie publicznym jako paliwo, mi dzy innymi do zasilania silników autobusów komunikacji miejskiej. Wyznaczonym celem dla stolicy Szwecji Sztokholmu w zakresie stosowania odnawialnych róde energii (OZE) by o zorganizowanie 40% floty autobusowej zasilanej paliwami z odnawialnych róde energii w 2010 roku, a w 2011 roku 50%. Zgodnie z prognozami, w 2025 roku w Sztokholmie ca a flota autobusów miejskich zasilana b dzie wy cznie tzw. paliwami odnawialnymi (biometan, biodiesel, bioetanol) [6]. Biogaz w Sztokholmie jest produkowany w trzech oczyszczalniach cieków, które wytwarzaj oko o 8 mln Nm 3 biogazu rocznie [5]. Biogaz jest transportowany g ównie w butlach przez butlowozy, z powodu braku sieci gazowej. Odpowiednie wyposa enie do tankowania biometanu jest dost pne w kilku sztokholmskich zajezdniach. W 2013 roku w mie cie b dzie je dzi o oko o 230 autobusów nap dzanych biometanem [6]. W Örebro wszystkie 61 autobusów kursuj cych w tym mie cie jest nap dzanych biogazem (biometanem). Te pojazdy zu ywaj ok. 6 mln Nm 3 biogazu (biometanu) rocznie, a dzienne zu ycie paliwa tych autobusów to oko o ( ) Nm 3. Oznacza to, e roczne zapotrzebowanie na substrat do produkcji biogazu w tym mie cie dla autobusów komunikacji miejskiej jest oko o Mg [4]. Substrat dostarczany jest przez dwa zak ady - miejsk oczyszczalni cieków o mocy przerobowej 1,5 mln Nm 3 i biogazowni "Swedish Biogas" o mocy przerobowej 6 mln Nm 3. W zwi zku z wprowadzeniem autobusów zasilanych biometanem w mie cie Örebro, odnotowano znaczn redukcj emisji gazów cieplarnianych i zwi zków toksycznych. Roczna redukcja emisji CO 2 zosta a zanotowana na poziomie Mg, NOx - 21 Mg, SOx - 4 Mg i PM - 2 Mg [4] SYSTEMY WSPARCIA DLA BIOMETANU W KRAJACH EUROPEJSKICH Wiele rozwi za stymuluj cych w skali kraju oraz wspieranie przez w adze regionalne staj si coraz bardziej popularne i zaliczamy do nich [9]: - system zielonych certyfikatów, - zach ty finansowe do budowy infrastruktury niezb dnej do wt aczania biometanu do sieci, - ró ne zach ty uzale nione od rodzaju surowca u ytego do produkcji biogazu, - zach ty do produkcji biogazu z odpadów rolniczych, - wsparcie bada naukowych nad biogazem, - dotacje bezpo rednio dla producentów biogazu, - zwolnienie biogazu z opodatkowania.

6 180 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ó towski Niektórzy europejscy operatorzy gazu byli niech tni polityce wspierania produkcji biogazu ze wzgl du na stosunkow ma zdolno produkcji i du e koszty inwestycyjne. Dodatkowo, istniej cy system zielonych certyfikatów promuje stosowanie biogazu do produkcji energii elektrycznej i ciep a. Obecnie prowadzona przez Uni Europejsk polityka walki z emisj CO 2 po czona z zapewnieniem wt aczania biometanu do gazoci gów, pomog w pe ni wykorzysta potencja zastosowania ekologicznego biogazu na europejskim rynku gazowniczym. Ten wypracowany wzór pozwoli wykaza w skali wiata dla przemys u gazu ziemnego, rz dów i urz dów regulacyjnych potencja i mo liwo ci wykorzystania biogazu i biometanu i to w niedalekiej przysz o ci. Nale y podkre li, e biometan jest paliwem o ma ej emisji CO 2 w przypadku zastosowania w pojazdach zasilanych gazem ziemnym w tzw. cyklu od ród a do ko a WTW (Well-to-Wheel). Zmniejszenia emisji CO 2 powinno by dla uczestników rynku oraz pa stwa wystarczaj c zach t do wprowadzenia dodatkowych zach t wykorzystania biometanu w sektorze transportu [9]. 4. WNIOSKI Biogaz produkowany w oczyszczalniach cieków, na wysypiskach odpadów i biogazowniach rolniczych, oczyszczony do jako ci gazu ziemnego, czyli biometanu stanowi biopaliwo b d ce substytutem gazu ziemnego w silnikach spalinowych i nie tylko. Du y potencja produkcyjny oczyszczonego biogazu oraz jego dobre w a ciwo ci stanowi o op acalno ci produkcji. Wykorzystanie biometanu jako paliwa silnikowego, poza bezpo rednimi efektami komercyjnego wykorzystania biometanu jako paliwa, odznacza si równie znacznymi korzy ciami dla rodowiska. Silniki spalinowe zasilane biometanem, w porównaniu do silników zasilanych olejem nap dowym, charakteryzuj si ni szym poziomem emisji zanieczyszcze takich jak cz stki sta e i wielopier cieniowe w glowodory aromatyczne, oraz ni szym nat eniem ha asu. Stanowi to szczególnie istotn kwesti w przypadku zastosowania go jako paliwa w komunikacji miejskiej. Obecna polityka promuje biogaz do produkcji energii elektrycznej i ciep a. Chc c zmieni t sytuacj potrzebne b d wielop aszczyznowe dzia ania rz du. Rozwój technologii produkcji biometanu stosowanego w transporcie drogowym jest wa nym czynnikiem warunkuj cym rozwój biogazowni rolniczych oraz odpowiednie wykorzystywanie surowców i odpadów rolniczych. Biogaz (biometan) mo e by równie wykorzystywany przez silniki spalinowe w zastosowaniach rolniczych. wiatowe do wiadczania (m. in. skandynawskie, niemieckie czy ameryka skie) jasno pokazuj wielki potencja tej technologii. Liderem w zakresie produkcji biogazu, jako paliwa transportowego jest niew tpliwie Szwecja, gdzie autobusy komunikacji miejskiej w Sztokholmie, Örebro i innych miastach (ich liczba si ga ok autobusów) s nap dzane bardzo cz sto paliwami pochodz cymi ze róde odnawialnych, w tym biometanem. Szwedzkie rozwi zania s wietnym wzorem do na ladowania dla innych pa stw europejskich, mi dzy innymi dla Polski, która dopiero rozpoczyna swoj drog w wykorzystywaniu biometanu jako paliwa transportowego.

7 Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem 181 Zainteresowanie oczyszczonym biogazem i jego produkcj w Polsce i Unii Europejskiej wzrasta, z uwagi na mo liwo ci utylizacji odpadów komunalnych, osadu ciekowego i odpadów rolniczych, jak równie ze wzgl du na realizacj wytycznych Dyrektywy 2009/28/EC w sprawie promowania stosowania energii ze róde odnawialnych. Bibliografia 1. Biernat K. Gis W., Grzelak P., ó towski A.: Analysis of the biomethane didtribution possibilities in Poland, COMBUSTION ENGINES (SILNIKI SPALINOWE), No. 1/2012 (148), PTNSS-2012-SS1-123, Bielsko-Bia a Biernat K., Dzio ak P.L., Gis. W., ó towski A.: The Baltic Biogas Foresight: Desk study on wider range of biogas production options and experiences including production potential scenarios for the Baltic Sea Region, Final Report in WP4 Securing biogas supply in Baltic Biogas Bus project, September Boche ska A., Gis W., Grzelak P., ó towski A., Analiza mo liwo ci zasilania biometanem autobusów komunikacji miejskiej w Polsce, Sprawozdanie z realizacji pracy statutowej nr 6228/CO, Instytut Transportu Samochodowego, stycze Gis W., Wa kiewicz J., ó towski A.: Examples of strategy use of biogas in public transportation, Seminarium projektu Baltic Biogas Bus, Wa brzych, wrzesie Hallgren L.: Biogas in Stockholm Public Transport strategies & policies, Conference Biogas as vehicle fuel, Saint-Petersburg, Russia, November Hallgren L.: The introduction of biogas buses in Stockholm, Baltic Biogas Bus Seminar, St. Petersburg, Russia, October Mapa Odnawialnych róde Energii, przygotowana przez Urz d Regulacji Energetyki, aktualizacja na 31 marca 2012: Mapa stacji CNG w Polsce, stycze Wdro enie biometanu dla europejskich pojazdów zasilanych gazem ziemnym, opinia doktora Jeffrey'a M. Seisler'a, prezesa Clean Fuels Consulting: Ju czas na po czenie europejskiej polityki na rzecz biopaliw z potencja em rynku pojazdów zasilanych gazem ziemnym (NGV), , ngvglobal.com Wykaz autobusów na CNG w Polsce, pa dziernik DEVELOPMENT FACTORS OF CITY TRANSPORT POWERED BY BIOMETHANE Summary: The paper presents the possibility of biomethane production as a transport fuel for buses in Polish cities, as well as the conditions for its wider use as a vehicle fuel on the example of selected Swedish cities with an indication of support systems for biomethane in European countries. There were presented the opportunities for use the biomethane in urban transport concerning the existing fleet of CNG city buses and existing CNG infrastructure. There were also conducted an assessment of the benefits, especially the environmental ones, of use of gaseous fuels for these applications. Keywords: biomethane, CNG, gas fuels