Najnowsze osiągnięcia z zakresu OZE wraz z przedstawieniem barier we wdrażaniu wyników badań do praktyki gospodarczej oraz sugestiami ich rozwiązań

Transkrypt

1 Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Najnowsze osiągnięcia z zakresu OZE wraz z przedstawieniem barier we wdrażaniu wyników badań do praktyki gospodarczej oraz sugestiami ich rozwiązań Koszalin, ul. Jana z Kolna 38 Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne In ynierów i Techników Rolnictwa Zarz¹d G³ówny w Warszawie

2 Praca zbiorowa Najnowsze osi¹gniêcia z zakresu OZE wraz z przedstawieniem barier we wdra aniu wyników badañ do praktyki gospodarczej oraz sugestiami ich rozwi¹zañ Koszalin 2012

3 Publikacja wydana w ramach projektu pt. Upowszechnienie badañ na temat odnawialnych Ÿróde³ energii oraz wsparcie ochrona w³asnoœci intelektualnej z tego obszaru. Projekt realizowany w ramach Dzia³ania 4.2 Programu Operacyjnego Kapita³ Ludzki - Rozwój kwalifikacji kadr systemu B + R i wzrost œwiadomoœci roli nauki w rozwoju gospodarczym, nr umowy: UDA-POKL / Publikacja wspó³finansowana jest ze œrodków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spo³ecznego. Lider projektu: Partner projektu: EKSPERT-SITR Spó³ka z o.o. w Koszalinie Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne In ynierów i Techników Rolnictwa Zarz¹d G³ówny w Warszawie Praca zbiorowa pod redakcj¹: prof. dr hab. Bartosza Mickiewicza Autorzy: mgr in. Beata Bronk prof. dr hab. Anna Grzybek mgr in. Izabela Kaczmarek dr in. Henryk Karcz dr in. Andrzej Kliber mgr in. Wojciech Kru ewski dr Izabela Krzemiñska mgr Ewa Kwietniewska mgr Magdalena Lewicka dr in. Danuta Martyniak prof. dr hab. in. Andrzej Myczko dr in. Bogdan Sedler mgr in. Leopold Tupalski prof. dr hab. Jerzy Tys dr hab. in. Grzegorz urek Sk³ad i opracowanie graficzne: in. Rados³aw Brzeziñski ISBN: Publikacja jest dystrybuowana bezp³atnie Druk: Wydawnictwo FENIKS, Koszalin, ul. Jana z Kolna 38 B Nak³ad 1500 egz.

4 SPIS TREŒCI 1. Wstêp 2. Kru ewski Wojciech, Kaczmarek Izabela, Lewicka Magdalena, Bariery we wdra aniu wyników badañ z zakresu OZE do praktyki gospodarczej oraz sugestie ich rozwi¹zañ 3. Wybrane artyku³y na temat najnowszych osi¹gniêæ z zakresu OZE wraz z przedstawieniem barier we wdra aniu wyników badañ z zakresu OZE do praktyki gospodarczej oraz sugestiami ich rozwi¹zañ: Grzybek Anna - Wykorzystanie biomasy jako technologie innowacyjne Karcz Henryk - Dlaczego nie powinno siê spalaæ odpadów komunalnych w kot³ach rusztowych Kru ewski Wojciech, Kaczmarek Izabela, Ko³odziej Jerzy, Bronk Beata - Generacja energii z odpadów i wytwarzanie bioetanolu w uk³adach hybrydowych Myczko Andrzej, Kliber Andrzej, Tupalski Leopold - Odnawialne Ÿródla energii a hybrydowe systemy energetyczne Sedler Bogdan Alternatywne formy generacji rozproszonej, z uwzglêdnieniem OZE, w tym ma³ej energetyki j¹drowej Tys Jerzy, Krzemiñska Izabela, Kwietniewska Ewa - Algi - biopaliwo trzeciej generacji 129 urek Grzegorz, Martyniak Danuta - Energia odnawialna z biomasy traw wieloletnich - perspektywy i bariery 145

5

6 WSTÊP Publikacja zosta³a przygotowana w ramach projektu wspó³finansowanego ze œrodków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spo³ecznego pt. Upowszechnienie badañ na temat odnawialnych Ÿróde³ energii oraz wsparcie ochrona w³asnoœci intelektualnej z tego obszaru, Dzia³anie 4.2 Programu Operacyjnego Kapita³ Ludzki - Rozwój kwalifikacji kadr systemu B + R i wzrost œwiadomoœci roli nauki w rozwoju gospodarczym. Projekt by³ skierowany do pracowników jednostek naukowych w Polsce, a jego celem by³o podniesienie wiedzy w zakresie prac badawczo-rozwojowych i badañ naukowych z zakresu odnawialnych Ÿróde³ energii oraz wsparcie ochrony w³asnoœci intelektualnej z tego obszaru. W ramach projektu zorganizowano 19 otwartych seminariów naukowych, na których prezentowane by³y najnowsze osi¹gniêcia oraz prace badawczo-rozwojowe z dziedziny odnawialnych Ÿróde³ energii. Tematy seminariów uwzglêdnia³y zarówno osi¹gniêcia krajowe, jak i œwiatowe. Oprócz tego zorganizowano szkolenia na temat ochrony w³asnoœci intelektualnej z zakresu OZE. Projekt by³ tak e dwukrotnie prezentowany w trakcie targów promocyjnych maj¹cych na celu popularyzacjê odnawialnych Ÿróde³ energii. Na zakoñczenie projektu zosta³a wydana publikacja na temat OZE. Pos³u y ona do przedstawiania barier i sugestii rozwi¹zañ we wdra aniu wyników badañ do praktyki w sektorach mog¹cych wykorzystywaæ OZE. Rozwi¹zania te zosta³y m.in. wypracowane podczas seminariów naukowych oraz na podstawie rekomendacji zebranych na wortalu projektu. Mamy nadziejê, e publikacja w jakimœ stopniu przyczyni siê do przezwyciê- enia barier wdra ania wyników badañ z zakresu odnawialnych Ÿróde³ energii do praktyki gospodarczej, bo przecie nauka Polska ma ogromny potencja³ oraz du e osi¹gniêcia i sukcesy w dziedzinie OZE. Nale y do³o yæ wszelkich starañ, aby programy badawczo-rozwojowe i wdro eniowe zwi¹zane z OZE by³y szeroko popularyzowane przy jednoczesnym wzmocnieniu ochrony w³asnoœci intelektualnej z tego obszaru.

7 Bariery we wdra aniu wyników badañ z zakresu OZE do praktyki gospodarczej oraz sugestie ich rozwi¹zañ mgr in. Wojciech Kru ewski mgr in. Izabela Kaczmarek mgr Magdalena Lewicka Wstêp Sektor szeroko pojêtej energetyki stoi obecnie przed wieloma wyzwaniami. Zwiêkszaj¹cy siê popyt na energiê oraz obecnie funkcjonuj¹cy system jej wytwarzania stanowi¹ realn¹ barierê rozwoju gospodarczego. Nikt nie kwestionuje, e w obecnej sytuacji wielopoziomowe i wieloaspektowe zmiany systemu energetycznego s¹ konieczne, dlatego te dzia³ania zwi¹zane z wytwarzaniem energii s¹ jednymi z priorytetowych. Chodzi nie tylko o dywersyfikacjê Ÿróde³ wytwarzania energii, ale tak e o modernizacjê i rozwój istniej¹cych technologii, zw³aszcza wytwarzania energii w procesie spalania wêgla, modernizacjê i rozwój systemów przesy³u i magazynowania energii, zarz¹dzania energi¹, czy w koñcu rozwoju technologii wytwarzania energii ze Ÿróde³ odnawialnych i poszukiwanie nowych metod jej produkcji. Wszelkie dzia³ania d¹ ¹ do tego, aby energia by³a przyjazna œrodowisku, dostêpna i tania. Energia spe³niaj¹ca wszystkie trzy warunki bêdzie fundamentem zrównowa onego rozwoju. Bariery Podczas trwania projektu, w czasie realizacji 19 seminariów naukowych w jednostkach naukowych w ca³ej Polsce, organizatorzy projektu zbierali uwagi dotycz¹ce wdra ania wyników badañ naukowych do praktyki gospodarczej. Z przeprowadzonych dyskusji, obserwacji i prezentowanych materia³ów seminaryjnych wynika, e do najbardziej istotnych barier nale ¹: Brak wystarczaj¹cych œrodków finansowych umo liwiaj¹cych prowadzenie badañ, a przede wszystkim budowê/konstruowanie prototypów. Jest to najczêœciej podnoszony problem przez naukowców pytanych o bariery wdra ania wyników badañ do praktyki gospodarczej. Zdaniem œrodowisk naukowych, sektor ich dzia³ania jest niedofinansowany, co uniemo liwia im efektywn¹ dzia³alnoœæ. Najczêœciej brak œrodków finansowych staje siê przeszkod¹ uniemo - liwiaj¹c¹ dalsz¹ pracê na etapie budowy prototypu. Budowa czy konstrukcja innowacyjnych urz¹dzeñ jest kosztowna. Naukowcom trudno jest zdobyæ œrodki na takie zadanie, gdy nie s¹ w stanie zapewniæ sukcesu swojego wynalazku. Wiele pomys³ów i projektów naukowych zatrzymuje siê zatem na etapie rozwa añ teoretycznych. Dodatkowo nale y stwierdziæ, e naukowcy s¹ zdecydowanie bierni, jeœli chodzi o pozyskiwanie œrodków finansowych na swoje prace i nie maj¹ wiedzy o funkcjonuj¹cych mechanizmach takiego finansowania. 7

8 8 Niska œwiadomoœæ dotycz¹ca prawa ochrony w³asnoœci intelektualnej. Obserwuje siê bardzo niski poziom œwiadomoœci œrodowisk naukowych dotycz¹cy prawa w³asnoœci intelektualnej. Jest to zagadnienie trudne, pomijalne przez naukowców. Ze wzglêdu na nisk¹ œwiadomoœæ uregulowañ prawnych, wœród badaczy pojawiaj¹ siê liczne obawy o swoje w³asne interesy w momencie wspó³pracy z kimkolwiek przy realizacji badañ, czy to innym naukowcem, oœrodkiem badawczym czy wreszcie przedsiêbiorstwem zewnêtrznym, zainteresowanym komercjalizacj¹ wyników badañ. Ignorantia iuris nocet, w tej sytuacji nieznajomoœæ prawa skutkuje zahamowaniem rozwoju badañ i stanowi przeszkodê dla efektywnej pracy polskiego œrodowiska naukowego. Brak funkcjonuj¹cego modelu wspó³pracy nauki z biznesem. Naukowcy s¹ œwiadomi, e w przypadku badañ mog¹cych znaleÿæ swój koñcowy efekt w postaci komercyjnego wdro enia, szans¹ na pozyskiwanie œrodków finansowych na prowadzenie tych e badañ, czy budowê prototypów, stanowi wspó³praca ze œrodowiskiem biznesowym. Nie maj¹ oni jednak œwiadomoœci i wiedzy na temat sposobu przeprowadzenia takiej wspó³pracy. W naukowcach rodz¹ siê obawy, e œrodowisko biznesowe jest jedynie zainteresowane uzyskiwaniem dochodów z wdro onych wyników badañ. Naukowcy widz¹ zagro enie dotycz¹ce ochrony prawnej wyników swojej pracy. Taki stan ³¹czy siê równie z poprzednio wymienion¹ kwesti¹ niskiej œwiadomoœci dotycz¹cej prawa w³asnoœci intelektualnej. Nieliczne zakoñczone sukcesem przyk³ady komercyjnych wdro eñ dziêki wspó³pracy nauki i biznesu nie s¹ wystarczaj¹co promowane. Pomijanie aspektów ekonomicznych i przydatnoœci komercyjnej przy prowadzeniu badañ naukowych. Wielu naukowców traktuje badania i praktykê gospodarcz¹ jako dwie rozdzielne dziedziny i nie uœwiadamia sobie koniecznoœci transferu wiedzy pomiêdzy nimi, wzajemnej komunikacji potrzeb, oczekiwañ i mo liwoœci. Tymczasem nauka, jako dziedzina dzia³alnoœci finansowana z bud etu Pañstwa, powinna Pañstwu s³u yæ, a wiêc powinna s³u yæ spo³eczeñstwu poprzez wp³yw na polepszanie siê jakoœci ycia, zwiêkszanie siê mo liwoœci technicznych i technologicznych itd. Pomiêdzy sektorem nauki a sektorem biznesu powinna funkcjonowaæ elastyczna relacja. Pracownicy jednostek naukowych przy prowadzeniu prac badawczych, powinni w du ym stopniu braæ pod uwagê ich zasadnoœæ z punktu widzenia gospodarki i ich przydatnoœæ dla praktyki gospodarczej. Z tego wzglêdu naukowcy powinni braæ pod uwagê aspekty ekonomiczne, tj. prowadzone badania oceniaæ i opisywaæ nie tylko z punktu widzenia wartoœci naukowej, ale tak e okreœlaæ ich przydatnoœæ wdro eniow¹ i ekonomiczne uzasadnienie takiej przydatnoœci. Nawet najlepiej przedstawiony pod wzglêdem naukowym wynalazek, bez przeprowadzonej choæby wstêpnej, orientacyjnej analizy ekonomicznej nie znajdzie mo liwoœci finansowania w œrodowiskach biznesu. Potrzeba wziêcia pod uwagê aspektów ekonomicznych, fi-

9 nansowych prowadzonych badañ, jest przez naukowców s³abo rozumiana. In- ynierowie, konstruktorzy, inni naukowcy, zw³aszcza gdy ich przedmiotem dzia- ³ania s¹ szeroko pojête technologie, nie maj¹ dostatecznej wiedzy i umiejêtnoœci z zakresu ekonomii, nie potrafi¹ równie postrzegaæ efektów swoich badañ jako produktu, którym nale y zarz¹dzaæ, a wiêc organizowaæ dostêpnoœæ zasobów potrzebnych do jego wytworzenia przy jednoczesnym zapewnieniu odbiorcy/ odbiorców efektów koñcowych pracy. Bierna postawa œrodowisk naukowych i wolne tempo pracy. Obawy dotycz¹ce ochrony w³asnoœci intelektualnej i postrzeganie braku œrodków finansowych jako g³ównej bariery rozwoju badañ sprawiaj¹, e wielu przedstawicieli jednostek naukowych prezentuje biern¹ postawê w swojej pracy. Naukowcy tacy nie podejmuj¹ inicjatyw w celu nawi¹zania wspó³pracy ze œrodowiskiem biznesowym. Nie bior¹ oni równie pod uwagê komercyjnej przydatnoœci i aspektów ekonomicznych na etapie podejmowania dzia³añ badawczych, nie widz¹c takiej potrzeby. Stwierdza siê równie, e wielu polskich naukowców nie odczuwa œwiatowego tempa prac badawczych w wielu dziedzinach. Kraje rozwiniête rywalizuj¹ ze sob¹ b¹dÿ kooperuj¹, bior¹c udzia³ w wyœcigu badañ. Polscy naukowcy pracuj¹ wolno, i na efekty swoich dzia³añ ka ¹ stosunkowo d³ugo czekaæ. Takie podejœcie owocuje równie ich frustracj¹, poniewa czuj¹, e s¹ na straconej pozycji, bo zawsze ich ktoœ wyprzedza, zanim zd¹ ¹ przeprowadziæ badania i zorganizowaæ budowê prototypu. To dodatkowo os³abia ich motywacjê do podejmowania inicjatyw. Ró nica priorytetów œrodowisk naukowych i biznesowych, brak p³aszczyzny porozumienia i wspó³pracy. Polscy naukowcy rzadko postrzegaj¹ naukê jako dziedzinê s³u ¹c¹ spo³eczeñstwu i nie bior¹ aspektów ekonomicznych i wdro eniowych pod uwagê przy projektowaniu badañ. Priorytetem przedsiêbiorstw natomiast jest uzyskiwanie przewagi konkurencyjnej i w perspektywie d³ugoterminowej zwiêkszanie wartoœci firmy. Jednym ze œrodków stosowanych dla osi¹gniêcia tych celów jest inwestowanie w innowacje, rozwój technik i technologii produkcji i produktów. Przy zaprezentowanej postawie naukowców, trudno znaleÿæ p³aszczyznê wspólnych interesów i wspó³pracy, z której obie strony by³yby usatysfakcjonowane. Wysokie koszty badañ. Prowadzenie badañ naukowych jest najczêœciej procesem d³ugotrwa³ym i kosztownym. Wysokie nak³ady finansowe na badania, których efektów nie da siê przewidzieæ, s¹ inwestycj¹ du ego ryzyka. To utrudnia znajdowanie mo liwoœci finansowania. W warunkach polskiej gospodarki, gdzie wiêkszoœæ przedsiêbiorstw to firmy ma³e i œrednie, wysokie koszty badañ s¹ czêsto barier¹ nie do pokonania. Sektor B+R w polskich przedsiêbiorstwach jest czêsto pomijany ze wzglêdu na wysokie koszty, na które zdecydowana wiêkszoœæ przedsiê- 9

10 biorstw nie mo e sobie pozwoliæ. Dodatkowo, czêsto polskie przedsiêbiorstwa nie uœwiadamiaj¹ sobie tego, jak wdro enie innowacyjnych rozwi¹zañ mo e wp³yn¹æ na ich rozwój i konkurencyjnoœæ. Sugestie rozwi¹zañ Uczestnicy seminariów naukowych przedstawili równie swoje sugestie odnoœnie rozwi¹zañ we wdra aniu wyników badañ z zakresu OZE do praktyki w sektorach mog¹cych wykorzystywaæ OZE. Propozycje by³y nastêpuj¹ce: Modele wspó³pracy nauka + biznes, nauka + nauka Utworzenie i promowanie modeli wspó³pracy pomiêdzy jednostk¹ badawcz¹ a przedsiêbiorstwem by³oby wsparciem dla obydwu stron w nawi¹zaniu wspó³pracy. Model taki powinien zawieraæ wskazówki dotycz¹ce instytucjonalnego, prawnego i przede wszystkim finansowego otoczenia kooperacji. Na dzieñ dzisiejszy obie strony nie do koñca radz¹ sobie z organizowaniem wspó³pracy, przy czym przedsiêbiorcy jako strona znacznie lepiej obracaj¹ca siê w zagadnieniach finansowych i prawnych jest na lepszej pozycji negocjacyjnej ni naukowcy. Dodatkowo naukowcy, ze wzglêdu na swoj¹ niewiedzê, maj¹ liczne obawy przed nawi¹zywaniem wspó³pracy z przedsiêbiorcami, boj¹ siê, e ich interesy bêd¹ pomijane i e taka wspó³praca stanowi dla nich wiêksze zagro enie ni wsparcie. Promowanie wytycznych wspó³pracy miêdzy naukowcami i przedsiêbiorcami stymulowa³oby rozwój takich dzia³añ. Dodatkowo uwa a siê, e gdyby w takim modelu ustalona czêœæ dochodu uzyskanego przez naukowców ze wspó³pracy, by³a przypisana autorowi badañ, stanowi³oby to dodatkowy element motywacyjny i pozytywnie wp³ynê³oby na zacieœnienie wspó³pracy miêdzy stronami, na czym oczywiœcie w d³ugoterminowej perspektywie zyska³aby gospodarka. Uwa a siê równie, e szans¹ na finansowanie badañ, budowy prototypów itd. mo e byæ wspó³praca jednostek naukowych ze sob¹. Zaleca siê równie stworzenie modelu takiej wspó³pracy i jego promowanie. Prawo ochrony w³asnoœci intelektualnej dla naukowców Niska œwiadomoœæ prawa ochrony w³asnoœci intelektualnej stanowi barierê dla naukowców do nawi¹zania jakiejkolwiek wspó³pracy, czy ze œrodowiskiem naukowym czy biznesowym. Skutek jest taki, e wiele badañ ze wzglêdu na problemy finansowania czy problemy merytoryczne jest przerywanych i odk³adanych. U podstaw tego problemu le y obawa naukowców o ochronê swoich osi¹gniêæ intelektualnych. Umo liwienie naukowcom pozyskania wiedzy z zakresu prawa ochrony w³asnoœci intelektualnej ograniczy³oby ten problem. Zaleca siê prowadzenie szkoleñ czy warsztatów dotycz¹cych ochrony w³asnoœci intelektualnej albo instytucjonalne rozwi¹zanie problemu poprzez umo liwienie w jednostkach naukowych konsultacji ze specjalistami w tym zakresie. 10

11 Aspekty ekonomiczne i przydatnoœæ komercyjna przy prowadzeniu badañ naukowych. Przy dzisiejszym tempie rozwoju technicznego, technologicznego œwiata i stoj¹cych przed krajami rozwiniêtymi wyzwaniach gospodarczych, polski naukowiec musi kszta³towaæ w sobie interdyscyplinarne podejœcie do prowadzenia badañ naukowych. Sektor nauki w warunkach polskiej gospodarki nie mo e istnieæ w oderwaniu od niej, ale musi byæ jej elementem wspieraj¹cym i stymuluj¹cym jej rozwój. Z tego powodu perspektywa widzenia swoich zadañ przez naukowców, powinna rozszerzyæ siê na aspekty ekonomiczne, finansowe i komercyjne. Badania naukowe, jako dziedzina s³u ¹ca gospodarce, powinny stanowiæ odpowiedÿ na pojawiaj¹ce siê w niej potrzeby i problemy, tak wiêc œrodowiska naukowe powinny mieæ na bie ¹co uzupe³nian¹ wiedzê dotycz¹c¹ sytuacji gospodarczej w swoich bran ach. Kierunki rozwoju obydwu dziedzin powinny wspó³zale eæ od siebie. Nawet najciekawsze z naukowego punktu widzenia badania nie bêd¹ przydatne dla gospodarki i nie przyczyni¹ siê do jej rozwoju, jeœli ich efekty nie bêd¹ ekonomicznie uzasadnione i mo liwe do implementacji w praktyce gospodarczej. Wielu naukowcom trudno jest pogodziæ siê z takim stanem rzeczy. Rozwój umiejêtnoœci i wiedzy polskich naukowców z zakresu podstawowej analizy ekonomicznej, finansowej pozytywnie wp³yn¹³by na zwiêkszenie przydatnoœci badañ naukowych dla gospodarki. ¹cz¹c to z poprzednio opisanym problemem, dobrym rozwi¹zaniem by³oby na przyk³ad udostêpnienie w jednostkach naukowych specjalistów z zakresu prawa ochrony w³asnoœci intelektualnej oraz specjalistów z zakresu ekonomii, z ukierunkowaniem na badania naukowe i innowacje techniczne/technologiczne. Aktywizacja œrodowisk naukowych Poprzez prezentacjê dobrych praktyk, osi¹gniêæ naukowych i sukcesów polskich œrodowisk naukowych stymulowana by³aby postawa naukowców, która na dzieñ dzisiejszy jest stosunkowo bierna. Zaleca siê zastosowanie systemów motywacyjnych w jednostkach naukowych, i lepsze zarz¹dzanie kadrami naukowymi, w celu narzucenia wiêkszego tempa prowadzenia prac i uœwiadomienia, e prowadzenie badañ naukowych w wolnym tempie nie ma wiêkszego sensu, poniewa zawsze znajd¹ siê naukowcy z innych krajów, którzy wyprzedz¹ efekty osi¹gniête przez Polaków. Uwa a siê, e odpowiednie zarz¹dzaniem kapita- ³em intelektualnym naukowców i ukierunkowanie ich wysi³ków na wyniki, poprawi³oby jakoœæ i wydajnoœæ polskiej nauki. Nale a³oby siê zastanowiæ, czy systemy zarz¹dzania w jednostkach naukowych s³u ¹ takim celom. Uwa a siê, e zatrudnienie w jednostkach naukowych mened erów ze specjalnoœci¹ zarz¹dzania zasobami ludzkimi pozytywnie wp³ynê³oby na obecn¹ sytuacjê. Koszty prowadzenia badañ naukowych Obecnie wysokie koszty prowadzenia badañ stanowi¹ czêsto barierê nie do pokonania dla polskich przedsiêbiorców. Uwa a siê, e na tê sytuacjê pozy- 11

12 12 tywnie wp³ynê³oby wprowadzenie systemu zachêt dla polskich przedsiêbiorców, do korzystania z us³ug jednostek naukowych i badawczych. Zachêty takie mog³yby na przyk³ad mieæ charakter ulg podatkowych. Taka polityka obni- y³aby koszty badañ naukowych z punktu widzenia biznesu i zachêci³aby do korzystania z takich us³ug. Wspólny mianownik nauki i gospodarki Obecnie przedstawiciele przedsiêbiorstw oraz jednostek naukowych nie s¹ w stanie zauwa aæ wspólnej p³aszczyzny interesów. Przedsiêbiorcy nie maj¹ zaufania do naukowców uwa aj¹c, e walory naukowe s¹ dla nich jedyn¹ wartoœci¹ przy prowadzeniu badañ i ich koñcowa wartoœæ mo e nie byæ dla nich satysfakcjonuj¹ca, bo aspekty komercyjnego wdro enia nie by³y brane pod uwagê przy prowadzeniu badañ. Naukowcy natomiast postrzegaj¹ przedsiêbiorstwa jako zagro enie dla swoich praw ochrony w³asnoœci intelektualnej, bo czuj¹ siê s³absz¹ stron¹ tej wzajemnej relacji i uwa aj¹, e przedsiêbiorca nakierowany jedynie na korzyœci finansowe stanowi dla ich interesów zagro- enie. Dodatkowo, po obu stronach problemu pojawia siê kwestia niewiedzy o sobie nawzajem. Problem ten ma wiêkszy rozmiar po stronie przedsiêbiorców. Maj¹ oni bardzo niski poziom œwiadomoœci, z jakich mo liwoœci, wiedzy, us³ug jednostek naukowych mogliby skorzystaæ i co na tym zyskaæ. Jednostki naukowe raczej nie podejmuj¹ dzia³añ autopromocyjnych i informacyjnych, w celu wygenerowania na rynku popytu na swój produkt, jakim jest wiedza. Przedsiêbiorcy nie maj¹ wsparcia informacyjnego, nie wiedz¹ jak szukaæ wspó³pracy i gdzie, nie wiedz¹, jaki mo e on mieæ wymiar i charakter. Naukowcy nie traktuj¹ swojej wiedzy jako produktu, którym nale y zarz¹dzaæ, aby osi¹gn¹æ korzyœci i podnieœæ wartoœæ swoj¹ i swojej jednostki naukowej, nie maj¹ równie wiedzy, e istnieje koniecznoœæ podejmowania takich dzia³añ. Wzajemny brak doinformowania sprawia, e wspó³praca nauki z biznesem jest bardzo s³abo rozwiniêta. Uwa a siê, e rozwi¹zaniem tego problemu mog³oby byæ na przyk³ad stworzenie internetowej platformy wymiany informacji, która by³aby wirtualnym miejscem spotkania obydwu stron i pewnym zlokalizowaniem rynku. Platforma taka powinna byæ organizowana przez jednostki publiczne ze wzglêdu na to, e sektor nauki jest tak e sektorem publicznym. U³atwi³aby ona wzajemne poszukiwania kontaktu, by³aby równie dla obydwu stron miejscem, w którym mo na zdobyæ potrzebne informacje. Przedsiêbiorcy mogliby pozyskaæ wiedzê na temat mo liwoœci wspó³pracy, natomiast naukowcy mogliby œledziæ potrzeby i problemy pojawiaj¹ce siê w gospodarce i stosowaæ platformê jako mo liwoœæ autopromocji. System finansowania badañ 1 paÿdziernika 2010 roku wesz³y w ycie nowe ustawy reformuj¹ce system nauki: - Ustawa zasadnicza z dnia 30 kwietnia 2010 r. o zasadach finansowania nauki (Dz. U. nr 96 poz. 615),

13 - Ustawa z dnia 30 kwietnia 2010 r. o Narodowym Centrum Badañ i Rozwoju (Dz. U. nr 96 poz. 616), - Ustawa z 30 kwietnia 2010 r. o Narodowym Centrum Nauki (Dz. U. nr 96 poz. 617), - Ustawa z 30 kwietnia 2010 r. o instytutach badawczych (Dz. U. nr 96 poz. 618), - Ustawa z 30 kwietnia 2010 r. PAN. (Dz. U. nr 96 poz. 619). Zgodnie z nowymi przepisami kompetencje w zakresie finansowania badañ zosta³y podzielone na trzy oœrodki: Narodowe Centrum Badañ i Rozwoju, Narodowe Centrum Nauki, Ministra Nauki i Szkolnictwa Wy szego. Do zadañ powo³anego Ustaw¹ z 30 kwietnia 2010 r. z dniem 1 paÿdziernika 2010 r. Narodowego Centrum Badañ i Rozwoju z siedzib¹ w Warszawie nale y inicjowanie i realizacja programów strategicznych i innych obejmuj¹cych finansowanie badañ naukowych lub prac rozwojowych oraz dzia³añ przygotowuj¹cych do wdro enia wyników badañ stosowanych. Do zadañ powo³anego Ustaw¹ z dnia 30 kwietnia 2010r. z dniem 1 paÿdziernika 2010 r. Narodowego Centrum Nauki z siedzib¹ w Krakowie nale y: finansowanie badañ podstawowych w formie projektów, finansowanie badañ naukowych innych, nienale ¹cych do zakresu badañ finansowanych przez Narodowe Centrum Badañ i Rozwoju, wspó³praca miêdzynarodowa w ramach finansowania dzia³alnoœci w zakresie badañ podstawowych (projekty miêdzynarodowe niewspó³finansowane). Og³oszenia o konkursach na realizacjê projektu zamieszczane bêd¹ w co najmniej jednym dzienniku o zasiêgu ogólnopolskim, na stronie Centrum w Biuletynie Informacji Publicznej oraz Ministerstwa. W zakresie kompetencji Ministra pozostaj¹ przede wszystkim sprawy dotycz¹ce: planu finansowego dotycz¹cego bud etu nauki, w tym poziomu finansowania Narodowego Centrum Nauki i Narodowego Centrum Badañ i Rozwoju, finansowania dzia³alnoœci statutowej jednostek naukowych, finansowanie inwestycji w zakresie du ej infrastruktury badawczej, finansowanie inwestycji badawczych, finansowanie wspó³pracy miêdzynarodowej, finansowanie dzia³alnoœci upowszechniaj¹cej naukê, ustanowienia i finansowania specjalnych programów i przedsiêwziêæ na rzecz rozwoju nauki. Jednostki naukowe uczelni zostan¹ ocenione przez Komitet Ewaluacji Jednostek Naukowych w terminie nie d³u szym ni 24 miesi¹ce od dnia wejœcia w ycie nowej ustawy....reforma nauki wprowadzi³a tak e nowy system jej finansowania. Polega on na systematycznym odchodzeniu od finansowania instytucji na rzecz finansowania konkretnych grantów i projektów. Kwestiami projakoœciowego finansowania nauki bêdzie siê zajmowa³o Narodowe Centrum Badañ i Rozwoju oraz Narodowe Centrum Nauki. Narodowe Centrum Badañ i Rozwoju zosta³o powo- 13

14 ³ane do realizacji polityki pañstwa w zakresie finansowania polityki naukowej, naukowo-technicznej i innowacyjnej pañstwa. Centrum bêdzie s³u y³o jako katalizator zmian w obszarze wspó³pracy nauki i przemys³u. Narodowe Centrum Nauki, w odró nieniu od Narodowego Centrum Badañ i Rozwoju, jest natomiast instytucj¹ powo³an¹ do wspierania dzia³alnoœci naukowej pañstwa w zakresie badañ podstawowych. Wa nym elementem dzia³ania NCN bêdzie zagwarantowanie przejrzystych zasad przyznawania pieniêdzy w drodze konkursów oraz zwrócenie uwagi na m³odych naukowców maj¹cych trudnoœci z uzyskaniem samodzielnoœci badawczej ze wzglêdu na brak dostêpu do œrodków finansowych. NCN bêdzie zobowi¹zane do przeznaczania min. 20% wszystkich grantów na badania prowadzone przez pocz¹tkuj¹cych naukowców. Nale y tak e zwróciæ uwagê na fakt, e wzrost nak³adów na naukê w roku 2010 w odniesieniu do roku 2007 wynosi³ 2 mld z³. ( ) Proponowana reforma systemu szkolnictwa wy szego wprowadzi tak e system projakoœciowego finansowania. Oznacza to, e przy zachowaniu dotychczasowego poziomu finansowania szkó³ wy szych uruchomiona zostanie dodatkowa dotacja podmiotowa, której celem bêdzie finansowanie zadañ projakoœciowych. Dotacja projakoœciowa bêdzie kierowana m.in. do najlepszych jednostek organizacyjnych publicznych i niepublicznych uczelni, które uzyskaj¹ status krajowych naukowych oœrodków wiod¹cych. Jednostki, którym w trybie konkursowym zostanie nadany status KNOW, bêd¹ mog³y przeznaczyæ œrodki z dotacji projakoœciowej, np. na wsparcie finansowe wynagrodzeñ swoich pracowników. Dotacja podmiotowa na dofinansowanie zadañ projakoœciowych bêdzie mog³a byæ przeznaczona tak e na sfinansowanie zwiêkszenia wysokoœci stypendiów doktoranckich dla 30% najlepszych doktorantów zarówno w uczelniach publicznych, jak i niepublicznych, tak aby stworzyæ jak najlepsze warunki do pracy naukowej ". Nowy system finansowania spotka³ siê z licznymi obawami jednostek naukowych i uczelni. System ich oceny zosta³ uznany za niekorzystny i pogarszaj¹cy ich sytuacjê. System dzia³a zbyt krótko, eby jednoznacznie oceniæ, czy jest dobry czy z³y. Wnioski i podsumowanie Zarz¹dzanie wiedz¹. Kapita³em jednostek naukowych jest wiedza. W nowoczesnym managemencie, wiedza jest postrzegana za jeden z kluczowych zasobów organizacji i zarz¹dzanie ni¹ jest tak fundamentalne, jak zarz¹dzanie zasobami ludzkimi, logistyka i inne dziedziny. Zarz¹dzanie wiedz¹ musi: mieæ charakter kompleksowy, zamieniaæ aktywa intelektualne organizacji w wynik ekonomiczny, byæ wspierane przez cztery czynniki: przywództwo, kulturê organizacyjn¹, technologiê i system pomiarowy, ³¹czyæ ze sob¹ ludzi, a dok³adniej tych, którzy posiadaj¹ wiedzê, z tymi, którzy jej potrzebuj¹, byæ hybrydowym po³¹czeniem ludzi i technologii, kreowaæ sieæ. 14

15 Dzia³ania dotycz¹ce jednostek naukowych powinny wdro yæ systemowe rozwi¹zania dla implementacji technik zarz¹dzania wiedz¹. Jednostki naukowe, jako organizacje dzia³aj¹ce w warunkach polskiej gospodarki, powinny zacz¹æ byæ postrzegane, jako organizacje rz¹dz¹ce siê podobnymi prawami, jak wszystkie inne, w tym przedsiêbiorstwa. Podstawowym kapita³em i jednoczeœnie produktem jednostek naukowych jest wiedza. Jeden z paradygmatów nowoczesnego zarz¹dzania mówi, e celem zarz¹dzania i funkcjonowania organizacji nie jest, jak siê czêsto upraszcza, osi¹gniêcie zysku, ale podniesienie jej wartoœci. Cel ten ma charakter d³ugoterminowy. Podniesienie wartoœci jednostki naukowej rozumie siê jako dobr¹ sytuacjê ekonomiczn¹, wysoki presti w œrodowisku naukowym krajowym oraz zagranicznym, wysoki poziom merytoryczny i wiarygodnoœæ prowadzonych prac, osi¹gniêcia i sukcesy naukowe. Uwa a siê równie, e nowoczesna jednostka naukowa funkcjonuj¹ca w obecnych warunkach gospodarczych i rynkowych powinna uto samiaæ swoj¹ wartoœæ równie z ocen¹ z perspektywy przemys³u, przedsiêbiorstw i osi¹ganymi wynikami wdro eñ efektów prowadzonych prac. Byæ mo e pozytywn¹ zmianê w tym zakresie przyniesie reforma systemu finansowania nauki, która bêdzie punktowa³a uczelnie za efekty wspó³pracy z przedsiêbiorstwami. Zarz¹dzanie jednostkami naukowymi i wiedz¹ powinno odbywaæ siê w warunkach œwiadomoœci otoczenia zewnêtrznego, bo nie s¹ one w stanie funkcjonowaæ w oderwaniu od niego. Zauwa enie i rozwój wzajemnych relacji istniej¹cych b¹dÿ takich, które przy odpowiednich nak³adach pracy mo na zainicjowaæ, miêdzy sektorem nauki a sektorem gospodarki pozytywnie wp³ynê³oby na rozwój obydwu. Zmiana sposobu zarz¹dzania jednostkami naukowymi znacz¹co wp³ynê³aby na eliminowanie barier we wdra aniu wyników badañ do praktyki gospodarczej. Zarz¹dzaj¹cy jednostkami naukowymi powinni zauwa yæ, e sektor przedsiêbiorstw jest niejako Ÿród³em ich finansowania, i powinien widzieæ swoj¹ rolê s³u ebn¹ wobec sektora przemys³owego. Ochrona w³asnoœci intelektualnej Niezbêdnym dzia³aniem dla eliminowania barier we wdra aniu wyników prac badawczych do praktyki gospodarczej jest równie umo liwienie pracownikom jednostek naukowych dostêpu do wiedzy z zakresu prawa ochrony w³asnoœci intelektualnej, a tak e do wiedzy dotycz¹cej ekonomicznej oceny wyników prac badawczych i ich przydatnoœci komercyjnej. Mog³oby to staæ siê zadaniem miêdzy innymi inkubatorów przedsiêbiorczoœci, parków technologicznych dzia³aj¹cych ju przy wielu uczelniach, albo zadanie takie mog³oby byæ powierzone wydzielonej komórce wewn¹trz jednostki naukowej. Funkcjonowanie parków technologicznych i inkubatorów przedsiêbiorczoœci wielu specjalistów ocenia bardzo nisko, ich dzia³alnoœæ jest wrêcz uwa ana za fikcyjn¹. Tymczasem ich rola w stymulowaniu rozwoju wspó³pracy miêdzy nauk¹ i biznesem przy odpowiednim podejœciu mog³aby byæ kluczowa. Mog³oby to byæ namacalne miejsce spotkania obu dziedzin, rozwijaj¹ce kontakty i buduj¹ce relacje i wzajemn¹ wiedzê o swoich potrzebach. 15

16 Jednostki naukowe elementem nowoczesnej gospodarki Tendencj¹ rynkow¹ na œwiecie jest funkcjonowanie organizacji w sieciach wirtualnych. D¹ y siê do maksymalnego skupienia wysi³ków i dzia³añ organizacji na kluczowych kompetencjach, a uzupe³niaj¹ce procesy funkcjonowania organizacji realizuje siê w ramach systemu powi¹zañ z innymi podmiotami gospodarczymi. Przyk³adem takiej wspó³pracy jest outsourcing, franchising czy alians strategiczny. Taka tendencja rynkowa jest szans¹ dla jednostek naukowych, które przy odpowiedniej promocji i przygotowaniu oferty dla przedsiêbiorstw, maj¹ szansê staæ siê konkurencyjn¹ alternatywn¹ dla finansowania drogich dzia³ów B+R wewn¹trz organizacji. Sukcesem jednostek naukowych i naukowców mo e byæ wykreowanie swojego wizerunku jako wysoko wyspecjalizowanego podmiotu doradczego, badawczego, konsultingowego, aktywnego i otwartego na potrzeby biznesu, staraj¹cego siê uzyskaæ wa n¹ pozycjê w gospodarce. Stop strategiom i biurokracji Polska jest mistrzem w dziedzinie strategii. Tylko jeœli chodzi o innowacjê, która nieod³¹cznie wi¹ e siê z sektorem nauki, w Polsce funkcjonuje 16 strategii regionalnych. Powstaj¹ coraz to nowe strategie na nowe tematy. Efekt jest taki, e wiele z nich jest ze sob¹ sprzecznych. A na drodze do sukcesu kamieniami milowymi s¹ oddolne, nawet drobne, dzia³ania, a nie odgórne narzucanie ram. Rozwój nauki i rozwój jej wspó³pracy z biznesem wymaga kreatywnoœci, natomiast próba systematyzowania wszystkich dzia³añ mo e tê kreatywnoœæ zdusiæ w zarodku. Hamulce w g³owach Pozostaje jeszcze jedna przeszkoda na drodze do rozwoju komercjalizacji badañ - indywidualizm, a wrêcz osobnictwo. Niechêæ do d³ugotrwa³ej wspó³pracy w zespole jest nasz¹ cech¹ narodow¹, wynikaj¹c¹ w du ej mierze z historii naszego kraju. Jeœli dodaæ do tego nasz¹ permanentn¹ niewiarê we w³asne si³y i osi¹gniêcie sukcesu oraz nieufnoœæ wobec innych ludzi, wy³ania nam siê obraz potê nego mentalnoœciowego hamulca, który nas spowalnia. Tymczasem nowoczesny œwiat i liderzy œwiatowej gospodarki ju od dawna wiedz¹, e czasy kiedy badacz osi¹ga³ niesamowite rezultaty w pojedynkê, w zaciszu swego laboratorium, ju dawno minê³y bezpowrotnie. Dotyczy to nie tylko sektora nauki, ale tak e biznesu. Dziœ stawia siê na pracê w zintegrowanych zespo³ach. Powiedzenie co dwie g³owy to nie jedna rozwija siê dziœ o efekty synergiczne: dwie g³owy zaanga owane w problem mog¹ daæ efekt pracy 3 g³ów, bo wzajemnie siê dope³niaj¹, stymuluj¹, inspiruj¹, krytykuj¹ itd. Przedstawiciele jednostek naukowych, zamiast chowaæ badania do szuflady ze strachu przed pora k¹ albo przed kradzie ¹ przez konkurencjê, powinni uruchamiaæ transfer posiadanej wiedzy, rozwijaæ j¹, kreowaæ zespo³y, wszystko w imiê wy szego dobra: rozwoju danej dziedziny, gospodarki, wpisania efektów w has³o szybciej, lepiej, taniej. Celem samym w sobie nie jest nazwisko na wype³nionych wnioskach o zastrze enie patentowe. 16

17 Polska niew¹tpliwie ma potencja³ Mamy osi¹gniêcia i sukcesy, jednak nie s¹ one wystarczaj¹co dobrze upowszechniane i promowane. Naukowiec, który podejmuje wspó³pracê z jakimœ przedsiêbiorstwem, czêsto wstydzi siê tego, bo w jego œrodowisku to cha³tura i rozmienianie siê na drobne. Tymczasem powinien on stanowiæ przyk³ad. Chwalenie siê sukcesami i optymizm w patrzeniu na w³asne mo liwoœci to cechy, które ka dy Polak powinien w sobie pragn¹æ wykszta³ciæ. Nasze przewagi i sukcesy powinny staæ siê oczkami w g³owie i narodow¹ dum¹. Sektor nauki jest jednym z najwa niejszych elementów w budowaniu gospodarki opartej na wiedzy. Wydaje siê, e we wszystkich dziedzinach naszego wspólnego ycia: nauce, gospodarce, biznesie potrzeba nam trochê naszej s³ynnej u³añskiej fantazji, zamiast skostnia³ych przepisów, regulacji, strategii funkcjonuj¹cych dobrze tylko na papierze. Polski przedsiêbiorca narzeka na brak wsparcia ze strony Pañstwa, skomplikowane i wci¹ zmieniaj¹ce siê regulacje prawne, biurokracjê. Polski naukowiec narzeka na brak œrodków finansowych. Ka dy ma jakiœ powód do narzekania, niestety. Funkcjonujemy w czasach, gdy gospodarka zmienia siê niesamowicie dynamicznie, niepewnoœæ otoczenia i zmieniaj¹ce siê warunki wymagaj¹ od wszystkich uczestników ycia gospodarczego elastycznoœci. Mówi siê o niej jedynie w kontekœcie przedsiêbiorstw - ma³ych i œrednich firm, które s¹ motorem naszej gospodarki. Tymczasem dla osi¹gniêcia zespo³owego sukcesu potrzeba nam elastycznoœci wszystkich dziedzin wspólnego ycia: urzêdów, rz¹dz¹cych, naukowców, przedsiêbiorców, sektora finansowego czy edukacji. Tylko zespo³owa elastycznoœæ mo e prowadziæ do osi¹gniêæ, które s¹ realn¹ perspektyw¹. Pozostaje jeszcze w ten sukces uwierzyæ i potrafiæ siê nim cieszyæ, jeœli uda siê go osi¹gn¹æ. 17

18 Wybrane artyku³y na temat najnowszych osi¹gniêæ z zakresu OZE wraz z przedstawieniem barier we wdra aniu wyników badañ z zakresu OZE do praktyki gospodarczej oraz sugestiami ich rozwi¹zañ 19

19 20

20 Wszystko mo na robiæ lepiej, ni robi siê dzisiaj Henry Ford Wykorzystanie biomasy jako technologie innowacyjne Anna Grzybek Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach 1. Wstêp Najwiêkszym zagro eniem dobrze prosperuj¹cych gospodarek czy przedsiêbiorstw jest stan stabilnoœci i samozadowolenia. Stanowi on w rozwijaj¹cym siê œwiecie pewne niebezpieczeñstwo, czêsto prowadz¹ce w kierunku kryzysu, czasem a do upadku. Przeciwdzia³aniem dla takiej sytuacji jest prowadzenie w przedsiêbiorstwie systematycznej polityki innowacyjnej. Innowacje s¹ uznawane obecnie za podstawowy warunek utrzymania i wzmocnienia pozycji na rynku. Systematyczna polityka innowacyjna polega na celowym i zorganizowanym poszukiwaniu zmian i na systematycznej analizie okazji do spo³ecznej lub gospodarczej innowacji, któr¹ taka zmiana mog³aby umo liwiaæ. Innowacje to twórcze zmiany w strukturze gospodarczej, w technice czy w spo³eczeñstwie. Istot¹ innowacji jest wdro enie nowoœci do praktyki. Innowacyjnoœæ uwzglêdniana w strategii rozwoju firmy to czêsto klucz do sukcesu. To jedno z najwa niejszych kryteriów oceny nowych przedsiêwziêæ czy projektów. Wed³ug okreœlenia w poradniku 1 Oslo Manual 2 przygotowanego przez organizacjê OECD 3 innowacja to wprowadzenie do praktyki nowego lub znacz¹co ulepszonego rozwi¹zania w odniesieniu do procesu, produktu (towaru lub us³ugi), marketingu lub organizacji. Odsetek polskich firm stawiaj¹cych na innowacyjne produkty i us³ugi jest wci¹ bardzo niski, ale ponad 35% ma³ych i œrednich firm planuje wprowadziæ na rynek nowe produkty i us³ugi. W 1912 r. Schumpeter 4 po raz pierwszy w historii ekonomii sformu³owa³ piêæ przypadków pojawienia siê kombinacji ró nych materialnych elementów i produkcyjnej si³y cz³owieka, które nazwa³ póÿniej innowacjami. Istot¹ tych kombinacji jest: 1) wytworzenie nowego produktu lub wprowadzenie na rynek towarów o nowych w³aœciwoœciach, 1. Podrêcznik Oslo, Zasady Gromadzenia I Interpretacji Danych Dotycz¹cych Innowacji. Pomiar dzia³alnoœci naukowej i technicznej. 2. Ca³y tekst niniejszej ksi¹ ki jest dostêpny w Internecie pod poni szymi adresami: Organizacja Wspó³pracy Gospodarczej i Rozwoju. 4. Schumpeter J.A.,1960: Teoria rozwoju gospodarczego, PWN, Warszawa, s

21 2) pos³u enie siê now¹ metod¹ produkcyjn¹, 3) znalezienie nowego rynku zbytu, 4) zdobycie nowych Ÿróde³ surowców, 5) wprowadzenie nowej organizacji, np. utworzenie monopolu lub jego likwidacja. 2. Uwarunkowania rozwoju innowacji w zakresie polityki energetycznej Polityka energetyczna Polski do 2030 roku poprzez dzia³ania inicjowane na szczeblu krajowym wpisuje siê w realizacjê celów polityki energetycznej okreœlonych na poziomie Wspólnoty Europejskiej (realizacja pakietu klimatyczno-energetycznego UE). Definiuje ona nastêpuj¹ce podstawowe kierunki polskiej polityki energetycznej: poprawê efektywnoœci energetycznej, wzrost bezpieczeñstwa dostaw paliw i energii, rozwój wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii, w tym biopaliw, rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii, ograniczenie oddzia³ywania energetyki na œrodowisko. Polityka energetyczna Polski do 2030 roku ma spe³niaæ podane ni ej funkcje. D¹ y do wzrostu bezpieczeñstwa energetycznego kraju przy zachowaniu zasady zrównowa onego rozwoju. Wa nym elementem poprawy bezpieczeñstwa energetycznego jest rozwój energetyki rozproszonej, wykorzystuj¹cej lokalne Ÿród³a energii, jak biomasa czy inne OZE 5. Rozwój tego typu energetyki pozwala równie na ograniczenie inwestycji sieciowych, w szczególnoœci w systemu przesy³owego. System zachêt dla energetyki rozproszonej w postaci systemów wsparcia dla OZE i kogeneracji bêdzie skutkowa³ znacznymi inwestycjami w energetykê rozproszon¹. W zakresie wykorzystania biomasy szczególnie preferowane bêd¹ rozwi¹zania najbardziej efektywne energetycznie, miêdzy innymi z zastosowaniem ró nych technik jej zgazowania i przetwarzania na paliwa ciek³e, w szczególnoœci biopaliwa II generacji i nastêpnych. Równie wykorzystanie biogazu pochodz¹cego z wysypisk œmieci, oczyszczalni œcieków i innych odpadów. Istotnym staje siê stosowanie rozwi¹zañ, w szczególnoœci przy wykorzystaniu innowacyjnych technologii, które zapewni¹ stabilnoœæ pracy systemu elektroenergetycznego. Dzia³ania w tym obszarze obejmuj¹: wypracowanie œcie ki dochodzenia do osi¹gniêcia 15% udzia³u OZE w zu yciu energii finalnej w sposób zrównowa ony, w podziale na poszczególne rodzaje energii: energiê elektryczn¹, ciep³o i ch³ód oraz energiê odnawialn¹ w transporcie, utrzymanie mechanizmów wsparcia dla producentów energii elektrycznej ze Ÿróde³ odnawialnych, np. poprzez system œwiadectw pochodzenia, 5. Odnawialne Ÿród³a energii 22

22 utrzymanie obowi¹zku stopniowego zwiêkszania udzia³u biokomponentów w paliwach transportowych, tak aby osi¹gn¹æ zamierzone cele, wprowadzenie dodatkowych instrumentów wsparcia zachêcaj¹cych do szerszego wytwarzania ciep³a i ch³odu z odnawialnych Ÿróde³ energii, wdro enie kierunków budowy biogazowni rolniczych, przy za³o eniu powstania do roku 2020 œrednio jednej biogazowni w ka dej gminie, utrzymanie zasady zwolnienia z akcyzy energii pochodz¹cej z OZE, bezpoœrednie wsparcie budowy nowych jednostek OZE i sieci elektroenergetycznych, umo liwiaj¹cych ich przy³¹czenie z wykorzystaniem funduszy europejskich oraz œrodków funduszy ochrony œrodowiska, w tym œrodków pochodz¹cych z op³aty zastêpczej, stymulowanie rozwoju potencja³u polskiego przemys³u, produkuj¹cego urz¹dzenia dla energetyki odnawialnej, w tym przy wykorzystaniu funduszy europejskich, wsparcie rozwoju technologii oraz budowy instalacji do pozyskiwania energii odnawialnej z odpadów zawieraj¹cych materia³y ulegaj¹ce biodegradacji (np. odpadów komunalnych zawieraj¹cych frakcje ulegaj¹ce biodegradacji), Oprócz ww. dzia³añ, kontynuowana bêdzie realizacja Wieloletniego programu promocji biopaliw i innych paliw odnawialnych w transporcie na lata , przyjêtego przez Radê Ministrów w dniu 24 lipca 2007 roku. Wszystkie te dzia³ania dotycz¹ równie innowacji. 3. Klasyfikacja innowacji Ze wzglêdu na obszary mo na wyró niæ: innowacje techniczne - dotycz¹ce wprowadzania przez przedsiêbiorstwo nowych rozwi¹zañ w miejsce istniej¹cych produktów i technologii oraz innowacje organizacyjne zmieniaj¹ce w przedsiêbiorstwie systemy zarz¹dzania i organizacjê procesów tworzenia produktów. Stosuj¹c dalsz¹ klasyfikacjê, mo na wyró niæ nastêpuj¹ce rodzaje innowacji (Drucker P.F., 1992, Pomykalski A., 2001): innowacje procesowe - Innowacje procesowe to wprowadzenie do praktyki w przedsiêbiorstwie nowe lub znacz¹co ulepszone metody produkcji. Zastosowane w przedsiêbiorstwie nowe i ulepszone procesy technologiczne, maszyny, urz¹dzenia i narzêdzia, oprogramowanie oraz sposób tworzenia i œwiadczenia us³ug. innowacje produktowe - Innowacje produktowe to wprowadzenie na rynek przez przedsiêbiorstwo nowego, kluczowego z punktu widzenia firmy towaru lub us³ugi, b¹dÿ znacz¹ce ulepszenie oferowanego uprzednio towaru lub us³ugi. innowacje marketingowe - Innowacje marketingowe to zastosowanie w dzia- ³alnoœci nowej metody marketingowej, istotnie ró ni¹cej siê od dotychczasowej. Innowacje tego typu obejmuj¹ znacz¹ce z punktu widzenia dzia³alnoœci przedsiêbiorstwa zmiany w wygl¹dzie produktu, jego opakowaniu, promocji, polityce cenowej. innowacje organizacyjne - Innowacje organizacyjne to zastosowanie w przed- 23

23 24 siêbiorstwie nowej metody organizacji jego dzia³alnoœci, nowej organizacji miejsc pracy lub relacji zewnêtrznych. Ze wzglêdu na sposób, w jaki s¹ wprowadzane, mo na wyró niæ: Innowacje systemowe - wynikaj¹ z przyjêtego w przedsiêbiorstwie systemu ich tworzenia. Innowacje jednostkowe - s¹ odpowiedzi¹ na pojawiaj¹ce siê okazje lub zagro enia. 4. Finansowanie projektów innowacyjnych w zakresie OZE Nak³ady finansowe na dzia³alnoœæ innowacyjn¹ w zakresie OZE obejmuj¹ podany ni ej zakres: 1. Prace badawczo-rozwojowe (B+R) zwi¹zane z opracowywaniem nowych i ulepszonych produktów (innowacji produktowych) i procesów (innowacji procesowych), wykonane przez w³asne zaplecze rozwojowe (tzw. nak³ady wewnêtrzne) lub nabyte od innych jednostek (tzw. nak³ady zewnêtrzne). 2. Zakup gotowej technologii w postaci dokumentacji i praw (licencji, praw patentowych, ujawnieñ know-how itp.). 3. Oprogramowanie [koszty zakupu, opracowania (doskonalenia) i adaptacji (aktualizacji)]. 4. Zakup i monta maszyn i urz¹dzeñ oraz budowê, rozbudowê i modernizacjê budynków s³u ¹cych wdra aniu innowacji. 5. Szkolenie personelu zwi¹zane z dzia³alnoœci¹ innowacyjn¹, pocz¹wszy od etapu projektowania a do fazy marketingu; obejmuj¹ one zarówno nak³ady na nabycie zewnêtrznych us³ug szkoleniowych, jak i nak³ady na szkolenie wewn¹trzzak³adowe, mog¹ to byæ np. koszty kszta³cenia personelu w zakresie obs³ugi komputerów zwi¹zanych z wprowadzanymi innowacjami itp. 6. Marketing dotycz¹cy nowych i ulepszonych produktów, czyli wydatki na wstêpne badania rynku, testy rynkowe, przystosowanie produktów do wymogów ró - nych rynków, reklamê, itp., z wy³¹czeniem nak³adów na organizacjê sieci dystrybucyjnych dla nowych produktów. 7. Pozosta³e przygotowania do wprowadzenia innowacji technicznych, obejmuj¹ce w szczególnoœci opracowywanie procedur (w tym kontroli jakoœci), norm, dokumentacji technicznej (specyfikacji), ³¹cznie z testami koñcowymi. W Polsce istnieje du o mo liwoœci finansowania przedsiêwziêæ innowacyjnych w zale noœci od beneficjenta i wielu innych uwarunkowañ. Œrodki na finansowanie takich przedsiêwziêæ mo na pozyskaæ ze Ÿróde³ polskich i bezpoœrednio w Unii Europejskiej. Podstawowym programem wspomagaj¹cym dzia³alnoœæ innowacyjn¹ w UE jest Program Ramowy na rzecz konkurencyjnoœci i innowacji (CIP). Jednym z jego zadañ jest to, e powinien przyczyniæ siê do realizacji celów strategii lizboñskiej w zakresie wzrostu gospodarczego i zatrudnienia. Bud et programu na lata to oko³o 3,6 mld euro.

24 Ze œrodków programu CIP wspierane s¹ m.in. nastêpuj¹ce dzia³ania: zwiêkszanie konkurencyjnoœci europejskich przedsiêbiorstw, zw³aszcza ma- ³ych i œrednich firm, promocja innowacji, w tym innowacji ekologicznych, u³atwianie dostêpu do finansowania na rozpoczêcie i rozwój dzia³alnoœci MSP, przyspieszanie tworzenia konkurencyjnego, innowacyjnego spo³eczeñstwa informacyjnego, promocja efektywnoœci energetycznej oraz odnawialnych Ÿróde³ energii we wszystkich sektorach gospodarki, w tym w transporcie. Nowe pañstwa cz³onkowskie Unii Europejskiej, w tym Polska, otrzyma³y dodatkowe, poza funduszami UE, Ÿród³o wsparcia. Zaoferowa³y je miêdzy innymi Szwajcaria i Norwegia. Celem tych Programów jest zmniejszanie ró nic spo³eczno-gospodarczych istniej¹cych miêdzy Polsk¹ a wy ej rozwiniêtymi pañstwami UE oraz ró nic miêdzy regionami naszego kraju. Zapowiadany jest nowy nabór wniosków z tych funduszy w 2012 roku. Jednak najwiêcej œrodków finansowych na projekty polskich przedsiêbiorców zwi¹zanych z wdra aniem innowacji, pobudzaniem do wspó³pracy œrodowisk naukowych i gospodarczych pochodzi z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka oraz szesnastu Regionalnych Programów Operacyjnych w województwach. Wsparcie projektów energetycznych z zakresu odnawialnych Ÿróde³ energii istnieje na poziomie krajowym dzia³anie 9.4. Wytwarzanie energii ze Ÿróde³ odnawialnych Programu Operacyjnego Infrastruktura i Œrodowisko. Projekty innowacyjne mog¹ byæ finansowane w ró ny sposób: ze œrodków w³asnych, dotacj¹, kredytem, po yczk¹, obligacjami, leasingiem, wspóln¹ inwestycj¹ (Joint Implementation - JI), finansowane przez trzeci¹ stronê (Energy Service Company - ESCO), partnerstwem publiczno-prywatnym, funduszami Venture capital 6 - kapita³ finansuj¹cy przedsiêwziêcia we wczesnej fazie funkcjonowania (zasiew, start) lub fazie ekspansji. Podmioty zapewniaj¹ce tego typu œrodki, akceptuj¹c wysokie ryzyko, oczekuj¹ wysokiego zwrotu z inwestycji. Szczególn¹ form¹ wsparcia finansowego jest pomoc publiczna (pañstwa). Przez pomoc publiczn¹ rozumie siê wszelk¹ pomoc przyznawan¹ przez pañstwo lub ze œrodków pañstwowych bez wzglêdu na formê. Pomoc taka jest konieczna wtedy, gdy dostêpne procesy technologiczne uniemo liwiaj¹ produkowanie po kosztach porównywalnych z produkcj¹ w sposób konwencjonalny

25 Szczegó³y regulacji pomocy publicznej okreœla Traktat o funkcjonowaniu Unii Europejskiej. Pomoc przyznana przez Pañstwo Cz³onkowskie, która grozi zak³óceniem konkurencji poprzez sprzyjanie niektórym przedsiêbiorstwom lub produkcji niektórych towarów, jest niezgodna ze wspólnotowym rynkiem. Szczególnie w zakresie, w jakim wp³ywa na wymianê handlow¹ miêdzy Pañstwami Cz³onkowskimi. W prawie polskim zasady postêpowania w sprawach dotycz¹cych udzielania pomocy publicznej okreœlone zosta³y w Ustawie z dnia 8 stycznia 2010 r. o zmianie ustawy o postêpowaniu w sprawach dotycz¹cych pomocy publicznej ( Dz. U. z 2010 r. Nr 18, poz. 99). W ustawie tej okreœlono warunki i zasady udzielania pomocy ze œrodków publicznych, na³o ono okreœlone obowi¹zki na poszczególne podmioty uczestnicz¹ce w procesie udzielania pomocy oraz okreœlono konsekwencje zwi¹zane z otrzymaniem pomocy. W zakresie odnawialnych Ÿróde³ energii charakter uzyskania wsparcia reguluje Rozporz¹dzenie Ministra Gospodarki z dnia 3 lutego 2009 r. w sprawie udzielania pomocy publicznej na inwestycje w zakresie budowy lub rozbudowy jednostek wytwarzaj¹cych energiê elektryczn¹ lub ciep³o z odnawialnych Ÿróde³ energii. W dokumencie tym okreœlono szczegó³owe przeznaczenie, warunki i tryb udzielania pomocy publicznej. 26 Pomoc publiczna mo e siê odnosiæ do nastêpuj¹cych inwestycji innowacyjnych: nowych inwestycji zwi¹zanych z rozpoczêciem przez przedsiêbiorców dzia- ³alnoœci badawczo-rozwojowej (B+R), wdro enia wyników prac B+R, wdro enia przez MSP w³asnych lub nabytych nowych technologii oraz uruchomienie produkcji nowych wyrobów lub ulepszenie wyrobów produkowanych w oparciu o tê technologiê poprzez dofinansowanie MSP z Funduszu Kredytu Technologicznego z mo liwoœci¹ umorzenia czêœci przyznanego kredytu, doradztwa i inwestycji niezbêdnych do rozwoju dzia³alnoœci B+R prowadzonej przez przedsiêbiorców, w tym prowadz¹cych do uzyskania przez przedsiêbiorcê statusu centrum badawczo-rozwojowego, szkolenia, doradztwa i inwestycji przedsiêbiorstw niezbêdnych do opracowania i wdro enia wzorów u ytkowych i przemys³owych, nowych inwestycji obejmuj¹cych nabycie/zastosowanie nowych, wysoko innowacyjnych rozwi¹zañ w szczególnoœci technologicznych w produkcji i us³ugach, w tym prowadz¹cych do zmniejszenia szkodliwego oddzia³ywania na œrodowisko, nowych inwestycji przedsiêbiorstw z sektora produkcyjnego, obejmuj¹cych zastosowanie innowacyjnych rozwi¹zañ o du ym znaczeniu dla gospodarki z uwagi na wielkoœæ inwestycji i liczbê nowotworzonych miejsc pracy zwi¹zanych z tymi inwestycjami - preferowane bêd¹ rozwi¹zania innowacyjne w skali œwiatowej oraz obejmuj¹ce komponent B+R, nowych inwestycji prowadz¹cych do utworzenia du ej liczby miejsc pracy

26 w przedsiêbiorstwach z sektora nowoczesnych us³ug, w szczególnoœci dla wysoko wykwalifikowanych pracowników (np. w ramach centrów badawczo-rozwojowych), wsparcia dla du ych innowacyjnych projektów realizowanych w sektorze produkcyjnym, wprowadzaj¹cych rozwi¹zania innowacyjne w skali europejskiej i œwiatowej. Benificjentem œrodków finansowych z podstawowych Ÿróde³ finansowania projektów mog¹ byæ zarówno osoby prywatne jak i samorz¹dy oraz przedsiêbiorcy (tabela nr 1). Tabela 1. Beneficjenci œrodków finansowych Wszystkie regiony stosuj¹ konkursow¹ procedurê wy³aniania dofinansowywanych operacji dla przedsiêbiorstw. Wniosek aplikacyjny mo na z³o yæ jedynie w terminie wskazanym w og³oszeniu o naborze wniosków, który ukazuje siê na stronie internetowej instytucji wdra aj¹cej. Finansowanie mog¹ otrzymaæ: przedsiêbiorcy do 50%, samorz¹dy od 40% do 70% (w zale noœci od œredniego dochodu na mieszkañca), inne podmioty do 70%. Unijnymi dotacjami dla przedsiêbiorstw rz¹dzi zasada refundacji, zgodnie z któr¹ wsparcie w formie dotacji wyp³acane jest beneficjentowi dopiero po zakoñczeniu realizacji projektu lub jego okreœlonego etapu. Do czasu wyp³aty refundacji beneficjent zobowi¹zany jest do zapewnienia p³ynnoœci finansowej inwestycji. Miêdzy funduszami unijnymi, krajowymi, regionalnymi mog¹ wyst¹piæ powi¹zania. Jednym z takich jest finansowanie pomostowe polegaj¹ce na pokryciu kosztów projektu w maksymalnej wysokoœci odpowiadaj¹cej kwocie dotacji, a do czasu jej otrzymania. Innym jest finansowanie inwestycyjne dotycz¹ce pokrycia czêœci wk³adu w³asnego ni szymi kosztami oprocentowania czêœci pomostowej kredytu. Projekty na przedsiêwziêcia innowacyjne, w momencie sk³adania wniosku wymagaj¹ opinii oœrodka naukowego lub naukowca o innowacyjnoœci. Recenzja wniosku musi zawieraæ stwierdzenia o innowacyjnoœci. 7. Przyk³ad Ÿróde³ dla Polski 27

27 Zaanga owanie w realizacjê przedsiêwziêcia podmiotu trzeciego, jakim jest bank, w postaci deklaracji do wspó³finansowania projektu, przyjmowane jest przez instytucje wdra aj¹ce fundusze unijne w Polsce z du ¹ aprobat¹. Skrócony czas oceny wniosku o dofinansowanie wystêpuje po stronie administracji w przypadku do³¹czenia okreœlonej dla danego programu/dzia³ania promesy kredytowej. Za ka dy 1% wk³adu w³asnego, wy szego od wymaganego minimum, przyznawane powinny byæ dodatkowe punkty. Przy du ej popularnoœci funduszy Unii Europejskiej i ograniczonym bud ecie te kilka, ³atwych do uzyskania punktów mo e rozstrzygn¹æ o dostêpnoœci unijnej dotacji. Przygotowuj¹c strukturê finansowania projektu, nale y zatem zastanowiæ siê, czy kosztem podniesienia wk³adu w³asnego, poprzez wiêksze zaanga owanie kredytowe, nie zwiêkszymy szans naszego projektu na unijn¹ dotacjê. Monta finansowy projektu czasem niew³aœciwie kwalifikuje koszty. W projektach niekwalifikowalne s¹ wydatki zwi¹zane z podatkiem od towarów i us³ug (VAT), jeœli mog¹ one zostaæ odzyskane w oparciu o przepisy krajowe. Ponadto koszty niekwalifikowane to: koszty prowizji pobieranych w ramach operacji wymiany walut, wydatki poniesione na œrodki trwa³e, które by³y wspó³finansowane ze œrodków krajowych lub wspólnotowych w przeci¹gu 7 lat poprzedzaj¹cych z³o enie wniosku o dofinansowanie projektu, koszty kar i grzywien, a tak e koszty procesów s¹dowych, z wyj¹tkiem wydatków zwi¹zanych z odzyskiwaniem kwot nienale nie wyp³aconych po akceptacji Instytucji Zarz¹dzaj¹cej, koszty realizacji ewentualnych postanowieñ wydanych przez s¹d, wydatki zwi¹zane z umow¹ leasingu, w szczególnoœci wydatki zwi¹zane z podatkiem, mar ¹ finansuj¹cego, odsetkami od refinansowania kosztów, kosztami ogólnymi, op³atami ubezpieczeniowymi. Dodatkowo, niekwalifikowalne w ramach projektu s¹ wydatki poniesione ze œrodków publicznych w ramach wk³adu w³asnego przekraczaj¹ce na zakoñczenie projektu 15% poniesionych i zatwierdzonych wydatków kwalifikowalnych sfinansowanych ze œrodków publicznych. Z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka ju korzystaj¹ i bêd¹ korzystaæ w przysz³oœci zarówno przedsiêbiorstwa, jednostki naukowe i badawcze, jak te instytucje wspieraj¹ce biznes - bez wzglêdu na bran ê, któr¹ reprezentuj¹. Wed³ug za³o eñ 90% z tych funduszy jest przeznaczone na rozwój i badania, innowacje i technologie. Oœrodek naukowy, który chcia³by skorzystaæ ze œrodków programu Innowacyjna gospodarka, musi z³o yæ stosowny wniosek do w³aœciwej instytucji (ich wykaz i wszelkie szczegó³owe dane mo na odnaleÿæ na stronie Œrodki s¹ przydzielane wed³ug tzw. osi priorytetowych, okreœlaj¹ one zakres cz¹stkowych celów, których realizacja pozwoli osi¹gn¹æ cel g³ówny. Wystêpuje wiêc oœ: Badania i rozwój nowoczesnych technologii, której zadaniem jest zwiêkszenie udzia³u nauki w gospodarce, oœ Kapita³ dla innowacji, która ma 28

28 zwiêkszyæ iloœæ przedsiêbiorstw wykorzystuj¹cych innowacyjne rozwi¹zania oraz oœ Polska Gospodarka na rynku Miêdzynarodowym, która ma poprawiæ nasz wizerunek na arenie miêdzynarodowej. W ka dym z tych obszarów inne jednostki (przedsiêbiorstwa, instytucje publiczne, jednostki, sieci naukowe), s¹ promowane do otrzymania konkretnej pomocy pieniê nej. 5. Ocena projektów innowacyjnych w odniesieniu do OZE Przy ocenie projektów do g³ównych kryteriów rankingowych zalicza siê: stopieñ wp³ywu realizacji projektu na cele Programu, wartoœæ dodan¹ projektu, efektywnoœæ projektu, poprawnoœæ i kompletnoœæ opisu projektu, wp³yw na efekty ponadregionalne, komplementarnoœæ z innymi przedsiêwziêciami, ochronê œrodowiska, przygotowanie projektu i beneficjenta. Kryteria merytoryczne, których niespe³nienie powoduje koniecznoœæ uzupe³nienia wniosku: poprawnoœæ analizy finansowej, poprawnoœæ analizy ekonomicznej, poprawnoœæ wyliczenia poziomu dofinansowania, zgodnoœæ zaplanowanych wydatków z wytycznymi w zakresie kwalifikowania wydatków w ramach PO RPW , spójnoœæ wewnêtrzna projektu. Uchybienia w tym zakresie mog¹ zostaæ poprawione przez beneficjenta po wezwaniu Instytucji Poœrednicz¹cej. Kryteria merytoryczne, których niespe³nienie powoduje odrzucenie projektu na etapie oceny merytorycznej: zgodnoœæ z opisem dzia³ania, kwalifikowalnoœæ beneficjenta, spe³nienia warunku minimalnej wartoœci projektu, zgodnoœæ z politykami unijnymi. 6. Przyk³ad projektu realizowanego ze œrodków Programu Operacyjnego Innowacyjna gospodarka T³o projektu S³oma jako produkt uboczny produkcji roœlinnej stanowi cenny surowiec energetyczny. Po zagospodarowaniu niezbêdnych jej iloœci w rolnictwie (produkcja zwierzêca lub inna produkcja rolnicza, np. uprawa pieczarek) nadwy ki 29

29 30 s³omy mog¹ zostaæ wykorzystane do produkcji energii w lokalnych systemach energetycznych. Zasadniczy wp³yw na przebieg procesu spalania oraz na emitowane do atmosfery substancje maj¹ w³aœciwoœci biomasy, w szczególnoœci sk³ad pierwiastkowy, wilgotnoœæ oraz wartoœæ opa³owa. Zbyt wysoka wilgotnoœæ biomasy zmniejsza nie tylko iloœæ uzyskanej energii, przede wszystkim powoduje problemy z prawid³owym prowadzeniem procesu spalania i powoduje podwy szon¹ emisjê zanieczyszczeñ w spalinach i spadek sprawnoœci spalania. Problem do rozwi¹zania S³oma charakteryzuje siê wysokim udzia³em czêœci lotnych, które stanowi¹ oko³o 65% 8. Powoduje to emisjê py³ów podczas jej spalania. Poza tym, podwy szona wilgotnoœæ biomasy mo e powodowaæ problemy w jej magazynowaniu, transporcie i rozdrabnianiu podczas zadawania do paleniska. S³oma podczas zbioru ma wilgotnoœæ 15-20%, w zale noœci od gatunku roœliny i warunków atmosferycznych w czasie zbioru. Nadmiernemu zawilgoceniu ulega 3-8% sk³adowanej s³omy 9. Zawilgocenie, uniemo liwiaj¹ce u ycie s³omy jako paliwa dotyczy 1-5% sk³adowanej s³omy. Problemem do rozwi¹zania by³a techniczna mo liwoœæ suszenia s³omy w miejscu jej zu ycia, która mo e umo liwiæ wykorzystanie mokrych zasobów s³omy. Na rynku nie ma oferty urz¹dzeñ, które mog¹ byæ wykorzystane wprost do suszenia s³omy w belach. Rozwi¹zanie problemu Na tym tle powsta³ projekt pt.:,,opracowanie metod przygotowania biomasy rolnej do energetycznego wykorzystania" finansowany z europejskiego funduszu rozwoju regionalnego w ramach innowacyjnej gospodarki. Do realizacji projektu powo³ano konsorcjum sk³adaj¹ce siê z nastêpuj¹cych jednostek: Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Politechnika Œl¹ska, Politechnika Bia³ostocka, firma Metal Erg, Przedsiêbiorstwo Energetyki Cieplnej w Lubaniu. G³ównym celem projektu by³o opracowanie do wdro enia technologii przygotowania do energetycznego wykorzystania biomasy, g³ównie rolnej - s³omy. Do suszenia wykorzystane zosta³y gazy odlotowe z instalacji spalania s³omy. Suszarka do s³omy dzia³a³a jednoczeœnie jako filtr, czêœci lotne zawarte w spalinach osadzaj¹ siê w suszarni. Poza przedstawionym wy ej g³ównym celem pracy zrealizowano szereg badañ niezbêdnych do realizacji tematu, a jednoczeœnie poszerzaj¹cych wiedzê podstawow¹ z tej problematyki. Nale ¹ do nich: Badania wp³ywu warunków i czasu przechowywania biomasy na jej w³aœciwoœci u ytkowe - energetyczne (zachowanie substancji balastowych, ubytek masy u ytkowej, zmiana w³aœciwoœci fizycznych). Wybrane rodzaje s³omy poddane zosta³y szczegó³owej analizie fizykochemicznej, badana by³a zawartoœæ popio³u, czêœci lotnych i wilgoci, ciep³o spalania, wartoœæ opa³owa oraz zawartoœæ pierwiastków: C, H, N, S, Cl, F, Br. 8. Poskart M., Szecówka L., Radomiak H., 2006: Wp³yw wspó³spalania biopaliw sta³ych, ciek³ych i gazowych w procesie reburningu na stê enie NOx. Energetyka i ekologia. 9. Kowalczyk K.

30 Badania i dobór optymalnych technologii rozdrabniania wstêpnego biomasy z wykorzystaniem odwijacza bel, rozdrabniacza bel i wozu paszowego z frezem za³adowczym - granulacja œrednia (10-50 mm), sieczkarni (granulacja œrednia 50 mm), m³ynkiem bijakowym (granulacja krótka), a tak e badanie zu ycia energii na wy ej wymienione procesy. Badania technologii redukcji sk³adników mineralnych, okreœlenie dostêpnego technicznie standardu. Badania laboratoryjne okreœlaj¹ce stopieñ zagro eñ korozj¹ podczas spalania biomasy. W tym zakresie wykonano modelowe testy nara enia na korozjê specjalnych próbek materia³ów konstrukcyjnych kot³a w trakcie spalania na modelowym stanowisku spalania biomasy. Próbki materia³u konstrukcyjnego po teœcie spalania zosta³y poddane specjalistycznej analizie rentgenograficznej celem oszacowania stopnia zmian powodowanych zagro eniami korozyjnymi. Przeprowadzona zosta³a analiza niskonak³adowych ekonomicznie mo - liwoœci technologicznych redukcji sk³adników mineralnych powoduj¹cych zagro enie korozj¹. Badania laboratoryjne procesu suszenia biomasy rolnej œwie ej i specjalnie przygotowanej w warunkach konwekcji wymuszonej. Badania dotyczy³y s³omy o ró nym stopniu rozdrobnienia. Zbadano kinetykê procesu suszenia (krzywe suszenia i szybkoœci suszenia). Okreœlono wp³yw zmian temperatury czynnika susz¹cego na szybkoœæ suszenia s³omy. Wyniki tych badañ opracowano w postaci krzywych suszenia i szybkoœci suszenia. Wykonano równie badania modelowe procesu spalania, termicznego rozk³adu próbek biomasy z wykorzystaniem metody TGA DTA z detekcj¹ FTIR w ró nych warunkach atmosfery reakcyjnej (Grzybek A. 2011, maszynopis ZIPR/ITP).Na przygotowanych stanowiskach do badañ obiektowych suszenia biomasy w warunkach rzeczywistych przeprowadzono badania suszenia s³omy œwie ej i specjalnie przygotowanej w postaci ca³ych bel i o ró nym stopniu rozdrobnienia. Oceniono wp³yw spalin na parametry suszonej biomasy. Wykonano badania zmiany parametrów czynnika susz¹cego po przejœciu przez warstwê suszon¹, a w tym przeprowadzono analizê sk³adu fizykochemicznego czynnika susz¹cego po procesie. Wykonano badania sk³adu powstaj¹cych odgazów, ze szczególnym zwróceniem uwagi na zagro enie korozj¹. Projekt koñczy siê opracowaniem wytycznych do konstrukcji technicznych instalacji do przygotowania ró nego rodzaju biomasy do wykorzystania energetycznego i opracowaniem za³o eñ konstrukcyjnych suszarki do s³omy. W projekcie znaczn¹ wagê przywi¹zano do wykonania budowy prototypu suszarki do s³omy, a nastêpnie badania prototypu. Efekty Na podstawie przeprowadzonych prac firma MetalErg wykona³a dwie sztuki suszarek i zamontowa³a je w szkole w Wierzchowie. Poni ej przedstawiono, jak pracuje instalacja bez suszarki - widoczny na zdjêciu dym (rys. nr 1) i z suszarkami - zamontowane dwie sztuki. (rys. nr 2). 31

31 W projekcie pokazano, e istnieje mo liwoœæ suszenia s³omy w miejscu jej zu ycia przy wykorzystaniu ciep³a z gazów spalinowych. W ten sposób mo na w efekcie obni yæ koszty eksploatacyjne instalacji na biomasê. Do tej pory ze wzglêdu na brak tradycji i wiedzy wystêpowa³ opór inwestorów przed rozbudow¹ instalacji technologicznych. By³y te obawy zwi¹zane z bezpieczeñstwem po arowym. A tak e obawy o uci¹ liwoœci emisji z instalacji suszarniczych. Bariery te zosta³y prze³amane udan¹ inwestycj¹. Przygotowano równie i zg³oszono do opatentowania suszarniê na s³omê rozdrobnion¹. Rysunek 1. Emisja z komina przy wy³¹czonej instalacji suszarni. (Kowalczyk K. archiwum PO- LBIOM, 2011) Rysunek 2. Emisja z kominów przy pracuj¹cej instalacji suszarni/filtra. (Kowalczyk K. archiwum POLBIOM, 2011) Pomimo 100% finansowania w projekcie napotkano na szereg barier, g³ównie natury organizacyjnej. Otó konsorcjanci przemys³owi nie mog¹ otrzymaæ œrodków finansowych na budowê urz¹dzeñ s³u ¹cych do badañ. Wi¹za³o siê to z dodatkowymi pracami natury pozamerytorycznej dla jednostki naukowej, która w drodze procedury konkursowej otrzyma³a œrodki na realizacjê projektu. Prace dotyczy³y organizacji przetargów, zakupów, wykonawstwa prototypu. Planowany by³ uk³ad pracy, w którym firmy za powierzone przez koordynatora œrodki finansowe same zakupi¹ niezbêdne materia³y. Dotyczy³o to równie przygotowania stanowisk przemys³owych do badañ. Napotkano równie barierê finansow¹ zwi¹zan¹ z podatkiem VAT. W trakcie realizacji (w drugim roku realizacji) okaza³o siê, e podatek VAT powinien byæ pokryty ze œrodków projektu, a nie mo e byæ rozliczany na zasadach ogólnych - tzn. koszt zawarty w projekcie + VAT. Kosztorys projektu powinien byæ przygotowywany w cenach brutto, pomimo tego, e jednostka rozlicza VAT. Kolejn¹ spraw¹ s¹ przetargi, w zasadzie na wszystko, trzeba og³aszaæ, bo zakres rzeczowy w tym wypadku dotyczy jednostki, a nie projektu. Trudnoœci nastrêcza równie ró na interpretacja kosztów poœrednich i ogólnych. Na rozwi¹zanie tych problemów proponujê za³¹czaæ bibliotekê interpretacyjn¹ do ka dej podpisywanej umowy. Wtedy nie bêdzie rozbie noœci w rozumieniu przepisów przez ró ne s³u by, w ró nych jednostkach. W¹tpliwoœci budzi piêcioletni okres trwa³oœci projektów, który powinien byæ zró nicowany w zale noœci od pro- 32

32 jektu. Wynika z tego faktu koniecznoœæ przechowywania elementów, np. zbadanego prototypu, którego nie mo na ju wykorzystaæ do adnych prac. Planuj¹c wydatki w projektach na okresy trzy lub piêcioletnie, nie mo na przewidzieæ inflacji. Zatem z urzêdu powinna byæ ona zaplanowana w umowie. Podobna kwestia odnosi siê do wahañ kursowych. Planuj¹c wydatki po aktualnym kursie euro, trudno jest przy sta³ych stawkach za 1h zrealizowaæ zak³adany w projekcie zakres prac przy kursie euro zmniejszonym o 20%. Przygotowanie projektu wymaga zaanga- owania pracy czêsto kilkuosobowego zespo³u przez znaczny czas. Wydaje siê, e czas przygotowania projektu powinien byæ okreœlony we wniosku projektowym, a nastêpnie odliczony od kosztów projektu, np. na korzyœæ jednostki, która udostêpnia swoje wyposa enie dla realizatorów. 7. Bariery we wdra aniu wyników nauki do praktyki w zakresie energii z biomasy Do g³ównych sektorów, w których mo na wykorzystaæ biomasê na cele energetyczne, nale y: rolnictwo, budownictwo, turystyka i rekreacja. Ponadto biomasa po przetworzeniu mo e byæ wykorzystywana w innych sektorach, np. w transporcie, przemyœle. Rozwa aj¹c dalej szczegó³owo, w rolnictwie biomasa mo e byæ wykorzystana na cele grzewcze bytowe i produkcyjne. A szczególnie w nastêpuj¹cych procesach: ogrzewania i ch³odzenia oraz do produkcji energii elektrycznej. Mo na okreœliæ podane ni ej dzia³y, w których mo e byæ zastosowana. suszarnictwo, do ogrzewania szklarni i tuneli foliowych, do przygotowania ciep³ej wody u ytkowej do celów domowych i gospodarskich, w przetwórstwie rolno-spo ywczym. do produkcji paliw p³ynnych (np. biopaliwo rzepakowe), do produkcji energii elektrycznej w systemach CHP. W sektorze turystyczno-rekreacyjnym wykorzystanie poszczególnych Ÿróde³ energii mo e byæ analogiczne jak w rolnictwie. W budownictwie biomasa mog¹ byæ wykorzystywana do: przygotowania ciep³ej wody u ytkowej do celów bytowych, ogrzewania budynków. Istnieje szereg barier ograniczaj¹cych rozwój energetyki wykorzystuj¹cej odnawialne Ÿród³a energii, w tym z biomasy. Stanowi¹ one zespó³ czynników o charakterze psychologicznym, spo³ecznym, instytucjonalnym, prawnym i ekonomicznym. 33

33 Mo na wyodrêbniæ nastêpuj¹ce grupy barier: bariera prawna i finansowa, bariera informacyjna, bariera dostêpnoœci do urz¹dzeñ i nowych technologii, bariera edukacyjna, bariera wynikaj¹ca z potrzeby ochrony krajobrazu. Wieloletnia tradycja stosowania wêgla jako g³ównego paliwa energetycznego, stosowane w przesz³oœci dotacje do energetyki i niskie ceny tradycyjnych noœników energii znacznie utrudnia³y wprowadzenie energii ze Ÿróde³ odnawialnych (w tym z biomasy). Barier¹ trudn¹ do przezwyciê enia czêsto s¹ wysokie nak³ady inwestycyjne na instalacje, szczególnie dla osób prywatnych. Uwzglêdniaj¹c aspekt ekonomiczny, trzeba wzi¹æ pod uwagê, e wy sza cena energii wyprodukowanej ze Ÿróde³ odnawialnych (w porównaniu z klasycznymi Ÿród³ami) przy ich lokalnym wykorzystaniu, mo e byæ pomniejszona o koszty transportu biomasy. Jedn¹ z podstawowych barier jest brak ustawy o odnawialnych Ÿród³ach energii okreœlaj¹cych w sposób jednoznaczny program i politykê w zakresie wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii. Energetyka odnawialna wymaga wspó³pracy ró nych ministerstw, co zdecydowanie wyd³u a drogê do podejmowania dzia³añ prawnych. Z dzia³aniami prawnymi wi¹ ¹ siê mo liwoœci uzyskania wsparcia ekonomicznego. Inn¹ barier¹ bywa d³ugi okres wyczekiwania od momentu z³o enia wniosku o dofinansowanie - na jego efekt - rozpatrzenie pozytywne lub negatywne. W momencie przyznania œrodków finansowych jednostce mo e wyst¹piæ brak spójnoœci miêdzy interpretacj¹ przepisów donatora i beneficjenta szczególnie w zakresie interpretacji pozycji kosztów poœrednich lub kosztów ogólnych projektu. Niekorzystnie oddzia³ywaj¹ równie na realizacjê projektu zmiany przepisów w trakcie realizacji projektu, zwiêkszaj¹c czêsto iloœæ wykonanej pracy, która nie jest pokrywana ze œrodków projektu. Przyk³adem mo e byæ zmiana terminu p³atnoœci wynagrodzeñ, np. z koñca miesi¹ca na pocz¹tek nastêpnego, np. 10. Je eli taka sytuacja zdarza siê na prze³omie roku, to wymaga zmiany ca³ego harmonogramu i aneksowania umowy, bo skutkuje przesuniêciem œrodków o rok. Przy wdra aniu nowych inwestycji dla energetycznego wykorzystania biomasy w ramach œrodków programu Innowacyjna gospodarka czêsto wysuwa siê problem ograniczonej bazy danych lub jej dostêpnoœci o potencjale energetycznym danego Ÿród³a odnawialnego w Polsce. Przy czym w zale noœci od rodzaju Ÿród³a, informacje o potencjale energetycznym Ÿróde³ s¹ bardzo zró nicowane. Laikowi czêsto wydaje siê, e baza danych dotycz¹cych, np. biomasy jest ³atwo dostêpna. Mo e byæ ona uzyskiwana czy to z danych zamieszczanych w rocznikach statystycznych, lub z publikacji ró nych oœrodków naukowych w ca³ym kraju. Jednak e uzyskanie ju opracowanych uœrednionych danych dla biomasy leœnej i rolnej z ró nych kierunków pochodzenia jest znacznie trudniejsze, co przede wszystkim wi¹ e siê z wysok¹ cen¹ takiej bazy danych. Wynika to z ci¹g³ej pracy dotycz¹cej aktualizacji, zmiany warunków upraw rolnych i ich op³acalnoœci. Nie ma praktycznie w Polsce równie pe³nej bazy danych o instytucjach, placówkach 34

34 naukowo-badawczych, firmach konsultingowych zajmuj¹cych siê tematyk¹ energetycznego wykorzystania biomasy. Podobna sytuacja wystêpuje w przypadku danych o producentach i firmach sprzedaj¹cych instalacje pozyskuj¹ce energiê z biomasy. Celowym jest wiêc koordynowanie na szczeblu centralnym, rz¹dowym programami edukacyjnymi, szkoleniowymi, badawczo-rozwojowymi i wdro- eniowymi oraz organizowanie szeroko pojêtej bazy danych zwi¹zanej z energetycznym wykorzystaniem biomasy (energetyk¹ odnawialn¹). W celu poznania autentycznego stanu wykorzystania energii z biomasy nale a³oby przeprowadziæ ankietyzacjê gmin polskich. Kolejnym ograniczeniem jest bariera dostêpnoœci do urz¹dzeñ i nowych technologii po dostêpnych kosztach. Kot³y na biomasê s¹ równie budowane sposobem gospodarczym z udzia³em rzemieœlników niemaj¹cych doœwiadczenia w budowie takich instalacji. W celu zmiany istniej¹cego stanu nale y prowadziæ szeroko pojêt¹ akcjê promocyjn¹, reklamow¹ i szkoleniow¹. Konieczne jest organizowanie ró nych form doradztwa. Szczególn¹ uwagê nale y zwróciæ na w³aœciw¹ adaptacjê proponowanych rozwi¹zañ technologicznych i systemowych do warunków polskich. Kolejn¹ przeszkod¹ w rozwoju energetyki odnawialnej jest bariera edukacyjna i zwi¹zana z ni¹ bariera informacyjna. W szko³ach na poziomie œrednim nie ma praktycznie programów edukacyjnych dotycz¹cych energetyki Ÿróde³ odnawialnych. Wprowadzone s¹ przedmioty zwi¹zane z ochron¹ œrodowiska, lecz przede wszystkim zwi¹zane s¹ one z tematyk¹ ska enia œrodowiska w wyniku oddzia³ywania na nie energetyki konwencjonalnej i z zagadnieniem poszanowania energii ujêtym w sposób tradycyjny. Problem bariery edukacyjnej mo e byæ rozwi¹zany dziêki uzupe³nieniu przedmiotów nauczania w szko³ach o elementy energetyki niekonwencjonalnej. Brak wiedzy o mo liwoœciach efektywnego wykorzystania energii ze Ÿróde³ odnawialnych w ró nych dziedzinach gospodarki krajowej powoduje, e w spo³eczeñstwie polskim nie ma œwiadomoœci o poszanowaniu energii poprzez stosowanie energii odnawialnych. Brak wiedzy na ten temat jest tak e zwi¹zany z barier¹ informacyjn¹. Bariera informacyjna dotyczy praktycznie ca³ego spo³eczeñstwa, w tym kadr in ynierskich i decydenckich. Jednoczeœnie brak informacji wystêpuje u potencjalnych inwestorów i odbiorców energii ze Ÿróde³ odnawialnych. Kolejne ograniczenie, które nale y przezwyciê yæ, to bardzo istotna bariera aspektów finansowych i prawnych (np. zwi¹zanych z budow¹ biogazowni). Stosowanie systemów wykorzystuj¹cych biomasê w wielu przypadkach nie jest uzasadnione ekonomicznie w naszym kraju. Sytuacja taka jest zwi¹zana z polityk¹ energetyczn¹ pañstwa. Najistotniejsza jest bariera kosztów inwestycyjnych. W wiêkszoœci przypadków nak³ady inwestycyjne s¹ bardzo wysokie. Choæ koszty eksploatacyjne s¹ niskie, to graniczny czas zwrotu nak³adów inwestycyjnych jest wzglêdnie d³ugi. Dlatego niezbêdne jest wsparcie finansowe szczególnie przy wdra aniu innowacyjnych przedsiêwziêæ. Jedn¹ z barier szczególnie widoczn¹ w ma³ych i œrednich przedsiêbiorstwach jest bariera œwiadomoœci wyra aj¹ca siê w niedocenianiu, a czêsto wrêcz w nie- 35

35 zrozumieniu roli i znaczenia innowacji w dzia³alnoœci gospodarczej, w tym ich wp³ywu na rozwój przedsiêbiorstwa. Wymaga to przekonania ma³ych i œrednich przedsiêbiorców, e szeroko rozumiana dzia³alnoœæ innowacyjna - polegaj¹ca na wprowadzaniu postêpowych zmian nie tylko w produktach i technologiach wytwórczych, ale tak e w sferze organizacji i funkcjonowania przedsiêbiorstwa stanowi warunek podstawowy w ich funkcjonowaniu. Kierunek drugi to prze³amywanie bariery braku wiedzy. Bowiem stopieñ znajomoœci problematyki innowacyjnej wœród kadry kierowniczej MSP jest znikomy (ma³o firm s³ysza³o o paliwach drugiej i dalszych generacji). Problematyka ta, tylko w zakresie dotycz¹cym ochrony w³asnoœci przemys³owej i intelektualnej, jest praktycznie w naszym systemie edukacyjnym nieznana. Zmniejszeniu podstawowych barier innowacyjnoœci MSP, to jest bariery œwiadomoœci i bariery wiedzy innowacyjnej s³u yæ mo e materia³ zawarty w poradniku autorstwa A. Sosnowskiej i innych (2005). 8. Sugestie rozwi¹zañ we wdra aniu wyników badañ do praktyki Aktualnie trwaj¹ prace w Ministerstwie Gospodarki nad przygotowaniem projektu ustawy okreœlaj¹cej politykê Pañstwa w zakresie racjonalnego u ytkowania Ÿróde³ odnawialnych. Projekt ustawy powinien byæ przygotowany do koñca 2011 roku i uwzglêdniaæ specyficzne warunki poszczególnych odnawialnych Ÿróde³ energii. W celu rozwi¹zania istniej¹cych barier powinien zostaæ opracowany program rozwijania œwiadomoœci spo³eczeñstwa w dziedzinie poszanowania energii poprzez wykorzystanie energii ze Ÿróde³ odnawialnych w tym biomasy, który w efekcie przyczyni³by siê do wywo³ania popytu na nowe rozwi¹zania pozyskiwania energii ze Ÿróde³ odnawialnych. Opiera³by siê g³ównie na prowadzeniu programów informacyjno-edukacyjnych, szkoleñ oraz prowadzenie kampanii reklamowo-promocyjnej. Celowym jest koordynowanie na szczeblu centralnym, rz¹dowym programami edukacyjnymi, szkoleniowymi, badawczo-rozwojowymi i wdro eniowymi oraz prace zwi¹zane z bazami danych zwi¹zanymi z biomas¹ i z energetyk¹ odnawialn¹. W Prawie energetycznym powinien zostaæ wprowadzony obowi¹zek dokonywania w bilansach energetycznych gmin oceny lokalnych zasobów odnawialnych Ÿróde³ energii, w szczególnoœci biomasy i op³acalnoœci ich wykorzystania. Mo liwoœci wynikaj¹ce z ustawy Prawo energetyczne powinny sk³oniæ gminy do takiego przygotowania planów zaopatrzenia w energiê, który uwzglêdnia³yby ich w³asny potencja³ techniczny, by³aby to informacja dla przysz³ych inwestorów. Nale- a³oby zapewniæ pomoc samorz¹dom lokalnym w przygotowaniu planów zaopatrzenia w energiê oraz racjonalnego wykorzystania energii z uwzglêdnieniem biomasy i innych odnawialnych Ÿróde³ energii przy minimalnych kosztach œrodowiskowych. W celu poznania autentycznego stanu wykorzystania energii z biomasy nale a³oby przeprowadziæ ankietyzacjê gmin polskich oraz prowadziæ inwentaryzacjê Ÿróde³ wykorzystuj¹cych biomasê w kraju i wyniki inwentaryzacji umieszczaæ w ogólnie dostêpnych materia³ach. 36

36 Powinny zostaæ uproszczone procedury uzyskiwania koncesji na produkcjê biopaliw oraz na wytwarzanie energii elektrycznej z biomasy. W gestii organizacji rz¹dowych powinno byæ równie wspieranie adaptacji technologii zagranicznych w warunkach polskich oraz wspieranie programów demonstracyjnych, w szczególnoœci na wy szych uczelniach i w jednostkach badawczorozwojowych. Nadal powinny byæ wspierane programy badawcze i demonstracyjne maj¹ce na celu wdra anie nowych technik i technologii wykorzystania biomasy szczególnie w zakresie udzia³u polskich przedsiêbiorców w programach Unii Europejskiej. Nale y prowadziæ akcje uœwiadamiaj¹ce korzyœci z lokalnego wykorzystania biomasy i innych OZE, a tak e informuj¹ce o mo liwoœciach skorzystania z pomocy finansowej oraz technicznej. 9. Pomoc instytucjonalna w prze³amywaniu barier wdra ania wyników badañ do praktyki Poza wszelkiego rodzaju firmami komercyjnymi umo liwiaj¹cymi pomoc w przygotowaniu wniosków o dofinansowanie inwestycji w OZE na uwagê zas³uguj¹ nastêpuj¹ce organizacje, których g³ównym celem jest wspieranie ma³ych firm. S¹ to: parki technologiczne 10, klastry, inkubatory przedsiêbiorczoœci. Oferty Parków Technologicznych s¹ adresowane do innowacyjnych firm technologicznych zainteresowanych ulokowaniem swojej dzia³alnoœci na terenie Parku. Parki oferuj¹ dobr¹ lokalizacjê, dostêp do bazy naukowej, korzystne œrodowisko gospodarcze, blisk¹ wspó³pracê z instytucjami akademickimi i synergiê w ramach sektora biznesowego. Potencjalni klienci Parku rozpoczynaj¹cy dzia³alnoœæ uzyskuj¹ dostêp do podmiotów gospodarczych, w szczególnoœci w odniesieniu do rynku lokalnego. Park Technologiczny jest miejscem spotkania nauki z przemys³em, usprawnia przetwarzanie innowacyjnych pomys³ów naukowych w nowoczesne rozwi¹zania technologiczne, wdra ane nastêpnie w podmiotach gospodarczych. Park Technologiczny tworzy infrastrukturê dla zapewnienia przedsiêbiorcom warunków do prowadzenia dzia³alnoœci gospodarczej. G³ównie œwiadczy us³ugi w zakresie: pomocy w tworzeniu, rozwoju i promowaniu podmiotów gospodarczych wykorzystuj¹cych nowoczesne technologie, transferu nowych technologii do podmiotów gospodarczych, komercjalizacji wyników badañ naukowych, promocji regionalnych podmiotów proinnowacyjnych, pozyskiwania inwestorów zagranicznych. 10. Definicje pochodz¹ z publikacji PARP pt. Innowacje i transfer technologii - s³ownik pojêæ 37

37 Park Technologiczny to tak e sieæ wspó³pracy ukierunkowanej na integracjê œrodowisk nauki i biznesu. W Parkach Technologicznych mog¹ znajdowaæ siê nowoczesne laboratoria, które powstaj¹ z myœl¹ o studentach, absolwentach, naukowcach, a tak e przedsiêbiorcach, którzy mog¹ korzystaæ z laboratoryjnego sprzêtu i us³ug. Równie mo e siê tam znajdowaæ Regionalny Oœrodek Informacji Patentowej, który informuje, szkoli i doradza w zakresie wiedzy patentowej oraz ochrony w³asnoœci intelektualnej. W Parku Technologicznym mo e równie znajdowaæ siê kompleks konferencyjno-wystawienniczy obejmuj¹cy nowoczeœnie wyposa one sale umo liwiaj¹ce organizacjê spotkañ i konferencji, równie przy zastosowaniu wideokonferencji, a tak e przestrzeñ wystawiennicz¹. Park mo e pomagaæ w us³ugach oko³o biznesowych i w pozyskiwaniu œrodków na innowacyjny rozwój. Klaster to specyficzna forma organizacji produkcji, polegaj¹ca na koncentracji w bliskiej przestrzeni przedsiêbiorstw prowadz¹cych komplementarn¹ dzia³alnoœæ. Klaster jest struktur¹ u³atwiaj¹c¹ przep³yw informacji, sprzyjaj¹c¹ procesom uczenia siê i pobudzaj¹c¹ innowacyjnoœæ. Funkcjonowanie klastra prowadzi do poprawy zdolnoœci konkurencyjnych podmiotów gospodarczych w nim uczestnicz¹cych. Klaster nie jest jednak prost¹ sum¹ poszczególnych podmiotów, ale powsta³¹ w wyniku interakcji i synergii, przestrzenn¹ form¹ organizacji produkcji zwiêkszaj¹c¹ elastycznoœæ i konkurencyjnoœæ. Najczêœciej klastry powstaj¹ spontanicznie, w wyniku lokalnej, oddolnej inicjatywy, nie zaœ dzia³añ w³adz publicznych. Coraz czêœciej jednak w³adze publiczne stosuj¹ instrumenty maj¹ce stymulowaæ wspó³pracê miêdzy lokalnymi aktorami w celu uruchomienia mechanizmów budowy klastrów. Powstanie klastrów mo e te byæ inspirowane przez uniwersytet czy inny oœrodek badawczo-rozwojowy, który realizuje politykê tworzenia sieci z lokalnymi przedsiêbiorstwami. Klastry innowacyjne to skupiska niezale nych przedsiêbiorstw - nowo powsta- ³ych firm innowacyjnych, ma³ych, œrednich i du ych przedsiêbiorstw oraz organizacji badawczych - dzia³aj¹cych w okreœlonym sektorze i regionie oraz maj¹cych na celu stymulowanie dzia³alnoœci innowacyjnej przez promowanie intensywnych kontaktów, wspó³dzielenie zaplecza technicznego oraz wymianê wiedzy i doœwiadczeñ oraz poprzez skuteczne przyczynianie siê do transferu technologii, tworzenia sieci powi¹zañ oraz rozpowszechniania informacji wœród przedsiêbiorstw wchodz¹cych w sk³ad danego klastra. Inkubator technologiczny - wyodrêbniona organizacyjnie, bud etowo i lokalowo jednostka, która zapewnia pocz¹tkuj¹cym przedsiêbiorcom z sektora MŒP pomoc w uruchomieniu i prowadzeniu firmy oferuj¹cej produkt lub us³ugê powsta³¹ w wyniku wdro enia nowej technologii. Organizacyjnie tego typu inkubatory s¹ najczêœciej jednostk¹, prowadz¹c¹ dzia³alnoœæ us³ugow¹, szkoleniow¹ lub naukow¹, której zadaniem jest propagowanie i wspieranie przedsiêbiorczoœci w œrodowisku akademickim, skoncentrowan¹ na preinkubacji, m.in. w formie coraz popularniejszych konkursów biznesplanów. Wybrane w drodze starannej selekcji projekty przygotowane przez studentów, absolwentów, doktorantów i m³o- 38

38 dych pracowników nauki, uzyskuj¹ w IP szerok¹ pomoc merytoryczn¹ i finansow¹, a do momentu stabilizacji rynkowej. Formy wsparcia obejmuj¹ miêdzy innymi doradztwo, informacjê i szkolenia w zakresie: przedsiêbiorczoœci i tworzenia firmy, dostêpu do œrodków z funduszy europejskich, opracowania biznesplanów, prawa gospodarczego itp. Akademicki Inkubator Przedsiêbiorczoœci (AIP) jest specyficznym typem inkubatora przedsiêbiorczoœci, stanowi¹cym przed³u enie procesu dydaktycznego o mo liwoœci przygotowania do praktycznego dzia³ania na rynku oraz weryfikacji wiedzy i umiejêtnoœci we w³asnej firmie. Tworzone w otoczeniu szkó³ wy szych inkubatory s¹ ofert¹ wsparcia studentów i pracowników naukowych w praktycznych dzia³aniach rynkowych. W tego typu jednostkach, oprócz funkcji realizowanych w tradycyjnych inkubatorach, podejmuje siê szereg specyficznych dzia³añ zorientowanych na edukacjê przedsiêbiorczoœci oraz komercjalizacjê nowych produktów i technologii. Inkubator akademicki daje szczególne mo liwoœci rozwoju poprzez dostêp do: uczelnianych laboratoriów i aparatury badawczej; doradztwa technologicznego i patentowego; wiedzy naukowców i studentów przy œwiadczeniu us³ug doradczych i szkoleniowych oraz baz danych o badaczach i wynalazcach, pomys³ach, patentach i technologiach. W wê szym rozumieniu bierze siê pod uwagê funkcje AIP. Organizacyjnie tego typu inkubatory s¹ najczêœciej ogólnouczelnian¹ jednostk¹, prowadz¹c¹ dzia³alnoœæ us³ugow¹, szkoleniow¹ lub naukow¹, której zadaniem jest propagowanie i wspieranie przedsiêbiorczoœci w œrodowisku akademickim, skoncentrowan¹ na preinkubacji, m.in. w formie coraz popularniejszych konkursów biznesplanów. Wybrane w drodze starannej selekcji projekty przygotowane przez studentów, absolwentów, doktorantów i m³odych pracowników nauki, uzyskuj¹ w AIP szerok¹ pomoc merytoryczn¹ i finansow¹, a do momentu stabilizacji rynkowej. Formy wsparcia obejmuj¹ miêdzy innymi doradztwo, informacjê i szkolenia w zakresie: przedsiêbiorczoœci i tworzenia firmy, dostêpu do œrodków z funduszy europejskich, opracowania biznesplanów, prawa gospodarczego itp. Generalnie jednak oczekuje siê wzrostu wydatków pañstwa na badania naukowe i prace rozwojowe prowadzone przez szko³y wy sze, instytuty i jednostki badawczo-rozwojowe do poziomu, który osi¹gaj¹ inne kraje UE. 39

39 Literatura Drucker P.F., 1992: Innowacje i przedsiêbiorczoœæ. Praktyka i zasady, PWE, Warszawa Grzybek A. 2011, maszynopis projektu,,opracowanie metod przygotowania biomasy rolnej do energetycznego wykorzystania", Innowacje i transfer technologii - s³ownik pojêæ, PARP Schumpeter J.A.,1960: Teoria rozwoju gospodarczego, PWN, Warszawa, Sosnowska A., obejko S., K³opotek A., Brdulak J., Rutkowska-Brdulak A., bikowska K., 2005: Wdra aæ Innowacje Technologiczne W Firmie poradnik dla przedsiêbiorców, Warszawa, PARP, Podrêcznik Oslo, Zasady Gromadzenia I Interpretacji Danych Dotycz¹cych Innowacji, Pomiar dzia³alnoœci naukowej i technicznej, 2011, Pomykalski A.: 2001, Innowacje, Politechnika ódzka, ódÿ, 40

40 Dlaczego nie powinno siê spalaæ odpadów komunalnych w kot³ach rusztowych? dr in. Henryk Karcz Politechnika Wroc³awska, Wydzia³ Mechaniczno-Energetyczny, Zak³ad Kot³ów i Turbin Dotychczas powszechnie stosowana technologia termicznej utylizacji wykorzystuje do spalania odpadów kot³y z ró nego rodzaju rusztami. Stosowane kot³y z rusztami schodkowymi, obrotowymi czy wibracyjnymi stwarzaj¹ jednak wiele niedogodnoœci eksploatacyjnych pod wzglêdem niezawodnoœci pracy - du a awaryjnoœæ oraz jakoœæ spalania i selektywnoœæ spalanych odpadów. Kot³y te charakteryzuj¹ siê du ym niedopa³em w postaci karbonizatu w u lu oraz w lotnym koksiku. Ograniczenie emisji substancji szkodliwych do atmosfery metodami pierwotnymi w procesie spalania w kot³ach rusztowych jest równie niemo liwe do zrealizowania. Z uwagi na wysok¹ zawartoœæ NO x i SO x, par metali ciê kich i lotnego popio³u w spalinach opuszczaj¹cych komorê spalania kot³a, koniecznym jest stosowanie drogich metod oczyszczania spalin z emitowanych szkodliwych substancji metodami wtórnymi zainstalowanymi w ci¹gu odprowadzanych spalin do komina. Wyniki badañ fizykochemicznych i kinetycznych podstawowych odmian morfologicznych odpadów wykaza³y, e spalanie mieszaniny odpadów w kot³ach rusztowych prowadzi zawsze do powstania znacznych strat nieca³kowitego i niezupe³nego spalania. Sprawnoœæ termiczna kot³a zostaje obni ona o kilka procent, a strata nieca³kowitego spalania w u lu mo e wynosiæ nawet 30%. 1. Wstêp Sk³ad morfologiczny odpadów komunalnych jest w du ej mierze uzale niony od regionu kraju oraz od rodzaju aglomeracji. Odpady pochodz¹ce z uprzemys³owionej, zurbanizowanej czêœci kraju, morfologicznie znacznie ró ni¹ siê od odpadów pochodz¹cych z obszarów wiejskich czy ma³omiasteczkowych. Niezale nie od tych czynników mo na jednak z ca³¹ pewnoœci¹ przyj¹æ, e g³ównymi sk³adnikami morfologicznymi odpadów niezale nie od ich udzia³u masowego s¹ nastêpuj¹ce substancje organiczne i nieorganiczne: 1) odpady ceramiczne, 2) odpady szklane, 3) odpady metalowe, 4) odpady drewna budowlanego, 5) odpady makulatury papierowej, 6) odpady makulatury kartonowej, 7) odpady tworzyw sztucznych, 41

41 8) odpady PCV, 9) odpady tekstylne, 10) odpady skórzane, 11) odpady gumowe, 12) odpady organiczne pochodzenia roœlinnego, 13) odpady organiczne miêsne, 14) odpady organiczne kostne, 15) brykiety z drewna mieszanego, 16) pelety z drewna mieszanego, 17) osady œciekowe. Odpady 1-3 zawieraj¹ce ceramiczne odpady budowlane, szk³o oraz metale elazne i metale kolorowe s¹ odpadami niepalnymi i powinny byæ usuniête z ogólnej masy odpadów w procesie sortowania rêcznego i sortowania mechanicznego przed procesem termicznej utylizacji. Segregacja i odseparowywanie materia³ów niepalnych ze strumienia utylizowanych odpadów jest wiêc czynnoœci¹ niezbêdn¹ z ekonomicznego punktu widzenia oraz ze strony pewnoœci i niezawodnoœci eksploatacyjnej instalacji. Pozosta³e substancje odpadów (4-14) s¹ to odpady palne organiczne i nieorganiczne. Odpady te powinny podlegaæ segregacji gabarytowej z uwagi na wielkoœæ urz¹dzeñ transportuj¹cych oraz urz¹dzeñ procesu suszenia i procesu termicznego rozk³adu. Zmniejszenie wymiarów gabarytowych, szczególnie drewna budowlanego, powoduje wzrost gêstoœci nasypowej i znaczne obni enie objêtoœci urz¹dzeñ technologicznych instalacji. Dodatkowym rozwi¹zaniem problemu powinno byæ rozdrobnienie odpadów do takich rozmiarów, aby mog³a nast¹piæ peletyzacja, brykietyzacja lub zagêszczenie do postaci kêsów o rozmiarach nie wiêkszych jak 200 mm. Sprasowana postaæ odpadów jest najbardziej ekonomicznym i ekologicznym rozwi¹zaniem logistycznym dostarczania odpadów ze sk³adowiska do instalacji termicznej utylizacji. Powsta³e w wyniku procesu rozdrobnienia i prasowania formowane alternatywne paliwo energetyczne (FAPE) posiada w zale noœci od rodzaju substancji i stopnia sprasowania gêstoœæ nasypow¹ (D r n) w granicach kg/m 3 oraz wilgotnoœæ w granicach (W r ) 5-15%, co w przypadku gêstoœci jest dwukrotnie wiêksze w stosunku do odpadów luÿno u³o onych, a w przypadku wilgoci jest 3-4-krotnie mniejsze od wilgoci materia³u surowego. Wykonanie sortowania i sprasowania odpadów z jednej strony daje wysokokaloryczne paliwo energetyczne (FAPE), a z drugiej strony umo liwia usytuowanie instalacji do termicznej utylizacji odpadów w œrodowisku wysoce zurbanizowanym, lecz posiadaj¹cym mo liwoœci odbioru wytworzonej energii cieplnej w postaci gor¹cej wody, pary technologicznej, pr¹du elektrycznego lub ch³odu. Odpadem, który mo e byæ utylizowany w instalacji, s¹ równie osady œciekowe. Osady œciekowe powinny byæ przed dostarczeniem do instalacji poddane procesowi naturalnego ods¹czenia na lagunach w oczyszczalni œcieków lub powinny byæ odwodnione mechanicznie w wirówkach lub prasach. 42

42 Czêœciowo pozbawiony wody osad œciekowy mo e byæ poddany procesowi termicznej utylizacji samodzielnie lub mo e byæ spalony w dowolnych proporcjach masowych ³¹cznie z FAPE pochodz¹cym z odpadów lub wspó³spalony ³¹cznie z biomas¹. 2. W³asnoœci fizykochemiczne podstawowych sk³adników odpadów, osadów œciekowych i biomasy pochodz¹cej z drewna. W³asnoœci fizykochemiczne podstawowych sk³adników morfologicznych odpadów komunalnych podane zosta³y w tabeli nr 5. W celach porównawczych podano równie w³asnoœci fizykochemiczne biomasy pochodz¹cej z drewna oraz osadów œciekowych pochodz¹cych z oczyszczalni œcieków GOS ódÿ. Parametrami substancji palnej, które w decyduj¹cy sposób wp³ywaj¹ na proces zap³onu, jest zawartoœæ wilgoci i zawartoœæ popio³u. Zawartoœæ wilgoci, sposób jej rozmieszczenia oraz struktura fizyczna substancji mineralnej ma du y wp³yw na szybkoœæ termicznego rozk³adu i szybkoœæ wydzielania gazów pirolitycznych. Substancja mineralna mo e bowiem wchodziæ w chemiczny sk³ad substancji organicznej lub mo e tworzyæ odrêbne struktury po³¹czone fizycznie z substancj¹ organiczn¹ lub mo e otaczaæ je. Wp³yw i oddzia³ywanie substancji mineralnej objawia siê w ró ny, czêsto nieprzewidywalny sposób zarówno w fazie suszenia, w fazie wyjœcia czêœci lotnych, jak i w fazie spalania karbonizatu. Pomijaj¹c ró ne czêste odstêpstwa, mo na generalnie stwierdziæ, e wzrost zawartoœci wilgoci i substancji mineralnej zawsze prowadzi do wzrostu czasu zap³onu substancji palnej. Rozpatruj¹c zawartoœæ wilgoci (W r ) i popio³u (A r ) w przedstawionych w tabeli 1 sk³adnikach morfologicznych odpadów, nale y zaznaczyæ bardzo du y rozrzut szczególnie zawartoœci wilgoci (W r ). W dostarczonej próbce odpadów, zawartoœæ wilgoci poszczególnych sk³adników morfologicznych waha siê od 0,68% do 28,45%. Zawartoœæ wilgoci roboczej (W r ) jest œciœle uzale niona od strukturalnej budowy fizycznej danej substancji. Wilgoæ robocza (W r ), a szczególnie wilgoæ przemijaj¹ca (W p ), jest bowiem œciœle zwi¹zana z wilgotnoœci¹ analityczn¹ (W a ), która jest fizyczn¹ cech¹ danej substancji. Wilgotnoœæ osadów œciekowych w stanie dostarczonym (roboczym), przytoczona jako punkt odniesienia jest bardzo wysoko i siêga 78,12%, natomiast wilgotnoœæ brykietów i peletów pochodz¹cych z drewna, które w stanie luÿnym posiadaj¹ wilgotnoœæ (W r ) oko³o 40 60%, po sprasowaniu posiadaj¹ wilgotnoœæ rzêdu 9,62-11,84%. Zawartoœæ wilgoci materia³ów o bardzo du ej nasi¹kliwoœci mo na znacznie zmniejszyæ na drodze prasowania. Proces ten w istotny sposób obni a balastow¹ zawartoœæ wilgoci w paliwie i w zdecydowany sposób poprawia wartoœæ energetyczn¹ danej substancji, czego wskaÿnikiem jest wartoœæ opa³owa (Q r i). Sk³adnikiem paliwa, który decyduje o czasie ca³kowitego wypalania danej substancji, jest karbonizat (K r ), który pozostaje po odgazowaniu danej substancji. Iloœæ karbonizatu pozosta³ego po odgazowaniu oraz jego struktura fizykochemiczna (sk³ad 43

43 chemiczny i sposób u³o enia siatek krystalicznych wêgla) decyduje o szybkoœci wypalania siê danego sk³adnika morfologicznego odpadów. Czas wypalania poszczególnych struktur morfologicznych wp³ywa na strukturê z³o a wypalanych odpadów (o ile s¹ one wypalone w z³o u np. na ruszcie). Struktura z³o a wp³ywa bowiem w zdecydowany sposób na powsta³¹ stratê kominow¹ (S k ) oraz stratê nieca³kowitego spalania w u lu (S n ). Zawartoœæ karbonizatu (K r ) jako pozosta³oœci po odgazowaniu jest w bardzo znacznej mierze uzale niona od rodzaju morfologicznego odpadów. Najmniejsz¹ iloœæ karbonizatu uzyskuje siê w wyniku odgazowania substancji organicznych pochodz¹cych z miêsnych odpadów zwierzêcych (K r = 3,85%) z makulatury (K r = 3,18 5,23%), oraz osadów œciekowych (K r = 3,57%). Najwy sze iloœci karbonizatu powstaj¹ przy odgazowaniu odpadów pochodz¹cych z PCV (K r = 27,48%), oraz z odpadów skórzanych (K r = 32,84%) i z odpadów gumowych (K r = 46,15%). O szybkoœci wypalania karbonizatu, oraz o sposobie zachowania siê spalanej substancji w istotny sposób decyduje iloœæ oraz sk³ad elementarny substancji mineralnej, z której po spaleniu powstaje popió³. Substancja mineralna mo e bowiem wchodziæ w zwi¹zki chemiczne z pierwiastkami (C, H, O, S, N), które tworz¹ substancjê paln¹ (guma, PCV, koœci) i wówczas jest to tzw. substancja zwi¹zana chemicznie lub mo e nie byæ zwi¹zana chemicznie z substancj¹ paln¹ bêd¹c¹ substancj¹ przybyszow¹, daj¹c¹ siê mechanicznie oddzieliæ, np. w procesie flotacji. Sk³ad chemiczny substancji mineralnej odgrywa natomiast bardzo istotn¹ rolê w procesie termicznych przemian popio³u w trakcie spalania. Pierwiastki metali grupy alkalicznych (Mg, Ca), oraz grupy litowców (Na, K) w bardzo istotny sposób obni aj¹ temperatury fizyczne popio³u (spiekania, miêknienia, topnienia i p³yniêcia). W przeciwieñstwie do tych grup pierwiastkowych, pierwiastki grupy wêglowców (Si), borowców (Al) oraz elazowców (Fe, Co, Ni) charakterystyczne temperatury popio³u znacznie podnosz¹. Oznaczone zawartoœci popio³u (A r ) przedstawione w tabeli nr 5 wykaza³y, e sk³adniki morfologiczne odpadów pochodz¹cych z organicznych substancji roœlinnych i zwierzêcych (poza odpadami kostnymi) zawieraj¹ znacznie mniej popio³u ni odpady pochodzenia przemys³owego typu PCV, guma, skóry, w których pierwiastki chemiczne tworz¹ popió³ w znacznej mierze zwi¹zany chemicznie z pierwiastkami tworz¹cymi substancjê paln¹. Substancjê mineraln¹ w tej grupie odpadów tworz¹ g³ównie pierwiastki: Si, Al, Fe, Co, Ni, które znacznie podnosz¹ do góry charakterystyczne temperatury popio³u, co przedstawia tabela nr 6. Popió³ pochodz¹cy z odpadów roœlinnych i zwierzêcych powstaje g³ównie z pierwiastków grupy: (Ca, Mg, Na, K), które w istotny sposób obni aj¹ charakterystyczne temperatury popio³u w trakcie termicznego nagrzewu. Obni enie temperatur jest na tyle znaczne, e wymaga bardzo uwa nego prowadzenia procesu w takim zakresie, aby nie przekroczyæ temperatury w z³o u spalaj¹cego siê paliwa powy ej 1000 O C, gdy to powoduje oblepienie niespalonego paliwa przez roztopiony u el i znaczny wzrost straty nieca³kowitego spalania w u lu (S n ). 44

44 Zawartoœæ popio³u autochtonicznego w odpadach organicznych, waha siê od 0,5 do 5%, a w odpadach przemys³owych, waha siê od 10 do 20%. Wœród odpadów organicznych jedynie odpady kostne zawieraj¹ du e iloœci popio³u na poziomie A r =25 35%. Oprócz du ej iloœci popio³u, odpady kostne charakteryzuj¹ siê popio- ³em o bardzo niskiej temperaturze spiekania, miêknienia i topnienia. 3. Zakres informacji dotycz¹cych fizykochemicznych i kinetycznych w³asnoœci zasadniczych sk³adników morfologicznych odpadów Zaprojektowanie procesu technologicznego termicznej konwersji odpadów wymaga gruntowego poznania ich w³asnoœci fizykochemicznych i kinetycznych. Informacje dotycz¹ce sk³adu elementarnego, kalorycznoœci, zdolnoœci do suszenia, odgazowania oraz procesu spalania s¹ niezbêdne dla zaprojektowania poszczególnych elementów instalacji, w której realizowany jest proces optymalnego termicznie i bezpiecznego ekologicznie energetycznego recyklingu odpadów. Analiza dotychczas przeprowadzonych wyników oznaczeñ w³asnoœci fizykochemicznych badanych substancji wykaza³a znaczne ró nice zarówno co do zawartoœci wilgoci (W), popio³u (A), jak i wartoœci opa³owej (Q r i) próbek pochodz¹cych z ró nych sk³adników morfologicznych odpadów. Rozrzut okreœlonych parametrów wskazuje na koniecznoœæ doœæ œcis³ego okreœlenia sk³adnika morfologicznego odpadu, który bêdzie poddany procesowi termicznej utylizacji. Z energetycznego punktu widzenia projektowanie instalacji do spalania odpadów komunalnych musi opieraæ siê na bardzo wiarygodnych informacjach dotycz¹cych zawartoœci wilgoci, popio³u, kalorycznoœci, sk³adu elementarnego substancji organicznej i nieorganicznej, stopnia konwersji w gaz pirolityczny w trakcie odgazowania, w³asnoœci fizycznych popio³u w wysokich temperaturach, w³aœciwoœci kinetycznych gazów pirolitycznych i w³aœciwoœci fizykochemicznych karbonizatów. Parametry te musz¹ byæ koniecznie okreœlone dla wybranych odpadów, dla których bêdzie konstruowana instalacja kot³owa. Nie mo na w adnym przypadku per analogie przenosiæ oznaczeñ i wyników badañ dotycz¹cych konwencjonalnych paliw sta³ych na paliwa pochodz¹ce z odpadów. Wystêpuj¹ jednak pewne utrudnienia technologiczne, które musz¹ byæ uwzglêdnione przy projektowaniu instalacji i energetycznego recyklingu odpadów. Utrudnienia te wynikaj¹ z w³asnoœci fizykochemicznych substancji odpadów, a szczególnie z jej czêœci mineralnej. Bardzo wa nym problemem wystêpuj¹cym przy spalaniu odpadów w kot³ach energetycznych s¹ pierwiastki grupy metali alkalicznych, takich jak: wapñ i magnez, grupy azotowców: fosfor i azot, grupy chlorowców: chlor, grupy litowców: sód i potas. Niektóre pierwiastki oddzia³ywaj¹ niekorzystnie na powierzchnie ogrzewalne kot³ów, bêd¹c sprawcami tzw. korozji chlorowej lub zanieczyszczaj¹cych nadmiernie powierzchnie ogrzewalne poprzez tworzenie szklistych pow³ok powsta- ³ych w wyniku kondensacji par, np. Na, K itd. Pierwiastki grupy metali alkalicznych i grupy litowców obni aj¹ znacznie tem- 45

45 peraturê miêknienia popio³u, co prowadzi do za u lowania komór spalania i niszczenia struktury z³o a spalanego paliwa poprzez tworzenie siê ró nego rodzaju spieków. Spalanie odpadów w kot³ach energetycznych z uwagi na sk³ad chemiczny substancji organicznej i nieorganicznej przebiega odmiennie od spalania sta³ych paliw konwencjonalnych. Aby prawid³owo zaprojektowaæ proces spalania odpadów, nale y bezwzglêdnie okreœliæ w³asnoœci fizykochemiczne i kinetyczne zarówno substancji organicznej, jak i nieorganicznej. Wykonane zostaæ zatem musz¹; analiza techniczna, elementarna, fizyczna oraz badania procesu suszenia, pirolizy, zap³onu i spalania badanych sk³adników morfologicznych, które obejmuj¹: 4. Wyniki badañ fizykochemicznych i kinetycznych podstawowych sk³adników morfologicznych odpadów komunalnych 4.1. Analizy techniczne i elementarne Analizy techniczne i elementarne sk³adników morfologicznych odpadów przeprowadzono w Zak³adzie Kot³ów i Turbin ITC i MP Wydzia³u Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wroc³awskiej we wspó³pracy z Zak³adem Chemii i Technologii Wêgli Kamiennych i Pirolitycznych Instytutu Chemii i Technologii Nafty i Wêgla Politechniki Wroc³awskiej. 46 Analizê chemiczn¹ i elementarn¹ wykonano wed³ug odpowiednich norm: wilgoæ (W) wed³ug PN-80/G-04511, popió³ (A) wed³ug PN-80/G-04512, czêœci lotne (V) wed³ug PN-81/G-04516, ciep³o spalania (Q 3 ) wed³ug PN-81/G-U44513, gêstoœæ rzeczywista (d r ) wed³ug PN-81/G-04307, gêstoœæ pozorn¹ (d p ) okreœlono metod¹ rtêciow¹ pod ciœnieniem atmosferycznym, wêgiel (C) wed³ug PN-59/G-04335, wodór (H) wed³ug PN-59/G-04339, azot (N) wed³ug PN-58/G-04345, siarka (S) wed³ug PN-58/G-04340, tlen (O) obliczono jako pozosta³oœæ. Wyniki analizy technicznej i elementarnej badanych prób morfologicznych odpadów przedstawione s¹ w tabeli nr 5. W tabeli przedstawiono równie udzia³ gazów pirolitycznych i karbonizatu otrzymanych w trakcie termicznego rozk³adu badanych substancji w temperaturze 1000 O C, w warunkach szybkiego nagrzewu ( deg/s), jakie panuj¹ w pocz¹tkowej strefie paleniska kot³a rusztowego. Przedstawione wyniki badañ wykaza³y, e poszczególne sk³adniki morfologiczne znacznie ró ni¹ siê miêdzy sob¹ zarówno zawartoœci¹ wilgoci (W r ), która jest w pewnym sensie cech¹ fizyczn¹ danej substancji, jak równie zawartoœci¹ sub-

46 stancji mineralnej, chemicznie zwi¹zanej z substancj¹ organiczn¹, jak i mineraln¹ woln¹-przybyszow¹. Najwy sza zawartoœæ substancji balastowych w postaci wilgoci charakterystyczna jest dla sk³adników morfologicznych pochodzenia roœlinnego i zwierzêcego. Substancje te charakteryzuj¹ siê natomiast bardzo ma³¹ iloœci¹ substancji mineralnych chemicznie zawi¹zanych z substancj¹ organiczn¹. Wyj¹tek stanowi¹ odpady kostne, które posiadaj¹ do 40% udzia³ substancji mineralnej chemicznie zwi¹zanej z substancj¹ organiczn¹. Odpady pochodzenia roœlinnego i zwierzêcego posiadaj¹ bardzo du ¹ zdolnoœæ do wch³aniania wilgoci, co objawia siê zawartoœci¹ wilgoci znacznie powy ej 20%. Najwy sza zawartoœæ wilgoci wystêpuje w osadach œciekowych W r =78,12%. Odpady pochodz¹ce z folii, PCV i gumy charakteryzuj¹ siê bardzo nisk¹ zawartoœci¹ wilgoci. Wilgoæ w ich przypadku jest wy³¹cznie wilgoci¹ powierzchniow¹ zewnêtrzn¹, jej zawartoœæ nie przekracza z regu³y 5%. Substancje te charakteryzuj¹ siê natomiast zwi¹zan¹ chemicznie substancj¹ mineraln¹ z substancj¹ paln¹. Substancja mineralna stanowi ró nego rodzaju wype³niacze, utwardzacze itd., które trwale s¹ zwi¹zane z pierwiastkami zaliczanymi do pierwiastków tworz¹cych substancjê organiczn¹. Stwierdzenie to znajduje odzwierciedlenie w sk³adzie chemicznym karbonizatu otrzymanego w trakcie procesu pirolizy. W karbonizacje oprócz pierwiastka C wystêpuj¹ inne pierwiastki, które wchodz¹ w sk³ad substancji mineralnej. Pierwiastki te impregnuj¹ substancje uk³adów krystalitów wêglowych, z regu³y znacznie spowolniaj¹c proces wypalania ziaren karbonizatów. Oprócz ró nic w zawartoœci sk³adników balastowych (A r, W r ) wystêpuj¹ doœæ znaczne ró nice w sk³adzie elementarnym substancji organicznej. Zawartoœæ pierwiastków C, H, O, od których g³ównie zale y wartoœæ ciep³a spalania (Q c ), zmieniaj¹ siê w doœæ szerokim zakresie, co powoduje znaczne fluktuacje w intensywnoœci wydzielania ciep³a w poszczególnych fazach procesu spalania. Jest to przyczyn¹ wystêpowania znacznych spiêtrzeñ temperaturowych w fazie spalania gazów pirolitycznych prowadz¹cych do przekroczenia dopuszczalnych temperatur miêknienia i spiekania popio³u oraz zatapiania niespalonych czêœci odpadów w aglomeratach substancji u lowej. 47

47 48 Tabela 5. Wyniki analizy technicznej i elementarnej g³ównych sk³adników odpadów komunalnych

48 4.2. Badania procesu spalania Badania procesu spalania prób wyodrêbnionych gatunków morfologicznych odpadów przeprowadzono w temperaturze 1000 O C przy przep³ywie powietrza przez warstwê spalonej substancji. Badania przeprowadzono dla prób o ró nej masie w równowagowych warunkach termodynamicznych. W trakcie badañ okreœlono czas odparowania wilgoci i czas nagrzania próbki Rysunek 11. Czas zap³onu w zale noœci od masy próbki 49

49 do momentu, w którym wydzielaj¹ siê gazy pirolityczne w iloœci niezbêdnej do utworzenia mieszanki palnej zdolnej do zap³onu. Ten okres indukcji zap³onu gazów pirolitycznych oznaczony zosta³ jako czas zap³onu (t z ). Zale noœæ czasu zap³onu (t z ) badanych gatunków morfologicznych w komorze spalania o temperaturze tp=1000 O C (temperaturê tê przyjêto jako œredni¹ wartoœæ wystêpuj¹c¹ w warunkach termicznej utylizacji odpadów na ruszcie) w zale noœci od masy próbki, przedstawia wykres na rysunku nr 11. O czasie zap³onu (t z ) decyduje g³ównie zawartoœæ wilgoci (W r ) i szybkoœæ termicznego rozk³adu substancji organicznej. Najistotniejszym parametrem spalanej substancji decyduj¹cej o jej czasie zap³onu jest zawartoœæ wilgoci. Czas zap³onu (tz) ustalonej masy próbki roœnie proporcjonalnie ze wzrostem zawartoœci wilgoci (W r ) w próbie wejœciowej. W warunkach kot³ów rusztowych zap³on poszczególnych frakcji morfologicznych bêdzie rozci¹gniêty na znaczn¹ d³ugoœæ rusztu, nawet w stosunku jak 1:20. Czas wydzielania i spalania gazów pirolitycznych (t v ) przedstawiony jest na wykresie na rysunku nr 12. Najkrótszy czas wydzielania i spalania gazów pirolitycznych charakterystyczny jest dla odpadów pochodzenia zwierzêcego. Gazy pirolityczne wydzielaj¹ siê w sposób wybuchowy, powoduj¹c eksplozjê substancji miêsnej. W podobny sposób przebiega proces wspó³spalania i spalania gazów pirolitycznych z peletów i brykietów pochodz¹cych z tkanki roœlinnej. Wydzielaj¹ce siê gazy powoduj¹ wzrost ciœnienia wewn¹trz peletu lub brykietu i ich rozpad na drobne elementy, które spalaj¹ siê jako niezale ne, niewielkie fragmenty. Rysunek 12. Czas wydzielania i spalania gazów pirolitycznych w zale noœci od masy próbki 50

50 Proces wydzielania i spalania gazów pirolitycznych odpadów miêsnych - poza kostnymi - peletów, brykietów pochodzenia roœlinnego oraz odpadów pochodzenia roœlinnego jest 3 do 4-krotnie krótszy od czasu spalania gazów pirolitycznych pochodz¹cych z odpadów gumowych, PCV i odpadów kostnych. Niezale nie od gatunku morfologicznego odpadów, proces ich termicznego rozk³adu jest gwa³towny i ma z regu³y charakter wybuchowy-poza odpadami gumowymi, PCV i osadami œciekowymi - po³¹czony z eksplozyjnym mikrospalaniem. W zale noœci od zawartoœci wodoru w substancji organicznej w wytworzonym froncie spalania gazów pirolitycznych temperatura osi¹ga poziom O C. W zale noœci od gatunku morfologicznego odpadów, w fazê gazow¹ przechodzi od 50 do 95% substancji organicznej. Najwiêkszy udzia³ substancji gazowej wystêpuje w przypadku utylizacji odpadów miêsnych. Procentowy udzia³ gazów pirolitycznych w stosunku do masy substancji wyjœciowej jest 6 razy wiêkszy od podobnego stosunku charakterystycznego dla PCV i odpadów gumowych. Stopieñ przemiany substancji organicznej odpadów na fazê gazow¹ posiada odbicie w czasie wypalania karbonizatu pozosta³ego po odgazowaniu utylizowanej substancji. Wykres na rysunku nr 13 przedstawia czas wypalania pozosta³oœci po odgazowaniu spalanej substancji morfologicznej odpadów. Najkrótszy czas spalania pozosta³oœci po odgazowaniu charakterystyczny jest dla peletów, brykietów pochodzenia roœlinnego, makulatury, odpadów pochodzenia roœlinnego i zwierzêcego, odpadów tekstylnych i osadów œciekowych. 2-3 krotnie d³u szy czas wypalania karbonizatu, charakterystyczny jest dla odpadów pochodz¹cych z drewna budowlanego oraz z tworzyw sztucznych. Rysunek 13. Czas spalania pozosta³oœci po odgazowanie w zale noœci od masy próbki 51

51 Najd³u szy czas wypalania charakterystyczny jest dla karbonizatów pochodz¹cych z odpadów PCV, gumy, koœci i skóry. Czas ten jest przeciêtnie 5-6-krotnie d³u szy od czasów wypalania karbonizatów pochodz¹cych z odpadów tkanki zwierzêcej i odpadów roœlinnych. D³ugi czas wypalania karbonizatów pochodz¹cych z PCV i gumy jest spowodowany inhibicyjnym oddzia³ywaniem substancji mineralnych utwardzaj¹cych lub impregnuj¹cych zwi¹zki organiczne substancji wyjœciowych odpadów. Wewnêtrzne struktury chemiczne zawieraj¹ce pierwiastki wchodz¹ce w sk³ad substancji mineralnej spowalniaj¹ proces wyjœcia atomów C z ³añcuchowych uk³adów sieciowych i wejœcie w reakcje z cz¹steczk¹ O 2. Struktury te w znacz¹cy sposób powoduj¹ wyd³u enie czasu wypalania substancji karbonizatu pozosta³ego po fazie odgazowania. Ca³kowity czas spalania (t c ) substancji badanych odpadów w zale noœci od ich masy przedstawia wykres na rysunku nr 14. Rysunek 14. Ca³kowity czas spalania w zale noœci od masy próbki Najkrótszy ca³kowity czas wypalania substancji odpadów charakterystyczny jest dla peletów i brykietów pochodz¹cych z substancji roœlinnych. Ca³kowity czas wypalania Formowanych Alternatywnych Paliw Energetycznych (FAPE) pochodz¹cych z organicznych substancji roœlinnych jest 4-5-krotnie krótszy od czasu spalania odpadów pochodz¹cych ze skóry, PCV i gumy. Odpady pochodz¹ce z tworzyw sztucznych i osady œciekowe spalaj¹ siê oko³o 1,5 raza d³u ej od peletów i brykietów pochodzenia roœlinnego. Grupa odpadów pochodz¹cych z makulatury, drewna budowlanego, odpadów tekstylnych, odpadów zwierzêcych spala siê 2-krotnie wolniej od peletów i brykietów pochodzenia roœlinnego lecz znacznie krócej od odpadów pochodz¹cych ze 52

52 skóry, PCV i gumy. Jest to szczególnie widoczne w przypadku ustalonego rozdrobnienia odpadów. W zakresie okreœlonego rozdrobnienia, ca³kowity lecz inny czas wypalania (t c ) identycznych masowo, lecz niekiedy ró ni¹cych siê geometrycznie, ró nych struktur morfologicznych odpadów powoduje dezorganizacjê procesu spalania warstwy wsadu na ruszcie - niezale nie od jego typu. Jednorodna pocz¹tkowa warstwa paliwa na ruszcie posiadaj¹ca jednakowy opór hydrauliczny dla przep³ywaj¹cego przez dane strefy powietrza, staje siê z powodu ró nych szybkoœci wypalania poszczególnych gatunków morfologicznych, warstw¹ dziuraw¹ o strukturze sera szwajcarskiego. Wypalone substancje odpadów stanowi¹ wolne przestrzenie w warstwie paliwa na ruszcie, przez które przep³ywa swobodnie powietrze przeznaczone do spalania. Nastêpuje ucieczka powietrza, które nie bierze bezpoœredniego udzia³u w utlenianiu pozosta³ych czêœci niespalonego paliwa. Powietrze to bez specjalnych oporów hydraulicznych przep³ywa z nadmiern¹ prêdkoœci¹, powoduj¹c dodatkowe obni enie temperatury nieprzereagowanych karbonizatów, powoduj¹c dalsze obni enia szybkoœci spalania. Nierównomierna szybkoœæ wypalania ró nych gatunków morfologicznych powoduje dezorganizacje struktury warstwy spalaj¹cych siê odpadów na ruszcie, co obrazuje rysunku nr 15. Rysunek 15. Dezorganizacja struktury warstwy spalaj¹cych siê odpadów W wyniku takiej dezorganizacji procesu spalania na ruszcie, znacznie roœnie strata kominowa (S k ), poniewa roœnie iloœæ podawanego powietrza pod ruszt w celu dopalenia niespalonych czêœci karbonizatu. Czêœæ karbonizatu pochodz¹ca z frakcji o najmniejszej reakcyjnoœci w ogóle nie zd¹ y siê spaliæ na ruszcie, powoduj¹c stratê nieca³kowitego spalania w u lu. W tym przypadku strata nieca³kowitego spalania pochodzi g³ównie z tych struktur morfologicznych odpadów, które charakteryzuj¹ siê najni sz¹ reakcyjnoœci¹ i najd³u szym czasem spalania. 53

53 W zale noœci od sk³adu morfologicznego strata ta mo e byæ na tyle znaczna e obni y sprawnoœæ termiczn¹ uk³adu kot³owego nawet o kilka procent. Strata ta stwarza k³opot w postaci u lu, który staje siê odpadem koniecznym do sk³adowania lub do dalszej utylizacji, poniewa bêdzie zawiera³ znacznie powy ej 5% czêœci palnych. 5. Charakterystyki fizyczne popio³u pochodz¹ce z ró nych rodzajów morfologicznych odpadów. Zachowanie siê substancji popio³u podczas procesu spalania (jakiegokolwiek gatunku paliwa sta³ego) okreœlaj¹ charakterystyczne temperatury jakie przechodzi popió³ w trakcie procesu spania. Niezale nie od metody wyznaczenia charakterystycznych temperatur oznaczenie sprowadza siê do okreœlenia: temperatury spiekania (t s ), temperatury miêknienia (t m ), temperatury topnienia (t t ), temperatura p³yniêcia (t p ) Rysunek 16. Charakterystyczne temperatury popio³u 54

54 Tabela 6. Fizyczne temperatury popio³u Charakterystyczne temperatury popio³u badanych struktur morfologicznych odpadów przedstawione zosta³y w tabeli nr 6. Charakterystyczne temperatury popio³u s¹ œciœle uzale nione od sk³adu chemicznego substancji mineralnej spalanych struktur morfologicznych odpadów. Temperatury popio³u ulegaj¹ szczególnemu obni eniu wówczas, gdy w substancji mineralnej wystêpuj¹ du e iloœci Na i K. Poniewa odpady pochodzenia roœlinnego i zwierzêcego zawieraj¹ najwiêksz¹ iloœæ Na i K, dlatego charakterystyczne temperatury ich popio³ów s¹ niskie. Temperatura miêknienia popio³ów pochodzenia roœlinnego wynosi oko³o 710 O C, odpadów miêsnych 890 O C, a odpadów kostnych 950 O C. Najwy sze temperatury miêknienia popio³ów charakterystyczne s¹ dla odpadów pochodz¹cych z tworzyw sztucznych, PCV i gumy. Temperatura miêknienia popio³u pochodz¹cego z tworzyw sztucznych wynosi oko³o 1300 o C. Popió³ pochodz¹cy z drewna, makulatury, tekstyliów i skór posiada temperaturê miêknienia w przedziale O C. Istotne znaczenie maj¹ równie temperatury topnienia i p³yniêcia popio³u odpadów roœlinnych i zwierzêcych, których wartoœci zawieraj¹ siê w przedziale O C. Niskie wartoœci tych temperatur szczególnie w przypadku odpadów kostnych powoduj¹ istotn¹ dezorganizacjê procesu spalania odpadów o niskiej reakcyjnoœci. Powstaje bowiem sytuacja, gdy p³ynna substancja popio³u pochodz¹cego ze spalania odpadów kostnych zatapia niespalony karbonizat pochodz¹cy, np. z odpadów gumowych czy tekstylnych. Oblepione p³ynnym popio³em ziarna karbonizatów s¹ zatopione wewn¹trz pow³oki u lowej. Proces spalania zostaje przerwa- 55

55 ny, a wewn¹trz powstaje niedopa³ w postaci niespalonego karbonizatu, co bardzo dok³adnie obrazuj¹ zdjêcia fragmentu u la pobranego spod rusztu kot³a rusztowego spalarni odpadów w Warszawie. Ró norodnoœæ przebiegaj¹cych zjawisk podczas spalania poszczególnych struktur morfologicznych oraz ich przesuniêcia czasowe powoduj¹ nak³adanie siê niekorzystnych zjawisk, które prowadz¹ do powstania straty nieca³kowitego spalania (S n ) w u lu oraz wzrostu straty kominowej (S k ) spowodowanej niekontrolowanym przep³ywem fa³szywego powietrza przez te fragmenty rusztu, w których nast¹pi³o wczeœniejsze wypalenie najbardziej reakcyjnych odmian morfologicznych odpadów. 6. W jaki sposób mo na uzyskaæ ca³kowite, zupe³ne oraz ekologiczne spalania odpadów komunalnych Przedstawione wyniki badañ fizykochemicznych i kinetycznych wybranych (podstawowych) odmian morfologicznych odpadów w sposób jednoznaczny wykaza³y, e nie mo na prowadziæ procesu termicznej utylizacji odpadów komunalnych stanowi¹cych (dowoln¹) mieszankê ró nych struktur morfologicznych jednoczeœnie w czasie ci¹g³ego procesu przebiegaj¹cego w jednej przestrzeni reakcyjnej. Nak³adanie siê procesów termicznych przebiegaj¹cych w fazie gazowej i w fazie sta³ej, powoduje powstanie niekorzystnych zjawisk, prowadz¹cych do powstania z jednej strony strat w postaci nieca³kowitego spalania fazy sta³ej - karbonizatu, a z drugiej strony powstania, niekorzystnych z ekologicznego punktu widzenia, zwi¹zków gazowych w postaci tlenków azotu (NO x ), tlenków siarki (SOx) oraz chlorowodoru (HCl). Zjawisk tych, spalaj¹c odpady w kot³ach rusztowych, nie da siê unikn¹æ, poniewa s¹ to charakterystyczne w³asnoœci technologiczne dla tego typu uk³adów reakcyjnych. Rozwi¹zaniem problemu jest uk³ad ci¹g³ego procesu termicznego, rozdzielonego jednoczeœnie w czasie i w przestrzeni. Uk³ad taki powstaje wówczas, gdy proces suszenia i odgazowania powstaje w przestrzeni o atmosferze redukcyjnej, w której temperatura jest ni sza od temperatury spiekania popio³u (t s ). Powsta³e w tej czêœci procesu gazy pirolityczne odprowadzone s¹ do przestrzeni komory spalania przy kontrolowanej atmosferze reakcyjnej w okreœlonym re imie temperaturowym, tak aby iloœæ powsta³ych NO x termicznych by³a minimalna. W strefie suszenia i pirolizy powinna byæ równie dokonana redukcja siarki i chloru zawartych w odpadach przy pomocy dodatkowo wprowadzonych zwi¹zków wapnia (CaCO 3 ). Powsta³y w trakcie odgazowania popió³ i karbonizat powinien bezpoœrednio podany byæ do tej czêœci komory spalania, w której oddzielnie od gazów pirolitycznych, w œciœle okreœlonej temperaturze przestrzeni reakcyjnej - poni ej temperatury spiekania (t s ) popio³u - karbonizat zostanie ca³kowicie spalony. Uk³ad technologiczny, gdzie proces termicznej utylizacji jest ci¹g³y i przebiega przy œciœle okreœlonych parametrach termodynamicznych i w okreœlonej atmosfe- 56

56 rze gazowej w poszczególnych fazach procesu termicznej przemiany daje mo liwoœæ ca³kowitego, zupe³nego i w pe³ni ekologicznego procesu spalania. Uk³ad taki zapewnia osi¹gniêcie maksymalnej sprawnoœci termicznej oraz optymalnego bezpieczeñstwa ekologicznego. Tak zaprojektowany uk³ad termicznej utylizacji odpadów komunalnych zrealizowany jest w uk³adzie technologicznym typu K. Uk³ad chroniony jest patentami i zg³oszeniami patentowymi [1-6]. Schemat technologiczny instalacji typu K przedstawiony jest na rysunku nr 17. Instalacja sk³ada siê z uk³adu przygotowania i podawania odpadów wraz z uk³adem podawania katalizatora wapniowego. Proces suszenia i odgazowania inicjowany i podtrzymywany jest przez p³omieñ paliwa wspomagaj¹cego, którego iloœæ jest œciœle uzale niona od zawartoœci wilgoci w podawanych odpadach, oraz zale y od ciep³a rozk³adu utylizowanej substancji. Wydzielany w trakcie odgazowania chlor i tlenki siarki neutralizowane s¹ w tej fazie procesu przez gazowe tlenki wapnia powsta³e w wyniku termicznego rozk³adu CaCO 3. Temperatura w obrotowej komorze suszenia i pirolizy jest œciœle kontrolowana i jest zawsze mniejsza od temperatury spiekania. W komorze obrotowej nastêpuje rozk³ad substancji odpadów na fazê gazów pirolitycznych i sta³¹ fazê karbonizatu. Gazy pirolityczne odprowadzane s¹ do komory fluidalnej, z któr¹ bezpoœrednio ³¹czy siê komora fluidalna. Gazy pirolityczne spalaj¹ siê w górnej czêœci komory fluidalnej w obecnoœci powietrza doprowadzonego w kilku strefach, tak aby temperatura p³omienia nie by³a wy sza od O C. Karbonizat i popió³ odprowadzane s¹ do z³o a fluidalnego, które zamyka komorê fluidaln¹ od spodu. Karbonizat, popió³ i materia³ inertny stanowi¹ substancjê z³o a fluidalnego. Karbonizat w z³o u spala siê w okreœlonej atmosferze tlenowej przy okreœlonej temperaturze kontrolowanej przez sk³ad gazu fluidyzacyjnego i koncentracjê karbonizatu w z³o u. Warunki termiczne s¹ zawsze takie, aby temperatura z³o a nie przekroczy³a temperatury miêknienia popio³u (t m ). Gazy spalinowe na wylocie z komory fluidalnej i komory separacji s¹ czêœciowo oczyszczone z lotnego popio³u, a ca³kowity proces dopalania ewentualnie niespalonych gazów palnych i lotnego koksiku dopalony jest w strefie popromiennej, p³omienia olejowego lub gazowego palnika umieszczonego w komorze dopalania. W górnej czêœci komory dopalania w strefie temperatur O C wdmuchiwany jest w postaci fazy sta³ej lub ciek³ej mocznik, który daje mo liwoœæ zmniejszenia zawartoœci NO x w spalinach na wyjœciu z instalacji kot³owej poni ej 100 mg/um 3. Osi¹gniête efekty termicznej utylizacji odpadów metodami pierwotnymi podczas procesu spalania w instalacji kot³owej praktycznie w ca³ym zakresie spe³niaj¹ normy emisji w fazie gazowej i sta³ej okreœlone przez odpowiednie dyrektywy unijne i rozporz¹dzenia krajowe. 57

57 58 Rysunek 17. Schemat instalacji

58 Prototypy instalacji o mocy od 10 do 40 MW zosta³y zbudowane w Ostrowitym, Jezuickiej Strudze, Wsi E³ckiej, Rojewie i Stalowej Woli. W instalacjach uzyskano ca³kowite i zupe³ne spalanie, przy emisji substancji szkodliwych do otoczenia znacznie poni ej dopuszczalnych norm. Zawartoœæ substancji palnych w popiele jest poni ej 0,5%. 7. Wnioski 1. Odmiany morfologiczne odpadów komunalnych znacznie ró ni¹ siê miêdzy sob¹ zarówno w³asnoœciami fizykochemicznymi, jak i kinetycznymi. 2. Ró nice we w³asnoœciach kinetycznych poszczególnych odmian morfologicznych odpadów uniemo liwiaj¹ ich spalanie jako mieszaniny paliwowej w kot³ach rusztowych. 3. Sk³ad chemiczny substancji mineralnej ró nych odmian morfologicznych jest na tyle odmienny, e utrudnia spalanie mieszaniny odpadów w kotle rusztowym z uwagi na temperatury spiekania popio³ów przynale nych do ró nych odmian morfologicznych. 4. Spalanie odpadów komunalnych w kotle rusztowym powoduje znaczy wzrost straty kominowej (S k ) i straty nieca³kowitego spalania w u lu (S nz ), powoduj¹cych obni enie sprawnoœci termicznej kot³a nawet o kilkanaœcie procent. 5. Znaczna zawartoœæ czêœci palnych w u lu spowodowana jest zatopieniem koksiku w p³ynnym u lu. Powoduje to powstanie u lu o zawartoœci czêœci palnych powy ej 5%, który staje siê odpadem przeznaczonym do sk³adowania lub do dalszej utylizacji. 6. Proces termicznej utylizacji odpadów komunalnych, aby by³ wysokosprawny termicznie i bezpieczny ekologicznie, musi przebiegaæ w warunkach rozdzia³u w czasie i przestrzeni procesów termicznego rozk³adu odpadów oraz spalania gazów pirolitycznych i karbonizatu. 7. Termiczna utylizacja odpadów komunalnych przy pomocy technologii wykorzystuj¹cej kot³y energetyczne z rusztem wêdrownym, schodkowym, wibracyjnym lub wiruj¹cym jest technologi¹ o niskiej sprawnoœci termicznej i niskiej sprawnoœci ekologicznej. Jest technologi¹, w czasie której powstaje sta³y odpad popio³owo- u lowy zawieraj¹cy czêœci palnych do 20% udzia³u masowego. Powsta³y w procesie spalania popió³ jest odpadem, który musi byæ sk³adowany na specjalnie do tego celu przeznaczonych sk³adowiskach lub musi zostaæ poddany procesowi termicznej utylizacji w piecach cementowniczych. 8. G³ówn¹ barier¹ we wdra aniu nowych technologii mog¹cych wykorzystaæ OZE jest brak stacjonarnego zorganizowanego handlowo rynku, surowców biomasowych oraz wysokie koszty instalacji do termicznej utylizacji biomasy. Dotychczas stosowane instalacje do wspó³spalania biomasy z wêglem w tradycyj- 59

59 nych kot³ach energetycznych przynosz¹ wiêksze realne straty materialne ni korzyœci ekologiczne. Wykorzystanie biomasy w racjonalny sposób wymaga budowy drogich niezale nych instalacji energetycznych lub instalacji samodzielnie wspó³pracuj¹cych z istniej¹cymi jednostkami energetycznymi. 9. Dotychczas przeprowadzone prace badawczo-wdro eniowe wykaza³y, e najskuteczniejsza technologia przetworzenia chemicznej energii zawartej w biomasie w energie u ytkow¹ ciepln¹, elektryczn¹ lub ch³ód jest technologia bezpoœredniego spalania biomasy. Ka da cz¹stkowa technologia prowadz¹ca przez rozdzielone etapy termicznego przetwarzania (suszenie, piroliza, wykorzystanie chemiczne lub termiczne produktów termicznego rozk³adu w oddzielnych procesach), zawsze prowadzi do znacznych strat energetycznych i przebiega z obni on¹ sprawnoœci¹ ekonomiczn¹ i ekologiczn¹. Jedynie ci¹g³y proces w specjalnych uk³adach paleniskowych daje optymaln¹ sprawnoœæ termiczna, ekologiczn¹ i maksymalny efekt ekonomiczny. Literatura Karcz H., Butmankiewicz T.: Patent wg zg³oszenia patentowego P z dnia r. pt. Sposób i urz¹dzenia do termicznej utylizacji odpadów organicznych. Karcz H., Butmankiewicz T., Sikorski W.: Sposób i instalacja spalania odpadów zwierzêcych. Patent do zg³oszenia P z dnia Karcz H., Butmankiewicz T.: Sposób termicznej utylizacji odpadów zwierzêcych i organicznych. Zg³oszenie patentowe z dnia Karcz H., Butmankiewicz T., Sikorski W³.: Patent wg zg³oszenia patentowego P z dnia r. pt. Sposób i instalacja do spalania odpadów zwierzêcych. Karcz H., Butmankiewicz T., Andryjowicz Cz.: Zg³oszenie patentowe P z dnia r. pt. Sposób i instalacja termicznej utylizacji osadów œciekowych. Karcz H., Rzepa K., Butmankiewicz T., Krysztof M., Instalacja do spalania odpadów organicznych w wêglowych kot³ach rusztowych. 60

60 Generacja energii z odpadów i wytwarzanie bioetanolu w uk³adach hybrydowych mgr in. Wojciech Kru ewski mgr in. Izabela Kaczmarek mgr in. Beata Bronk in. Jerzy Ko³odziej 1. Wstêp Dro ej¹ca ropa naftowa, wzrastaj¹ce zapotrzebowania na energiê i paliwa zmuszaj¹ do ograniczania uzale nienia gospodarek od ropy naftowej oraz do poszukiwania innych rozwi¹zañ ich pozyskiwania. Jednym z nich jest przetwarzanie ró nego rodzaju biomasy na paliwa p³ynne i gazowe. Podstawowymi biopaliwami ciek³ymi s¹ etanol oraz estry metylowe olejów roœlinnych i zwierzêcych. W przypadku paliw gazowych, podstawowym noœnikiem energii jest gaz (biogaz), wytwarzany w procesie fermentacji metanowej. Obecnie jest znany i doœæ dobrze opanowany proces wytwarzania tego gazu. Etanol to wa ny surowiec w przemyœle chemicznym. Jest on równie szeroko stosowany jako rozpuszczalnik. Wzrasta wykorzystanie etanolu jako paliwo do napêdu pojazdów. Stosowany jest jako dodatek do benzyn lub jako paliwo samodzielne w odpowiednio skonstruowanych silnikach. Etanol mo e byæ wytwarzany z wielu surowców zawieraj¹cych cukry proste, polisacharydy, a tak e surowce celulozowe, zw³aszcza z surowców odpadowych. S¹ one najbardziej obiecuj¹c¹, perspektywiczn¹ grup¹ do produkcji etanolu. W tabeli nr 2 przedstawiono porównanie podstawowych parametrów wybranych paliw. Ogniwo paliwowe zasilane etanolem Uniwersytet New Mexico wspólnie z Los Alamos National Laboratory i Sandia National Laboratory prowadz¹ badania nad ogniwami paliwowymi zasilanymi etanolem wytwarzaj¹cymi w kogeneracji ciep³o i elektrycznoœæ. Naukowcy z Uniwersytetu New Mexico badaj¹ równie mo liwoœæ reformowania etanolu do wodoru w œredniej temperaturze poni ej 800 O C. Tabela 2. W³asnoœci paliw 61

61 Podstawowe normy na oznaczanie liczby oktanowej to RON, MON. Obie opieraj¹ siê na tej samej zasadzie pomiaru, ale ró ni¹ siê warunkami przeprowadzania testu. W obu przypadkach test przeprowadza siê na jednocylindrowych silnikach o regulowanym stopniu sprê ania. W czasie testu utrzymuje siê sta³e obroty silnika, stopniowo zwiêkszaj¹c stopieñ sprê ania. W teœcie RON stosuje siê 600 obrotów na minutê, a w MON 900. W zwi¹zku z tym MON lepiej oddaje to, co siê dzieje w silniku pracuj¹cym pod du ym obci¹ eniem, a RON lepiej dla silnika pracuj¹cego pod œrednim i ma³ym obci¹ eniem. Dla typowego paliwa pochodz¹cego z rafinacji ropy naftowej MON i RON ró ni¹ siê nieznacznie (o ok. 1-2 oktany), jednak dla poszczególnych wêglowodorów obecnych w mieszance ró nice dochodz¹ do kilkunastu oktanów, co powoduje, e mo liwa jest produkcja paliw, które maj¹ du e ró nice miêdzy obydwoma metodami pomiaru liczby oktanowej. Prawdopodobnie biopaliwa transportowe II generacji w handlowych iloœciach pojawi¹ siê na rynku europejskim ok r., natomiast w naszym kraju ok r. Po 2017 r. w UE (i w Polsce) biopaliwa pierwszej generacji najpewniej strac¹ wsparcie legislacyjne i finansowe. Zastosowanie bioetanolu II generacji ograniczy w kraju znacznie emisjê CO 2 do atmosfery: ok. 71 tys. ton rocznie - w 2018 r., przy za³o onych 10%, 148 tys. ton rocznie - w 2019 r. - przy za³o onych 20%, 233 tys. ton rocznie - w 2020 r. - przy za³o onych 30% produkcji bioetanolu ze s³omy jako surowca do wytwarzania biopaliw II generacji. Zast¹pienie bioetanolu produkowanego z ziarna zbó bioetanolem II gen. w minimalnej iloœci 10% w 2018 r. mo e przyczyniæ siê do ograniczenia powierzchni upraw o ok tys. ha w pocz¹tkowej fazie wdra ania technologii, a w przypadku zast¹pienia w 20% i 30% bioetanolu I gen. II generacj¹ - odpowiednio o 96 i 150 tys. ha pól Badania nad wykorzystaniem surowców lignocelulozowych do produkcji spirytusu W Samodzielnej Pracowni Gorzelniczej Instytutu Biotechnologii Przemys³u Rolno-Spo ywczego w Bydgoszczy w 2010 r. przeprowadzono badania dotycz¹ce rozk³adu kukurydzy (ca³e roœliny) oraz s³omy zbó w celu udostêpniania cukrów prostych, zagospodarowanych w technologii produkcji spirytusu surowego. Badania by³y zlecone przez firmê EKSPERT-SITR Sp. z o.o. z Koszalina. Celem pracy by³ dobór optymalnych warunków przygotowania surowca i prowadzenia fermentacji alkoholowej, maj¹cy na wzglêdzie uzyskanie jak najwy szej wydajnoœci alkoholu. 14. Czysta Energia, (12/2009) 62

62 Surowiec do fermentacji stanowi³y: s³oma pszenno- ytnia, kukurydza ³¹cznie z ³odyg¹, liœæmi i kolbami. Preparaty enzymatyczne: Celluclast 1,5 l firmy Novozymes - preparat otrzymany z hodowli pleœni Trichoderma reesei. Zawiera g³ównie celulozê, która katalizuje rozk³ad celulozy do glukozy, celobiozy i wy szych polimerów glukozy. Dro d e gorzelnicze: Do badañ u yto dwóch ras dro d y gorzelniczych: szczep D-2 pochodz¹cy z czystych kultur IBPRS, powszechnie u ywany w polskim gorzelnictwie rolniczym, w formie preparatu suszonego, szczep o nazwie handlowej Black Label Turbo - dro d e termofilne (do 30 C) i alkoholoodporne. Tabela 3. Wyniki badañ fermentacji alkoholowej zacierów sporz¹dzonych ze s³omy pszenno- yctniej Tabela 4. Wyniki badañ fermentacji alkoholowej zacierów sporz¹dzonych z kukurydzy 63

63 Wnioski: Najwy sz¹ wydajnoœci¹ alkoholu charakteryzowa³ siê wariant, w którym jako surowca u yto zmielonej kukurydzy (z liœæmi, ³odygami, kolbami). Wynik, jaki uzyskano, kszta³towa³ siê na poziomie 20,0-21,9 dm 3 ze 100 kg surowca. Przy czym najwy sz¹ wartoœæ odnotowano w przypadku zastosowania do fermentacji dro d y gorzelniczych rasy D-2. W przypadku fermentacji zacieru sporz¹dzonego tylko z ³odyg i liœci kukurydzy (bez kolb) wydajnoœæ etanolu wynosi³a w zale noœci od zastosowanych raz dro d y: 12,4 dm3/100 kg surowca (D-2) oraz 10,1 dm 3 /100 kg surowca (BL). Podczas fermentacji alkoholowej zacierów sporz¹dzonych ze s³omy pszenno- ytniej, najlepsze wyniki otrzymano w próbach doœwiadczalnych, w których wyd³u ono czas obróbki ciœnieniowej (1,5 atm.) z 30 min. do 60 min. Wydajnoœæ alkoholu w tym przypadku kszta³towa³a siê na poziomie 10,2 dm 3 /100 kg surowca. Najlepsze wyniki otrzymano, stosuj¹c hydrolizê enzymatyczn¹ z zastosowaniem enzymu celulolitycznego Celluclast. Zmniejszenie dawki preparatu o po- ³owê (poni ej 0,1 cm 3 /1 g surowca) by³o powodem zmniejszenia wydajnoœci o oko³o 37%. Stosowanie hydrolizy kwaœnej i zasadowej bez obróbki ciœnieniowej nie przynios³y spodziewanych efektów roz³o enia celulozy do cukrów prostych. Wyniki wydajnoœci alkoholu uzyskane z prób doœwiadczalnych to zaledwie ok. 0,4 dm 3 /100 kg surowca. Moczenie surowca w kwaœnym roztworze HNO 3 nie powoduje zwiêkszenia dostêpnoœci i podatnoœci na rozk³ad celulozy, a co za tym idzie, zwiêkszenia wydajnoœci alkoholu. Ró nica miêdzy wariantami z kwasem (9,6 dm 3 /100 kg surowca) i bez jego u ycia (10,0 dm 3 /100 kg surowca) nie jest du a, co wskazuje na niewielki jego wp³yw. 3. Innowacyjny (projektowany) system wytwarzania etanolu W firmie EKSPERT-SITR Sp. z o.o. w Koszalinie opracowano now¹, innowacyjn¹ technologiê wytwarzania etanolu, która charakteryzuje siê miêdzy innymi mniejszym zu yciem energii i wody w stosunku do tradycyjnych technologii jego wytwarzania. 64

64 Rysunek 3. Porównanie zu ycia wody w tradycyjnej technologii wytwarzania etanolu do nowo projektowanej. 65

65 Rysunek 4. Porównanie zu ycia pary wodnej w tradycyjnej technologii wytwarzania etanolu do nowo projektowanej. Rysunek 5. Porównanie zu ycia energii elektrycznej w tradycyjnej technologii wytwarzania etanolu do nowo projektowanej. 66

66 4. Sposób hydrolizy termicznej surowca lignocelulozowego w procesie ci¹g³ym Jednym z podstawowych procesów w produkcji etanolu z surowców lignocelulozowych jest ich obróbka termiczno-fizyczna, okreœlana jako proces hydrolizy termicznej. G³ównym celem zastosowania termiczno-fizycznej przeróbki odpadów organicznych i innej biomasy jest zniszczenie struktur sta³ych przed poddaniem substratu procesowi fermentacji. Przy typowych odpadach w³óknistych g³ównym celem jest zniszczenie kompleksów lignocelulozowych i hemicelulozowych. Aby osi¹gn¹æ ten cel proces przeróbki termo-fizycznej, przeprowadza siê w temperaturach O C, oraz odpowiednio 5-10 bar i przy czasie cyklu wsadowego ok. 30 minut. Przy zastosowaniu opisanych warunków nadciœnienia i wysokiej temperatury, woda komórkowa, która jest integralnym sk³adnikiem ka dej masy organicznej, ulega wrzeniu w warunkach hiperkrytycznych. W trakcie samoistnego rozprê ania do warunków normalnych, woda komórkowa gwa³townie paruje, co prowadzi do rozerwania struktur komórkowych. Efektem takiego procesu jest zhydrolizowany i zhomogenizowany p³ynny substrat bez wzglêdu na to, jakiego rodzaju surowca sta³ego u yto do procesu. Proces dzielimy na etapy: mechaniczne rozdrabnianie surowca, miksowanie i hydratacja surowca, termiczna maceracja lignocelulozy, chemiczna i biochemiczna hydroliza celulozy do celobiozy i glukozy. Surowiec w postaci s³omy, siana, kiszonki lub ca³ych roœlin kukurydzy dostarczony do przerobu w balotach lub luzem jest poddany wstêpnemu rozdrobnieniu w sieczkarni na elementy o rozmiarze <5mm. Nastêpnie mielimy je do granulacji <1mm. Dalszym etapem jest mieszanie w mikserze [Mi] otrzymanego umia³u z wod¹ o temperaturze 90 O C. Uzyskana brzeczka ma temperaturê 70 O C. Z miksera sp³ywa ona grawitacyjnie do kadzi hydratyzacji [K]. W kadzi dodajemy chemicznego œrodka wspomagaj¹cego maceracjê do stê enia 4% i przetrzymujemy 30 minut, po czym przet³aczamy pomp¹ [P1] przez wymiennik ciep³a [K1], w którym temperatura podnosi siê do 120 O C. Z wymiennika p³ynie przez Jed Cooker [Jc], gdzie para wodna grzeje do 200 O C. Nastêpnie miks ten p³ynie do rurowego parnika [D] o pracy ci¹g³ej. Mix przez parnik przep³ywa w czasie 20 minut. Opuszczaj¹c go, trafia do rozprê acza [R], w którym woda raptownie paruj¹c powoduje rozerwanie struktury œcian komórek roœlinnych. Tak zmacerowany surowiec u³atwia dalsz¹ obróbkê biochemiczn¹. Rozparowan¹ masê pompa [P2] pompuje przez wymiennik ciep³a [K1], w którym podgrzewa przeponowo zacier t³oczony w przeciwpr¹dzie z kadzi hydratacji. Po przejœciu wymiennika studzonego brzeczk¹ trafia do wymiennika ciep³a [K2]. Wymiennik [K2] jest studzony wod¹, która zostaje podgrzana do temperatury 90 O C. Po opuszczeniu wymiennika zacier ma temperaturê 50 O C, tu zadajemy 67

67 Rysunek 6. Schemat instalacji do hydrolizy termicznej w trybie ci¹g³ym. 68

68 enzym cukruj¹cy celulozê do glukozy. Jest to optymalna temperatura dzia³ania enzymu celulozy. Po uzyskaniu pe³nego rozk³adu celulozy pomp¹ [P3] przet³aczamy s³odki zacier przez wymiennik ciep³a [K3], ch³odz¹c go do temperatury zadania dro d y, tj. oko³o 32 O C. Zacierem z dro d ami nape³niamy kadÿ fermentacyjn¹ i przeprowadzamy proces fermentacji alkoholowej. Wielofunkcyjnoœæ instalacji do wytwarzania alkoholi. Istot¹ rozwi¹zania jest produkcja alkoholu etanolowego z surowców skrobiowych i celulozowych oraz alkoholu butylowego w jednej instalacji. Instalacja ta stanowi jednoœæ funkcjonaln¹, która umo liwia wytwarzanie ro nych alkoholi z ró nego rodzaju surowca. Ponadto instalacja ta mo e byæ zintegrowana z innymi instalacjami, np. z biogazowni¹, w których utylizacji i konwersji poddane zostan¹ produkty odpadowe i uboczne (wywar, fuzle, spirytus przedgonowy, wyt³oki, np. buraczane), a w procesie technologicznym zak³adu wytwarzania alkoholi mog¹ byæ wykorzystane takie produkty, jak: energia cieplna, energia elektryczna i woda. c.d. na nast. str. 69

69 Rysunek 7. Schemat ideowy instalacji (gorzelni) do wytwarzania etanolu z surowców celulozowych 70

70 5. Ogólny opis hybrydowego systemu (projektu) wytwarzania bioetanolu i energii W zwi¹zku z d¹ eniem do intensywniejszego wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii maj¹cym na celu ograniczenie redukcji emisji energetycznych gazów cieplarnianych, coraz wiêkszego znaczenia zaczyna nabieraæ uzyskiwanie i wykorzystywanie biogazu, zw³aszcza z produktów ubocznych i odpadowych powstaj¹cych w rolnictwie i przemyœle rolno-spo ywczym. Przyk³adem efektywnego wykorzystania tego rodzaju produktów jest "Hybrydowy system produkcji bioetanolu II generacji, energii i wyci¹gów zio³owych". Celem budowy takiego zak³adu jest wytworzenie noœnika energii w postaci biogazu z substratów organicznych, w tym z wywaru gorzelniczego, który jest uci¹ liwym i trudnym oraz drogim do utylizacji odpadem z produkcji etanolu. Dziêki zastosowaniu projektowanego uk³adu technologicznego, proces produkcji etanolu stanie siê procesem przyjaznym do œrodowiska. Poza tym, w zak³adzie produkowana bêdzie energia elektryczna z OZE (biogaz) oraz energia cieplna. Energia cieplna do procesu obróbki substratów organicznych bêdzie pochodziæ ze spalin emitowanych z agregatów kogeneracyjnych napêdzanych biogazem. W planowanej inwestycji bêdzie równie system utylizacji dwutlenku wêgla, który powstaje w gorzelni oraz podczas spalania biogazu. Bêdzie on wbudowywany w masê glonow¹ w lagunach, a nastêpnie wykorzystany do produkcji nawozów organiczno-mineralnych a tak e do produkcji p³ynnego/sta³ego CO 2. W inwestycji znajdzie siê równie instalacja do przetwarzania zió³ i produkcji wyci¹gów zio³owych. Odzyskiwanie biogazu z pod³o y bogatych w substancje biogenne, z punktu widzenia zyskuj¹cej na znaczeniu polityki energetycznej i proekologicznej, staje siê coraz bardziej uzasadnione i op³acalne. Planowane przedsiêwziêcia to tak e produkcja biogazu oraz wykorzystanie do celów energetycznych odpadów. W wyniku fermentacji metanowej mo na zutylizowaæ i energetycznie wykorzystaæ szereg biodegradowalnych odpadów. W projektowanych technologiach zastosowane i zintegrowane zostan¹ nowoczesne rozwi¹zania techniczne i technologiczne spe³niaj¹ce wymogi BAT (Najlepszych Dostêpnych Technik). Pozwoli to na osi¹gniêcie efektu synergii zarówno pod wzglêdem ekonomicznym, jak i ekologicznym. Realizuj¹c oddzielnie poszczególne systemy technologiczne, takiego efektu siê nie osi¹gnie. Realizacja przedsiêwziêcia (projektu) pozwoli na uzyskanie z surowców roœlinnych i z odpadów poprodukcyjnych oraz innych substratów organicznych, u ytecznych produktów. Proponowany system zagospodarowania odpadów jest elastyczny na wahania w dostarczeniu surowców (wywar, kiszonka, inne substraty). Aktualna sytuacja w ca³ym sektorze rolno-przetwórczym, wymusza podjêcie dzia³añ optymalizuj¹cych koszty wytwarzania produktu koñcowego, a obecne sposoby zagospodarowywania odpadów i produktów ubocznych powoduj¹ zwiêkszenie kosztów ich wytwarzania. Obecny postêp techniczny i technologiczny umo liwia w sposób efektywny przetworzyæ i gospodarczo wykorzystaæ produkty odpadowe, które 71

71 stanowi¹ du y problem w ich zagospodarowaniu. Wyczerpuj¹ce siê zapasy kopalnych noœników energii spowodowa³y miêdzy innymi to, e ich ceny s¹ bardzo wysokie i ci¹gle rosn¹. Ponadto kopalne noœniki energii stanowi¹ powa ne Ÿród³a zanieczyszczenia œrodowiska naturalnego, zw³aszcza w wyniku ich spalania i emisji do atmosfery tzw. gazów cieplarnianych. W procesie przemian biochemicznych odpadów poprodukcyjnych, jak np. wywaru gorzelniczego, w mieszaninie z innego rodzaju biomas¹, wydziela siê biogaz, który mo e s³u yæ jako Ÿród³o energii do napêdu agregatów pr¹dotwórczocieplnych. Maj¹c do dyspozycji znaczne iloœci uci¹ liwego odpadu i innych substratów organicznych (wywar gorzelniczy, kiszonki, s³oma, itp.) mo na podj¹æ dzia³ania maj¹ce na celu utylizacjê odpadów i jednoczesne ich gospodarcze wykorzystanie do produkcji w skojarzeniu energii elektrycznej i cieplnej oraz nawozów organiczno-mineralnych. Planowane przedsiêwziêcie to zintegrowanych ze sob¹ siedem systemów technologicznych: gorzelnia, biogazownia (instalacja termiczno-fizycznej obróbki, fermentatory, zbiornik biogazu), laguny (magazynowanie masy pofermentacyjnej i hodowla glonów), linia technologiczna produkcji nawozów, linia technologiczna wytwarzania biopaliwa (opcjonalnie), linia technologiczna produkcji p³ynnego/sta³ego CO 2 (opcjonalnie), linia technologiczna produkcji wyci¹gów zio³owych (opcjonalnie). Innowacyjnoœæ projektu skojarzonego systemu przerobu odpadów poprodukcyjnych w biogazowni jako ca³oœæ polega na tym, e w sposób kompleksowy i prawie bezodpadowo, utylizuje siê uci¹ liwe odpady, m.in. w postaci sta³ych i p³ynnych substratów (surowców). Bardzo istotnym elementem tego projektu jest to, e odpady te, które s¹ du ym problemem dla zak³adów produkcyjnych, a ich unieszkodliwianie jest bardzo kosztowne, zostan¹ wykorzystane gospodarczo. Wykorzystanie gospodarcze odpadów obejmuje: produkcjê nawozów organiczno-mineralnych, produkcjê, tzw. zielonej energii elektrycznej z odnawialnego noœnika energii, jakim s¹ odpady poprodukcyjne, (poprzez fermentacjê, wytwarzanie biogazu), produkcjê energii cieplnej (odpadowej) produkowanej w agregatach kogeneracyjnych w skojarzeniu, która bêdzie wykorzystana w procesach technologicznych. Ponadto w projekcie wyró nia siê nastêpuj¹ce wydzielone elementy i obiegi: istotnym, i to o charakterze innowacyjnym jest obieg wody w tzw. cyklu zamkniêtym, tzn., e woda o parametrach wody przemys³owej wraca do procesów produkcyjnych, porz¹dkowo-sanitarnych i gospodarczych, elementem o du ym stopniu innowacyjnoœci jest wykorzystanie ciep³a (odpadowego) odbieranego z instalacji agregatów pr¹dotwórczych, w szczególnoœci ze spalin, do procesów technologicznych w gorzelni oraz suszenia gêstej masy 72

72 pofermentacyjnej, Planowane przedsiêwziêcie to kilkufunkcyjna instalacja. Ta wielofunkcyjnoœæ polega na: produkcji etanolu, produkcji nawozów, produkcji paliw transportowych (opcjonalnie), produkcji wyci¹gów zio³owych (opcjonalnie), produkcji p³ynnego/sta³ego CO 2 (opcjonalnie), utylizacji odpadów poprodukcyjnych, w tym wywaru gorzelniczego, produkcji odnawialnego Ÿród³a energii (biogaz), z wywaru gorzelniczego i innych substratów organicznych, kogeneracji, czyli produkcji pr¹du i ciep³a - czêœæ ciep³a wykorzystana zostanie do suszenia masy pofermentacyjnej (spaliny z agregatów spalaj¹cych biogaz), wykorzystanie CO2 w hodowli glonów w lagunach glonowych (element oczyszczania odcieku), odnowa wody (oczyszczanie frakcji p³ynnej masy pofermentacyjnej po odwirowaniu - rozwi¹zanie opcjonalne). Rysunek 8. Schemat ideowy hybrydowego systemu wytwarzania bioetanolu i energii - WARIANT I 73

73 Rysunek 9. Schemat ideowy hybrydowego systemu wytwarzania bioetanolu, energii i wyci¹gów zio³owych - WARIANT II Rysunek 10. Schemat ideowy hybrydowego systemu wytwarzania bioetanolu, energii i wyci¹gów zio³owych - WARIANT III 74

74 6. Innowacyjnoœæ projektu Priorytetowym celem projektu jest wprowadzenie na rynek docelowy innowacji produktowej w postaci uk³adu synergicznego kojarz¹cego w nowatorski sposób takie systemy, jak: gorzelnia rolnicza, biogazownia i agregaty kogeneracyjne napêdzane biogazem, wytwórnia nawozów oraz laguny ziemne z hodowl¹ glonów, ogniwo wodorowe zasilane etanolem (opcjonalnie). Innowacyjnoœæ projektu polega na po³¹czeniu systemów w zintegrowany uk³ad technologiczny, dziêki czemu uzyska siê efekty synergiczne. Procesy s¹ zaprojektowane tak, aby uzyskaæ maksymalne oszczêdnoœci energii i materia³ów. Wywar gorzelniczy jest substratem dla biogazowni, masa pofermentacyjna (frakcja sta³a) z biogazowni zostanie wykorzystana do produkcji nawozów. Laguny z glonami s¹ sposobem na zagospodarowanie dwutlenku wêgla oraz oczyszczenie odcieku z masy pofermentacyjnej. Dziêki zastosowaniu hydrolizy termicznej wykorzystywane bêd¹ substraty celulozowe, m.in. kiszonka z kukurydzy, s³oma, etc., co znacznie poprawi bilans ekonomiczny przedsiêwziêcia. Dziêki wykorzystaniu wszystkich ww. elementów uk³adu, instalacja bêdzie maksymalnie przyjazna œrodowisku, a jej funkcjonowanie bêdzie praktycznie bezodpadowe. W efekcie stworzony zostanie nowatorski zintegrowany system, wpisuj¹cy siê w za³o enia polityki UE dot. rozwoju odnawialnych Ÿróde³ energii (OZE) i rozproszonych Ÿróde³ energii. Pozytywny wp³yw projektu na œrodowisko naturalne oraz bezpieczeñstwo energetyczne kraju, a dodatkowo mo liwoœæ wykorzystania stworzonego uk³adu jako systemu utylizacji uci¹ - liwych odpadów sprawia, i zaplanowane do realizacji przedsiêwziêcie charakteryzuje siê bardzo wysok¹ u ytecznoœci¹ spo³eczn¹. Ten innowacyjny uk³ad synergiczny dziêki odpowiedniemu skojarzeniu ró nych systemów umo liwia maksymalizacjê efektów ekonomicznych oraz ekologicznych. Wdro enie projektu pozwoli na wytwarzanie takich produktów, jak: energia elektryczna z odnawialnego noœnika energii (biogaz) sprzedawana do sieci energetycznej; energia cieplna powstaj¹ca w skojarzeniu z energi¹ elektryczn¹ (wysokosprawna kogeneracja) i wykorzystywana w gorzelni (zastêpuj¹c tradycyjne noœniki energii, takie jak wêgiel czy gaz ziemny) oraz do ogrzewania lagun z hodowl¹ glonów; etanol (biokomponent paliw II generacji - z surowców celulozowych); naturalne nawozy organiczno-mineralne. Proces technologiczny w gorzelni bêdzie rozwi¹zaniem bezœciekowym. Wody u yte do ch³odzenia bêd¹ w obiegu zamkniêtym, natomiast wody z mycia urz¹dzeñ u yte bêd¹ do sporz¹dzenia zacierów. Jedyny odpad poprodukcyjny to dwutlenek wêgla, powstaj¹cy w procesach fermentacji i propagacji dro d y. Na 1 dm 3 alkoholu powstaje 0,765 kg CO 2. Zastosowane bêdzie innowacyjne rozwi¹zanie maj¹ce na celu zagospodarowanie odpadowego CO 2 w procesach przemian biochemicznych zachodz¹cych w hodowli biomasy glonowej. Wdra ane bêd¹ technologie umo liwiaj¹ce czêœciowe wykorzystanie emitowanego dwutlenku wêgla. Opcjonalnie CO 2 powstaj¹cy w gorzelni mo e byæ sprê any i wykorzystany w przemyœle spo- ywczym lub chemicznym. Natomiast Ÿród³em CO 2 dla glonów mog¹ byæ spaliny 75

75 z agregatów kogeneracyjnych. Nale y podkreœliæ, e wyprodukowana w ten sposób biomasa stanowiæ mo e surowiec do produkcji pasz, nawozów czy biogazu. Najwiêksz¹ przewag¹ decyduj¹c¹ o wysokiej innowacyjnoœci w stosunku do istniej¹cych rozwi¹zañ jest uzyskanie efektu synergii wynikaj¹cej m.in. ze skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej, odzysku energii cieplnej z procesów technologicznych w gorzelni oraz ze spalania biogazu w agregatach kogeneracyjnych. Spaliny z agregatów, a tak e energia cieplna powstaj¹ca z reakcji etanolu w ogniwie wodorowym, mog¹ byæ wykorzystane do hydrolizy termicznej surowców celulozowych (wysoka temperatura i ciœnienie). Innowacyjnym rozwi¹zaniem jest mo liwoœæ prostego dostosowania instalacji produkuj¹cej etanol do produkcji butanolu na etapie fermentacji i destylacji. Produkcja butanolu w drodze fermentacji jest bardzo podobna do etanolu. Fermentacja ta odbywa siê z udzia³em bakterii Clostridium Acetobutylicum. Bakteria ta jest w stanie przetworzyæ wiele ró nych surowców, w tym s³omê i inne materia³y zawieraj¹ce celulozê, co otwiera nowe mo liwoœci badañ rozwojowych charakteryzuj¹cych siê elementami nowoczesnoœci. Elementami nowoczesnych technologii bêdzie racjonalne wykorzystanie wywaru stanowi¹cego obecnie k³opotliwy odpad, który z innymi odpadami jak s³oma itp. bêdzie mo na wykorzystaæ jako odnawialny noœnik energii w nastêpuj¹cy sposób: przetworzenie ich w procesie fermentacji metanowej na biogaz, który stanowi odnawialne Ÿród³o energii oraz na naturalny nawóz organiczny, odzysk i wykorzystanie odpadowej energii cieplnej, powstaj¹cej w skojarzonym procesie, w agregacie kogeneracyjnym. Energia ta w ca³oœci zostanie wykorzystana do ogrzewania komory fermentacyjnej oraz w procesie technologicznym produkcji spirytusu i innych procesach technologicznych, odzysk i wykorzystanie odpadowej energii cieplnej, (wywar, wody poch³odnicze) powstaj¹cej w procesie produkcji spirytusu i ponowne jej wykorzystanie, odzysk i wykorzystanie odpadowej energii cieplnej z instalacji hydrolizy termicznej. Innowacyjnoœæ systemu polega równie na tym, e mo e on obejmowaæ budowê lub modernizacjê istniej¹cych gorzelni przetwarzaj¹cych surowce skrobiowe i celulozowe na etanol wraz z instalacj¹ konwersji wywaru na energiê (elektryczn¹ i ciepln¹) oraz nawozy i/lub pasze (w opcji wytwarzania tych produktów postaci suchej). Proponowany sposób pozwoli na obni enie wskaÿników energetycznych i wodnych procesów technologicznych w stosunku do obecnie funkcjonuj¹cych, tradycyjnych gorzelni, a mianowicie: zmniejszenie zu ycia energii cieplnej o ok. 40%, zmniejszenie zu ycia wody procesowej o ok %, zmniejszenie kosztów jednostkowych wytwarzania spirytusu w wyniku energetycznego zagospodarowania wywaru. o ok. 20%. Projektowany system wytwarzania energii elektrycznej, cieplnej, nawozów i/lub pasz oraz etanolu z p³odów rolnych i odpadów poprodukcyjnych w przemyœle rolno-przetwórczym charakteryzuje siê: 76

76 niskim zu yciem energii, mniejszym zu yciem wody, przetwarzaniem surowców w odpowiedniej temperaturze i ciœnieniu, co bêdzie mia³o wp³yw na jakoœæ produktu, automatyzacj¹ przep³ywu wywaru, automatyzacj¹ ca³ego procesu, energetycznym wykorzystaniem wywaru, gospodarczym wykorzystaniem CO 2, powstaj¹cego w procesach fermentacji alkoholowej i w gazach spalinowych, zwiêkszeniem iloœci biomasy w wyniku jej produkcji (glony, roœliny) z wykorzystaniem odpadowego CO 2, powstaj¹cego w gorzelni w procesie fermentacji (opcja) i w gazach odlotowych z silnika kogeneracyjnego, uzyskaniem efektu synergii wynikaj¹cej miêdzy innymi ze skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej oraz odzysku energii cieplnej z procesów technologicznych gorzelni, wysokim bezpieczeñstwem procesowym, odbiorem ciep³a odpadowego powstaj¹cego w procesach technologicznych gorzelni i ponownego jego wykorzystania w procesach technologicznych ca- ³ego zintegrowanego systemu, wykorzystaniem energii cieplnej o niskich temperaturach (poni ej 60 C) w hodowli glonów, bezodpadowym procesem produkcji (z wyj¹tkiem CO 2, który uwa any by³ za gaz obojêtny, a obecnie traktowany jest jak odpad). W przypadku zastosowania opcji z zagospodarowaniem CO 2, poprzez wbudowanie go w masê glonów lub innych roœlin emisja CO 2 do atmosfery bêdzie mniejsza. Po³¹czenie wszystkich wy ej opisanych elementów hybrydowego systemu produkcji energii, etanolu i nawozów z biomasy pozwoli uzyskaæ rozwi¹zanie maksymalnie przyjazne œrodowisku, którego funkcjonowanie bêdzie praktycznie bezodpadowe. Proponowane w projekcie rozwi¹zania technologiczne wpisuj¹ siê w politykê UE dot. rozwoju odnawialnych Ÿróde³ energii. Komercjalizacja przeprowadzonych prac badawczych oraz wprowadzenie opracowanego rozwi¹zania do miêdzynarodowej praktyki gospodarczej jest szczególnie istotne z punktu widzenia koniecznoœci realizacji celów pakietu energetycznego 3x20% przyjêtego przez Wspólnotê Europejsk¹. Plan Dzia³añ integruj¹cy politykê klimatyczn¹ i energetyczn¹ Wspólnoty zak³ada m.in. zwiêkszenie udzia³u energii produkowanej z OZE, zmniejszenie emisji gazów oraz zwiêkszenie udzia³u biopaliw w sprzeda y paliw transportowych we wszystkich krajach cz³onkowskich UE. Istniej¹ce i funkcjonuj¹ce technologie biogazowni charakteryzuj¹ du e niedoci¹gniêcia na etapie ich projektowania. Zdecydowan¹ wiêkszoœæ istniej¹cych systemów stanowi¹ proste biogazownie rolnicze, których produkcja oparta jest na substratach z upraw polowych (np. kiszonka z kukurydzy). Takie technologie wdra ane by³y i s¹. Dziœ wiadomo ju, e s¹ one ma³o efektywne i charakteryzuj¹ 77

77 siê du ym ryzykiem ze wzglêdu na znacznie wahaj¹ce siê ceny substratów. Ponadto stanowi¹ konkurencje dla upraw rolniczych przeznaczonych na cele konsumpcyjne. Podstawowym za³o eniem nowoczesnego projektowania technologii jest oszczêdzanie energii i materia³ów oraz maksymalnie efektywne wykorzystanie wszystkich dostêpnych zasobów, w tym odpadów. Uprawa roœlin na u ytkach rolnych w celu ich wykorzystania w procesach fermentacji w biogazowni ca³kowicie zaprzecza idei racjonalnego gospodarowania ich zasobami. Zaproponowany system technologiczny rozwi¹ e wiele problemów w instalacjach biogazowych. Dziêki skojarzeniu kilku systemów osi¹gane bêd¹ efekty synergiczne. Biogazownia bêdzie funkcjonowa³a w oparciu o wywar gorzelniczy, bêd¹cy odpadem z produkcji bioetanolu II generacji oraz szeroko dostêpne, dziêki zastosowaniu ci¹g³ej hydrolizy termicznej, tanie surowce celulozowe (np. kiszonka z kukurydzy, perz wyd³u ony, sorgo, topinambur, s³oma). Wszystkie odpady z poszczególnych procesów technologicznych zostan¹ potraktowane jako pó³produkty do uzyskania dodatkowych efektów. Taka dywersyfikacja produktowa systemu bêdzie korzystna ze wzglêdów ekologicznych i ekonomicznych oraz sprawi, e system bêdzie charakteryzowa³ siê mniejsz¹ wra liwoœci¹ na wahania cen rynkowych wykorzystywanych surowców i materia³ów. Reasumuj¹c, wykorzystuj¹ce biomasê odpadow¹ biogazownie bêd¹ dynamicznie rozwijaj¹c¹ siê technologi¹ produkcji energii ze Ÿróde³ odnawialnych. Wymogi stawiane przez Uniê Europejsk¹ w stosunku do jej cz³onków, w tym Polski, dotycz¹ce ochrony œrodowiska, ograniczania emisji dwutlenku wêgla i przede wszystkim zwiêkszania udzia³u odnawialnych Ÿróde³ energii w bilansie energetycznym powoduj¹, e inwestycje w biogazownie wpisuj¹ siê w polsk¹ politykê energetyczn¹. Rozwój biogazowni jest zjawiskiem korzystnym z punktu widzenia realizacji celów polityki energetycznej i ochrony œrodowiska. Zapotrzebowanie na technologie biogazowni bêdzie zatem ros³o, zarówno w Polsce, jak i ca³ej Unii Europejskiej. Ze wzglêdu na rozwój paliw II generacji jako komponentu paliw p³ynnych, produkcji energii ze Ÿróde³ odnawialnych oraz produkcji bioetanolu, zastosowanie przedstawionego projektu w praktyce gospodarczej jest ca³kowicie realne. Zachêt¹ bêd¹ nie tylko mo liwe do uzyskania efekty ekologiczne, ale przede wszystkim wysoka efektywnoœæ ekonomiczna, wynikaj¹ca m.in. z materia³ooszczêdnoœci, energooszczêdnoœci, dywersyfikacji produktowej oraz braku odpadów. 78

78 Literatura Daniel Ruciñski, dr hab. in. Adam Kupczyk, Korzyœci wynikaj¹ce z zast¹pienia biopaliw paliwami II generacji, Czysta Energia 12/2009. W. Ciechanowski, S. Szczukowski Transformacja Cywilizacji Ery Ognia do ery Wodoru i Metanolu, W-wa, 2010 r. Raport o oddzia³ywaniu przedsiêwziêcia na œrodowisko dla inwestycji Uk³ad technologiczny produkcji etanolu, energii elektrycznej i cieplnej oraz nawozów organicznych w Trzebiechowie, gm. Maszewo. J. Ko³odziej, Projekt budowlany technologiczny instalacji do wytwarzania spirytusu surowego, EKSPERT-SITR Sp. z o.o., 2011 r. K. Leja, G. Lewandowicz, Produkcja biopaliw z lignocelulozowych surowców rolniczych, Przemys³ Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 2/2010 B. Czupryñski, K. Kotarska, G. K³osowski, B. Sieliwanowicz, Wykorzystanie nietypowych surowców i odpadów spo ywczych w gorzelnictwie rolniczym, Przemys³ Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 4/2010, 5/2010. H. Sk³adanowska, Szwedzkie rozwi¹zania rynku biopaliw i ich wdro enia w transporcie, Czysta Energia, 11/2007. L. Chmielewska, H. Krasowska, Biodegradacja celulozy i materia³ów celulozowo pochodnych, Aura 10/2002, W. Harowny, M. Duszyñski, Surowce i procesy w produkcji paliw dla ogniw paliwowych, Przemys³ chemiczny 90/3 (2011). 79

79 Odnawialne Ÿródla energii a hybrydowe systemy energetyczne prof. dr hab.in. Andrzej Myczko dr in. Andrzej Kliber mgr in. Leopold Tupalski Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Oddzia³ w Poznaniu 1. Problem Odnawialne Ÿród³a energii mog¹ stanowiæ istotny udzia³ w bilansie energetycznym gmin, powiatów i regionów. Uwzglêdniaj¹c obok aspektów energetycznych równie aspekty œrodowiskowe, w najbli szej przysz³oœci nale y wzi¹æ pod uwagê: ochronê sk¹pych zasobów energetycznych Ziemi, redukcjê emisji substancji szkodliwych. Wed³ug Ciechaniwicza i Szczukowskiego [1] oraz innych autorów, wymienione powy ej cele mo na osi¹gn¹æ miêdzy innymi poprzez konsekwentn¹ realizacjê programu rozwoju biogazowni i bioelektrowni rolniczych, poprzez produkcjê metanolu, bioetanolu i poprawê wykorzystania potencja³u produkcyjnego si³owni wiatrowych. Noœniki energii pochodz¹ce z tych Ÿróde³ powinny byæ wykorzystane do wysokosprawnej produkcji energii elektrycznej w nisko i wysokotemperaturowych ogniwach paliwowych. Taki wniosek p³ynie z analizy dzia³añ podejmowanych przez oœrodki decyzyjne innych krajów i wiod¹ce oœrodki naukowe. Technologie wprowadzane na terenach wiejskich, ze wzglêdów spo³ecznych powinny byæ Ÿród³em dodatkowego zatrudnienia na tych obszarach. Dla zdynamizowania rozwoju obszarów wiejskich, rozwoju lokalnej przedsiêbiorczoœci i wykreowania dodatkowego Ÿród³a przychodów w gospodarstwach rolniczych, inwestycje zwi¹zane z wprowadzaniem technik energetycznego wykorzystania biomasy, mo na uznaæ za najbardziej efektywne. Rozwój technologii biogazowych to powstawanie nowych miejsc pracy. Szacuje siê, e liczba miejsc pracy stworzonych w wyniku produkcji i przetwarzania biomasy wynosi 0,1-0,9 etatu na 1 GWh wyprodukowanej energii. Najwiêksza iloœæ miejsc pracy powstaje w przypadku wykorzystania biomasy jako noœnika energii. Jednak mimo wymienionych powy ej zalet, wykorzystanie niekonwencjonalnych metod pozyskiwania energii nigdy nie osi¹gnê³o w Polsce znacznego udzia- ³u. Ma³o jest obiektów, które w trakcie eksploatacji osi¹gnê³y pe³n¹ sprawnoœæ. Dlatego te ma³o jest w polskiej literaturze wyników badañ prowadzonych na wybudowanych obiektach. Wiedzê na ten temat musimy czerpaæ g³ównie ze Ÿróde³ zagranicznych. To samo stwierdzenie dotyczy wzorców do upowszechnienia. Analizy ekonomiczne zastosowania niekonwencjonalnych Ÿróde³ energii w Polsce, zw³aszcza te, które stanowi¹ podstawê podejmowanych decyzji d³ugo- 81

80 falowych, w zbyt ma³ym stopniu uwzglêdniaj¹ korzyœci finansowe wynikaj¹ce z ograniczenia emisji zanieczyszczeñ gazów szkodliwych degraduj¹cych œrodowisko naturalne. Uwzglêdnienie tych korzyœci na podstawie pe³nego rachunku efektywnoœci ekonomicznej zawieraj¹cego obliczenia dyskontowe oraz tak zwan¹ zaktualizowan¹ wartoœæ inwestycji netto zmieni³oby ca³kowicie dane decyzyjne bêd¹ce podstaw¹ do kreowania polityki energetycznej kraju. Analizuj¹c kierunki doskonalenia technologii zwi¹zanych z przetwarzaniem biomasy do energii elektrycznej nale y równie uwzglêdniæ sta³y rozwój technik zwi¹zanych ze wzrostem sprawnoœci elektrycznej instalacji kogeneracyjnych. Za kilka lat inwestorów bêd¹ interesowa³y tylko te technologie, które zapewni¹ wysok¹ sprawnoœæ elektryczn¹ przy stosunkowo niewysokich jednostkowych kosztach produkcji. Aby zapewniæ polskim firmom i wytwórcom bioenergii w³aœciw¹ pozycjê konkurencyjn¹ w stosunku do firm zagranicznych, musimy szybko doskonaliæ i wdra aæ nowoczesne technologie, które wkraczaj¹ ju do skali przemys³owej w innych krajach oraz wdra aæ te, które wysz³y ju poza etap badañ laboratoryjnych i nadaj¹ siê do komercjalizacji. Zaniechanie tych dzia³añ bêdzie skutkowa- ³o k³opotami w momencie wycofania subwencji do energii produkowanej z biomasy. Polscy wytwórcy utrac¹ wtedy mo liwoœæ konkurowania z podmiotami zagranicznymi. Nale y równie uwzglêdniæ fakt, e poszczególne gospodarstwa na obszarach wiejskich powinny stanowiæ swego rodzaju samodzielny system agroenergetyczny. Poszczególne Ÿród³a energii powinny w tym przypadku byæ dobrane indywidualnie, uwzglêdniaæ lokalne specyficzne warunki oraz dostêpnoœæ poszczególnych noœników energii. Przyk³adowe elementy takiego systemu przedstawiono schematycznie na rysunku 20. W Niemczech dla przyspieszenia komercjalizacji badañ dotycz¹cych bioenergetyki tworzy siê Centra Badañ Wielkoskalowych, które zajmuj¹ siê rozwojem wybranych, konkretnych technologii. Ich zadaniem jest szybki transfer badañ laboratoryjnych do praktyki przemys³owej oraz badania maj¹ce na celu podnoszenie sprawnoœci w eksploatowanych ju obiektach poprzez wprowadzanie najnowoczeœniejszych osi¹gniêæ czo³owych, œwiatowych firm. Nale y tutaj zwróciæ uwagê na fakt, e sprawnie dzia³aj¹ g³ównie te centra, które s¹ lokalizowane bli- ej przemys³u, czyli w oœrodkach poza uczelniami wy szymi lub w instytutach badawczych nastawionych na komercjalizacjê badañ. Presja praktyki sprzyja w tym przypadku wdra aniu wyników badañ. 2. Proponowane kierunki dzia³añ W odbiorze energii z OZE wystêpuje szereg ograniczeñ. Najwa niejsze z nich: brak mo liwoœci pod³¹czenia generatorów energii do linii przesy³owych znajduj¹cych siê w ich pobli u, okresowe wstrzymanie odbioru energii przez sieci elektroenergetyczne wynikaj¹ce z warunków dzia³ania sieci. Ograniczenie pierwsze mo e byæ zlikwidowane przez przebudowê i budowê sieci 82

81 przesy³owych. Ograniczenie drugie mo e byæ prze³amane tylko przez zastosowanie systemów magazynowania energii wytworzonej, np. z elektrowni wiatrowych i dostarczanie jej do sieci w okresach, gdy istniej¹ mo liwoœci jej odbioru, czyli g³ównie w okresach szczytowego zapotrzebowania. Istotnym problemem w energetyce wiatrowej s¹ tak e krótkotrwa³e zmiany wielkoœci energii elektrycznej, wynikaj¹ce z niestabilnoœci dzia³ania turbin wiatrowych. Obni a to jakoœæ energii produkowanej przez te urz¹dzenia i jest niekorzystna dla sieci elektroenergetycznych. Problem ten mo e byæ rozwi¹zany przez wprowadzenie systemów magazynowania energii. Potrzeba magazynowania energii elektrycznej wystêpuje w systemach generacji dzia³aj¹cych w oparciu o OZE, takich jak turbiny wiatrowe lub ogniwa fotowoltaiczne, charakteryzuj¹ce siê tym, e wytwarzanie energii przez takie systemy nie jest ci¹g³e. Jednym z efektywnych sposobów magazynowania nadwy ek energii elektrycznej generowanych w elektrowniach wiatrowych jest jej poœrednie magazynowanie w postaci wodoru. Wytworzony poprzez elektrolizê wody wodór mo e byæ Ÿród³em energii dla ogniw paliwowych. System magazynowania nadwy ek energii w postaci wodoru podobny jest do systemu dzia³ania elektrowni szczytowej. Proponowane coraz czêœciej rozwi¹zania polegaj¹ na wykorzystaniu do elektrolizy wody nadwy kowej energii wiatrowej lub solarnej, poniewa czêsto w okresach ma³ego zapotrzebowania nie jest ona w ogóle odbierana. W wyniku tego procesu uzyskane produkty w postaci wodoru i tlenu mog¹ byæ magazynowane. W okresach szczytowego zapotrzebowania na energiê elektryczn¹, energia ta wytwarzana mo e byæ w ogniwach paliwowych, dla których noœnikiem jest zmagazynowany wodór i tlen [1]. Innowacyjnym elementem tego uk³adu technologicznego mo e byæ zastosowanie superkondensatorów. Superkondensator dziêki ogromnej pojemnoœci i podwy szeniu napiêcia znamionowego w porównaniu do klasycznych baterii tworzy nowe mo liwoœci w energoelektronice i elektroenergetyce, mo liwoœci nie tylko przekszta³cania, ale równie magazynowania energii. W ostatnich latach rozwiniêto dwie technologie konstrukcji superkondensatorów: zwijan¹ oraz sk³adan¹. Z energi¹ uzyskiwan¹ z odnawialnych Ÿróde³ energii najczêœciej kojarz¹ siê nam elektrownie wiatrowe, kolektory i baterie s³oneczne, instalacje geotermalne, hydroelektrownie czy biogazownie. Natomiast pozyskiwanie energii z biomasy, poprzez jej plazmow¹ selekcjê jest ma³o znane i rozpoznane. Mo liwoœæ uzyskania wysokich temperatur ( O C) w beztlenowym strumieniu plazmowym stwarza zupe³n¹ now¹ jakoœæ procesu destylacji zwi¹zków chemicznych w porównaniu do spalania [Piecuch, 1998]. W wyniku zastosowania techniki plazmowej do przeróbki i utylizacji ró nego rodzaju biomasy, w tym biomasy odpadowej, uzyskuje siê gaz syntezowy o du ej zawartoœci wodoru oraz z zeszklon¹ substancj¹ nieorganiczn¹. Obecnie funkcjonuje na œwiecie kilkanaœcie instalacji plazmowych o ró - nych mocach. Najwiêcej znajduje siê w Japonii. W Europie funkcjonuje kilka instalacji w skali przemys³owej, jedna z nich zlokalizowana jest we W³oszech. 83

82 Instalacje tego typu badane s¹ równie przez specjalistów niemieckich i francuskich. Wiêkszoœæ tych instalacji wykorzystywana jest do utylizacji odpadów niebezpiecznych i czêœciowo odpadów komunalnych [1], przy czym w tej metodzie nie wystêpuje przekszta³canie odpadów w inny odpad. W technologii plazmowej substancja organiczna, zawarta w ró nego rodzaju biomasie (sta³ej, mocno uwodnionej, p³ynnej) zostaje przetworzona w gaz syntezowy bogaty w wodór. Czêœæ nieorganiczna zostaje przetworzona w sta³y materia³ w formie szkliwa. Powsta³e produkty mog¹ byæ wykorzystane w znanych technologiach, w nastêpuj¹cy sposób: Gaz syntezowy mo e byæ wykorzystany surowcowo w produkcji wodoru, metanolu, benzyny, amoniaku albo energetycznie, np. poprzez spalanie w silnikach t³okowych i turbinach, w których wytwarzana jest w skojarzeniu energia elektryczna i cieplna. Gaz ten, z uwagi na du ¹ zawartoœæ wodoru, jest dobrym Ÿród³em energii dla ogniw paliwowych. Energia cieplna jest czêœciowo wykorzystana w procesie technologicznym, a jej nadmiar mo e byæ wykorzystany do celów grzewczych. Woda demineralizowana mo e byæ wykorzystana do uzupe³nienia ubytków w instalacjach grzewczych lub te mo e byæ surowcem w produkcji wody destylowanej, mo e byæ tak e wykorzystana do innych celów. Wydzielane w procesie wodorotlenki metali (w przypadku selekcji odpadów komunalnych i innych) mog¹ byæ wykorzystane w przemyœle chemicznym. Siarka (z procesów czyszczenia gazu syntezowego) mo e byæ wykorzystana jako siarka elementarna w procesach chemicznych. Metale (granulat metaliczny) mo e byæ wykorzystywany w przemyœle hutniczym. Zwitryfikowana substancja nieorganiczna (szk³o) mo e byæ wykorzystywana bezpoœrednio jako materia³ budowlany w drogownictwie lub te mo e byæ wykorzystany bezpoœrednio w produkcji elementów budowlanych albo te jako dodatek do asfaltów. Wprowadzane do praktyki produkcyjnej w Polsce technologie powinny polegaæ na zastosowaniu rozwi¹zañ polegaj¹cych na kompleksowym wykorzystaniu biomasy rolniczej, poprodukcyjnej i komunalnej, która bêdzie przetworzona w technologii plazmowej lub biogazowana. W technologii plazmowej produktem bêdzie gaz syntezowy przeznaczony do wytworzenia energii elektrycznej i ciep³a. Zród³em energii elektrycznej mog¹ byæ elektrownie wiatrowe i baterie fotowoltaiczne [1] lub biogaz pozyskiwany z likwidowanych dotychczasowych wysypisk, które po odgazowaniu bêd¹ mog³y podlegaæ rekultywacji wymaganej przez nowe uregulowania prawne. Szersze wykorzystanie biomasy do produkcji bioetanolu, metanolu i biogazu mo e byæ podstaw¹ rozwi¹zania problemów z sanitacj¹ obszarów wiejskich oraz elementem stymuluj¹cym powstawanie nowych miejsc pracy. 84

83 Rysunek 18. Pogl¹dowy schemat dzia³ania systemu z zastosowaniem ogniwa paliwowego Rysunek 19. Schemat systemu do napêdu pojazdów elektrycznych (rolniczych, miejskich itp.) 85

84 Rysunek 20. Przyk³adowe elementy systemu agroenergetycznego 3. Wp³yw rozproszonego uk³adu energetycznego na œrodowisko Spotyka siê wiele definicji energetyki rozproszonej (generacji rozproszonej, wytwarzania rozproszonego, energetyki lokalnej). Najpopularniejsze spoœród nich to: Ÿród³o o mocach nieprzekraczaj¹cych MW, których rozwój nie jest planowany centralnie, niepodlegaj¹ce te centralnemu dysponowaniu moc¹, przy- ³¹czone najczêœciej do elektroenergetycznych sieci rozdzielczych (za Grup¹ Robocz¹ CIGRE), Ÿród³o (jednostka) wytwórcza wykorzystywana przez u ytkownika na miejscu zainstalowania lub dostarczaj¹ca energiê do sieci rozdzielczej niskiego napiêcia (za Miêdzynarodow¹ Agencj¹ Energii), Ÿród³o rozproszone to jednostka wytwórcza przy³¹czona do sieci rozdzielczej niskiego napiêcia (wed³ug Dyrektywy UE 96-92), generacja rozproszona jest to zintegrowane z systemem lub autonomiczne u ycie ma³ych, modu³owych generatorów energii elektrycznej, usytuowanych w pobli u odbiorców, dziêki czemu pozwala to przedsiêbiorstwom energetycznym unikn¹æ kosztownych inwestycji w sieæ przesy³ow¹ i dystrybucyjn¹, zwiêksza wydolnoœæ systemu energetycznego i przyczynia siê do dostarczenia odbiorcom energii elektrycznej o wy szej jakoœci, powoduje zwiêkszenie niezawodnoœci dostaw oraz co jest bardzo wa ne, przyczynia siê do zachowania czystoœci œrodowiska (wed³ug Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych). 86

85 Najbardziej znan¹ definicj¹ energetyki rozproszonej jest okreœlenie stwierdzaj¹ce, e energetyka rozproszona to ma³e jednostki wytwórcze (o mocy znamionowej 50 do 150 kw) przy³¹czane bezpoœrednio do elektroenergetycznych sieci rozdzielczych lub zlokalizowane w sieci odbiorcy (za urz¹dzeniem kontrolnorozliczeniowym), produkuj¹ce tak e z energii odnawialnych energiê elektryczn¹, lub energiê elektryczn¹ w skojarzeniu z wytwarzaniem ciep³a [6]. W Polsce do najbardziej popularnych jednostek energetyki rozproszonej nale ¹ elektrociep³ownie przemys³owe oraz ma³e elektrownie wodne. Obserwuje siê jednak coraz wyraÿniejszy wzrost zainteresowania innymi Ÿród³ami energii, jak np. energetyk¹ wiatrow¹, geotermaln¹ oraz pochodz¹c¹ z biomasy. Na zachodzie Europy trendy te wystêpuj¹ ju od po³owy lat osiemdziesi¹tych. Obecnie, do krajów o najwiêkszym udziale gospodarki skojarzonej nale ¹ Holandia, Wielka Brytania oraz Niemcy. Wœród jednostek energetyki rozproszonej najbardziej znane s¹ tzw. hybrydowe systemy wytwórcze energii elektrycznej lub energii elektrycznej i ciep³a, czyli ma³e zespo³y wspó³pracuj¹cych jednostek wytwórczych energii elektrycznej (lub ciep³a) albo energii elektrycznej i ciep³a, których noœnikami pierwotnymi s¹ Ÿród³a energii odnawialnej lub nieodnawialnej zawieraj¹ce uk³ady do magazynowania energii. Sterowanie oraz koordynacja tych zespo³ów odbywa siê przy pomocy zaawansowanych uk³adów energoelektronicznych [5]. Definicjê uk³adu hybrydowego okreœlono tak e miêdzy innymi w Rozporz¹dzeniu Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia grudnia 2008 r. Dz. U Nr 156, poz. 969 w sprawie szczegó³owego zakresu obowi¹zków uzyskania i przedstawienia do umorzenia œwiadectw pochodzenia, uiszczenia op³aty zastêpczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciep³a wytworzonych w odnawialnych Ÿród³ach energii. Zgodnie z ni¹ uk³ad hybrydowy to jednostka wytwórcza wytwarzaj¹ca energiê elektryczn¹ albo energiê elektryczn¹ i ciep³o, w której w procesie wytwarzania energii elektrycznej lub ciep³a wykorzystywane s¹ noœniki energii wytwarzane oddzielnie w odnawialnych Ÿród³ach energii i w Ÿród³ach energii innych ni odnawialne, pracuj¹ce na wspólny kolektor oraz zu ywane wspólnie w tej jednostce wytwórczej do wytworzenia energii elektrycznej lub ciep³a. W systemach hybrydowych stosowane s¹ nastêpuj¹ce podstawowe technologie: spalinowe zespo³y pr¹dotwórcze (np. z silnikami Diesla), ma³e elektrownie wiatrowe, baterie s³oneczne, biogazownie i bioelektrownie (rysunki nr 21, 22). 87

86 Rysunek 21. Agregat kogeneracyjny dla mikrobiogazowni rolniczych 16kWe oraz 26 kwc Rysunek 22. Kontenerowa mikrobiogazownia rolnicza 16 kwe W systemach hybrydowych, w których do produkcji energii elektrycznej wykorzystuje siê g³ównie energiê s³oneczn¹, wiatrow¹ i wodn¹ podstawow¹ wad¹ jest uzale nienie od panuj¹cych w danej chwili warunków pogodowych. Uniemo liwia to w konsekwencji prognozowanie wielkoœci produkcji. Dlatego, aby zwiêkszyæ mo liwoœci wykorzystania tych Ÿróde³, stosuje siê uk³ady hybrydowe, w których wykorzystuje siê tak e energiê zawart¹ w biomasie, jak np. po³¹czenie panelu fotowoltaicznego lub wiatraka i generatora z silnikiem spalinowym. Silnik ten mo e byæ zasilany paliwem pozyskanym z biomasy w postaci biogazu lub wodorem. Ponadto w celu zapewnienia lepszego i bardziej efektywnego wykorzystania ró nych sposobów wytwarzania energii w systemach hybrydowych stosuje siê skomplikowane uk³ady sterowania i kontroli. 88 Do zasadniczych zalet energetyki rozproszonej nale y [2]: ograniczenie strat przesy³u i dystrybucji (wytwarzanie energii w uk³adach po³o onych w pobli u jej bezpoœrednich u ytkowników), mo e stanowiæ ona istotny element wzrostu niezawodnoœci systemów elektroenergetycznych, umo liwienie bezpoœredniego kontaktu producenta z odbiorc¹ energii, obni enie ceny energii do poziomu kosztów jej wytworzenia, poniewa pomijane s¹ koszty przesy³u energii, które stanowi¹ oko³o 30-40% ceny energii,

87 wyzwolenie konkurencyjnoœci wœród wytwórców poprzez wykorzystanie nowych mechanizmów rynkowych, np. odsprzeda energii w szczycie, zró nicowanie struktury w³asnoœciowej, zwiêkszenie gwarancji zasilania odbiorców, szczególnie w momentach awarii, zdecydowane obni enie kosztów rozbudowy sieci elektroenergetycznej i cieplnej, obni enie nak³adów inwestycyjnych dla zaspokojenia potrzeb ma³ych odbiorców oraz skrócenie okresów inwestycyjnych, mo liwoœæ dok³adniejszego dopasowania mocy jednostek wytwórczych do zapotrzebowania, du a elastycznoœæ pracy, dostosowana do potrzeb odbiorców i warunków cenowych na rynkach energii, budowa modu³owa, która umo liwia ³atw¹ rozbudowê, brak koniecznoœci budowy rozleg³ej infrastruktury sieciowej, bezobs³ugowoœæ urz¹dzeñ oraz mo liwoœæ zdalnego sterowania, decentralizacja wytwarzania energii, mo liwoœæ œwiadczenia us³ug systemowych (rezerwowanie mocy, regulacja mocy biernej, regulacja napiêcia), ma³a szkodliwoœæ dla œrodowiska. Wszystkie powy sze zalety energetyki rozproszonej mo na podzieliæ na korzyœci odbiorcy i korzyœci inwestora [2]: Korzyœci odbiorcy: oferuj¹ odbiorcy mo liwoœæ wyboru, niezale noœæ i kontrolê, oszczêdnoœæ kosztów eksploatacyjnych, wzrost indywidualnego bezpieczeñstwa energetycznego, uniezale nienie od cen taryfowych dotychczasowych dostawców energii, mo liwoœæ przejêcia instalacji na w³asnoœæ (po up³ywie okresu umownego), poprawa stanu œrodowiska, ograniczaj¹ zapotrzebowanie na energiê sieciow¹ w szczycie (wysokie ceny energii), u ytecznoœæ w stanach kryzysowych, zwiêkszona niezawodnoœæ i wzrost jakoœci dostarczanej energii, wzrastaj¹ca mo liwoœæ œwiadczenia dodatkowych us³ug sieciowych; Korzyœci inwestora: mniejsze ryzyko inwestycyjne (unikniêcie lub ograniczenie rozbudowy sieci), atrakcyjne wyniki ekonomiczne planowanej inwestycji, dalsza dywersyfikacja dzia³alnoœci, poszerzanie rynku us³ug, poprawa wizerunku firmy, krok w kierunku spe³nienia wymogu zakupu energii z CHP (kogeneracji), mo liwoœæ wykorzystania lokalnych zasobów energetycznych, np. gaz wysypiskowy, biomasa, lokalne Ÿród³a gazu). 89

88 Stosowanie energetyki rozproszonej ma tak e wady. Nale ¹ do nich miêdzy innymi: koniecznoœæ zorganizowania stabilnych dostaw przy zastosowaniu paliw niekonwencjonalnych, np. biomasy, nieokreœlony udzia³ Ÿróde³ rozproszonych w odpowiedzialnoœci i podziale ryzyka zwi¹zanego z bezpieczeñstwem systemu, koniecznoœæ poznania nowych technologii i regu³ rynkowych (ró nych od dotychczasowo stosowanych), z³o one i niejednoznaczne procedury sieciowe, np. koszty przy³¹czania, œwiadczenie us³ug systemowych, bilansowanie, koszty rezerwowania mocy, mo liwoœæ poniesienia strat w przypadku konfliktu z miejscowym operatorem sieci dystrybucyjnej, ni sza sprawnoœæ wytwarzania energii elektrycznej ni w jednostkach centralnych, niezbêdnoœæ zastosowania pracy w uk³adach skojarzonych (koniecznoœæ wykorzystania wytworzonego ciep³a), ze wzglêdu na du ¹ konkurencjê ekonomiczn¹, obawa przed negatywnym oddzia³ywaniem na system elektroenergetyczny. W listopadzie 2009 roku Uchwa³¹ Rady Ministrów przyjêto do realizacji dokument Polityka energetyczna Polski do 2030 roku opracowany przez Ministerstwo Gospodarki. Czêœci¹ sk³adow¹ tego dokumentu jest Prognoza oddzia- ³ywania polityki energetycznej na œrodowisko, do której przygotowania zobowi¹zuje ustawa z 3 paÿdziernika 2008 roku o udostêpnianiu informacji o œrodowisku i jego ochronie, udziale spo³eczeñstwa w ochronie œrodowiska oraz o ocenach oddzia³ywania na œrodowisko. Z dokumentu tego wynika, e polski sektor energetyczny w najbli szej przysz³oœci bêdzie musia³ zmierzyæ siê z powa nymi wyzwaniami wynikaj¹cymi nie tylko z krajowych, ale równie globalnych uwarunkowañ [4]. Nale ¹ do nich miedzy innymi: stosunkowo wysokie zapotrzebowanie na energiê, przejawiaj¹ce siê w ci¹gle zbyt niskim wskaÿnikiem PKB, niesprawny i nieefektywny poziom infrastruktury wytwórczej i przesy³owej, w tym zaawansowany wiek i niska sprawnoœæ urz¹dzeñ wytwarzaj¹cych energiê elektryczn¹ i ciep³o, a co z tego wynika du e straty energii w sieciach przesy³owych i dystrybucyjnych (zw³aszcza œredniego i niskiego napiêcia), oparcie ca³ego sektora energetycznego g³ównie na Ÿród³ach nieodnawialnych, jakimi s¹ wêgiel kamienny i brunatny, których obróbka w celu pozyskania energii wi¹ e siê z dodatkowymi dzia³aniami chroni¹cymi œrodowisko, rosn¹ce wci¹ zapotrzebowanie na energiê w gospodarstwach domowych i transporcie, uzale nienie energetyczne kraju od zewnêtrznych dostaw gazu ziemnego, a jeszcze wy sze od importu ropy naftowej, 90

89 zobowi¹zania miêdzynarodowe w zakresie ochrony œrodowiska, szczególnie w kwestii przeciwdzia³aniu zmianom klimatu oraz ograniczeniu emisji do powietrza zanieczyszczeñ, w tym dwutlenku wêgla, dwutlenku siarki, tlenków azotu, py³ów i innych substancji charakterystycznych dla energetyki opartej o paliwa kopalne. Najpowa niejszym Ÿród³em oddzia³ywania na œrodowisko jest wytwarzanie i konsumpcja energii w przemyœle, transporcie, rolnictwie i gospodarstwach domowych. Co prawda, w ci¹gu ostatnich 15 lat w Polsce zredukowano wiêkszoœæ negatywnych oddzia³ywañ na œrodowisko, niemniej krajowy sektor energetyczny (wed³ug opinii wielu ekspertów) jest w dalszym ci¹gu nieefektywny i uci¹ liwy dla œrodowiska. Eksperci ci wskazuj¹ na potrzebê przyznania priorytetu ochronie nieodnawialnych Ÿróde³ energii i cennych wartoœci przyrodniczych poprzez rozwój energetyki odnawialnej, promowanie efektywnych energetycznie form produkcji przemys³owej i transportu, których celem jest obni enie wytwarzania i konsumpcji energii, a co siê z tym wi¹ e ochrona œrodowiska. W powy ej wspomnianym dokumencie wyró niono siê szeœæ podstawowych kierunków polityki energetycznej Polski: 1. Poprawa efektywnoœci energetycznej. 2. Wzrost bezpieczeñstwa dostaw paliw i energii. 3. Dywersyfikacja struktury wytwarzania energii elektrycznej poprzez wprowadzenie energetyki j¹drowej. 4. Rozwój wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii, w tym biopaliw. 5. Rozwój konkurencyjnoœci rynków paliw i energii. 6. Ograniczenie oddzia³ywania energetyki na œrodowisko. Aby oceniæ skutki œrodowiskowe, bardzo wa ne jest odpowiedzenie sobie na pytanie, jaka bêdzie w przysz³oœci skala wzrostu zapotrzebowania na energiê i w jaki sposób to zapotrzebowanie mo e byæ pokryte. W zakresie tempa rozwoju energetyki odnawialnej za³o ono mo liwoœæ wzrostu jej udzia³u w strukturze energii finalnej do 15% w roku 2020 oraz osi¹gniêcie 10% udzia³u biopaliwa w rynku paliw transportowych. Za³o ono tak e pe³n¹ realizacjê modernizacji technicznej i ekologicznej urz¹dzeñ wytwórczych energetyki w celu utrzymania norm emisji py³u, dwutlenku siarki i tlenków azotu. Prognozowany wzrost zapotrzebowania na energiê pierwotn¹ w okresie od 2006 r. do 2030 r. wynosi oko³o 21%, z tym e wzrost ten bêdzie zdecydowanie wiêkszy po roku 2020, kiedy prognozuje siê wzrost PKB oraz wejœcie elektrowni j¹drowych o ni szej sprawnoœci wytwarzania energii elektrycznej ni w Ÿród³ach wêglowych. Zak³ada siê, e udzia³ energii odnawialnej w ca³kowitym zu yciu energii pierwotnej wzroœnie z poziomu ok. 5% w 2006 r. do oko³o 12% w 2020 roku i oko³o 12,4% w 2030 roku. Prognozuje siê tak e zdecydowane obni enie zu ycia energii pierwotnej na jednostkê PKB z poziomu oko³o 89,4 toe/mln z³, w 2006 r. do oko³o 33 toe/mln z³, w 2030 roku. Wed³ug tych samych prognoz nast¹pi w 2030 roku obni enie o ok. 50% elektroch³onnoœci PKB w porównaniu do roku

90 Produkcja energii elektrycznej brutto pozyskiwanej z odnawialnych Ÿróde³ energii w 2020 roku osi¹gnie poziom oko³o 31 TWh, co bêdzie stanowiæ 18,4% ca³kowitej produkcji energii, a w 2030 roku - poziom 39,5 TWh, co stanowiæ bêdzie oko³o 18,2% produkcji brutto (wed³ug: Prognoza oddzia³ywania polityki energetycznej na œrodowisko, za³¹cznik nr 4 do Polityka energetyczna Polski do 2030 roku ) [4]. Najwiêkszy udzia³ bêdzie stanowiæ energia z elektrowni wiatrowych, bo a 18 TWh w 2030 roku. Tak e produkcja energii elektrycznej w wysokosprawnej kogeneracji wzroœnie z poziomu 24,4 TWh w 2006 roku do 47,9 TWh w 2030 roku. W Polityce energetycznej Polski do 2030 roku prognozuje siê wzrost zu ycia energii finalnej o oko³o 29%, z wahaniem od 0% w rolnictwie do 90% w sektorze us³ug. Przewiduje siê wzrost zu ycia energii elektrycznej o 55%, gazu o 29%, ciep³a sieciowego o 50%, produktów naftowych o 27%, oraz energii odnawialnej bezpoœredniego zu ycia o ok. 60%. Jednoczeœnie przewiduje siê, e pomimo wzrostu zapotrzebowania na energiê finaln¹ bêdzie maleæ emisja dwutlenku wêgla i innych zanieczyszczeñ, g³ównie dziêki coraz wiêkszemu wzrostowi energii ze Ÿróde³ odnawialnych oraz z kogeneracji energii elektrycznej i ciep³a, wzrostowi zu ycia biopaliw w transporcie oraz wzrostowi zu ycia gazu ziemnego. Poprawi siê tak e sprawnoœæ wytwarzania, przesy³u i dystrybucji energii elektrycznej i ciep³a oraz, co jest bardzo wa ne, powstan¹ pierwsze w Polsce elektrownie j¹drowe. Nale y spodziewaæ siê, e przy realizacji tych wszystkich zamierzeñ obserwowaæ bêdzie siê okreœlone skutki œrodowiskowe zarówno pozytywne, jak i negatywne. Bardzo wa na jest odpowiedÿ na pytanie, które inne Ÿród³a energii mog¹ w niedalekiej przysz³oœci zast¹piæ paliwa kopalne, g³ównie wêgiel, który wykorzystywany do produkcji energii powoduje najwiêksze szkody œrodowiskowe (ekologiczne). W procesie produkcji energii z wêgla do atmosfery dostaj¹ siê szkodliwe zwi¹zki chemiczne, które pogarszaj¹ jakoœæ powietrza, zanieczyszczaj¹ glebê, utrudniaj¹ warunki bytowania ludzi, zwierz¹t oraz roœlin. Górnictwo odkrywkowe wêgla brunatnego zmienia w sposób drastyczny (nieodwracalny) lokalne ekosystemy. Sieæ przesy³owa energii elektrycznej oddzia³uje negatywnie poprzez promieniowanie elektromagnetyczne. 92 Wœród najwiêkszych uci¹ liwoœci sektora energetycznego wyró nia siê [3]: emisjê substancji chemicznych powoduj¹cych zanieczyszczenie œrodowiska. przekszta³cenia powierzchni ziemi podczas budowy jednostek energetycznych, oraz w³aœciwoœci fizycznych i chemicznych gleby podczas eksploatacji wydobywczej, emisjê ha³asu - podczas budowy i eksploatacji, zmiany lokalnego mikroklimatu - szczególnie podczas eksploatacji obiektów du ych, zanieczyszczenie wód, zaburzenie stosunków wodnych - przy eksploatacji systemów ch³odzenia i hydrotransportu popio³ów, niszczenie krajobrazu,

91 przerwanie po³¹czeñ przyrodniczych w ekosystemach i tworzenie przeszkód na trasach przemieszczania siê zwierz¹t. Ta lista negatywnych skutków dla œrodowiska ma jedynie charakter ogólny, pogl¹dowy, poniewa przy realizacji konkretnych inwestycji czêœæ z nich mo e w ogóle nie wyst¹piæ lub pojawiæ siê w ma³o znacz¹cej skali. W prognozie oddzia³ywania polityki energetycznej na œrodowisko [4] szczególny nacisk po³o ono na rozwój takich technik produkcji, które zapewni¹ wykszta³cenie trwa³ego zrównowa onego systemu energetycznego. Tabela 7. Porównanie konwencjonalnych i zrównowa onych systemów energetycznych - Ÿród³o: [4]. Tak e przyjazne z za³o enia dla œrodowiska techniki wytwarzania energii, takie jak elektrownie wiatrowe i wodne, wykorzystanie biomasy, biopaliw, czy biogazu mog¹ oddzia³ywaæ negatywnie na stan œrodowiska [4]. Szczególnie du e zagro enie dla œrodowiska przyrodniczego mo e stanowiæ produkcja (uprawa) biomasy dla celów energetycznych, a w szczególnoœci uprawa tzw. roœlin energetycznych, która wi¹ e siê z tworzeniem monokultur roœlinnych na du ych powierzchniach, a co za tym idzie ograniczenie bioró norodnoœci oraz zaburzenie obiegu pierwiastków w przyrodzie. Wykorzystywanie du ych area³ów gruntów ornych pod uprawy energetyczne mo e prowadziæ do zmniejszenia poda y ywnoœci i jak niektórzy prognozuj¹ do wzrostu jej cen. Jeszcze gorsza jest presja na wykorzystanie lasów jako surowca do produkcji biomasy. Wylicza siê, e wielkoœæ ingerencji w œrodowisko leœno-agrarne mo e dotyczyæ nawet powierzchni dwóch milionów hektarów upraw i produkcji kilkudziesiêciu milionów ton biomasy rocznie [4]. Wp³yw na œrodowisko wywieraj¹ tak e elektrownie wiatrowe, które mog¹ zmieniaæ walory krajobrazowe przestrzeni kraju, mog¹ tak e zmieniaæ lokalnie klimat akustyczny, a tak e mog¹ oddzia³ywaæ na stan bioró norodnoœci, szcze- 93

92 gólnie na populacje ptaków i nietoperzy. Przyjmuj¹c obecn¹ skalê rozwoju energetyki wiatrowej, jej oddzia³ywania œrodowiskowe bêd¹ dotyczyæ powierzchni oko³o 100 km 2, a przewidywane poœrednie skutki przyrodnicze na obszarze kilkakrotnie wiêkszym. Planowane inwestycje dotycz¹ce elektrowni wiatrowych zwiêksz¹ obszar tego typu ingerencji oko³o 15-krotnie. Stwierdzono [4], e najmniejsze skutki œrodowiskowe wytwarza pozyskiwanie i przeróbka energii s³onecznej, jednak ze wzglêdu na nisk¹ efektywnoœæ tej technologii (w naszej strefie klimatycznej) oraz stosunkowo wysokie koszty inwestycyjne sektor ten rozwija siê w kraju stosunkowo wolno. Energia s³oneczna jest wci¹ zbyt ma³o wykorzystywana w systemach indywidualnych do podgrzewania wody u ytkowej (kolektory wodne), czy w systemach wentylacyjnych (kolektory powietrzne). Dodatkowe mo liwoœci wykorzystania energii s³onecznej pojawi³y siê w momencie rozpoczêcia budowy tzw. domów pasywnych, czyli takich, w których zapewniony jest komfort cieplny przy zu yciu minimum energii, pozyskiwanej w³aœnie z promieniowania s³onecznego. Prawie niemo liwa jest w Polsce budowa du ych hydroelektrowni [4], ze wzglêdu na bardzo wysokie koszty inwestycji oraz bariery œrodowiskowe. Zak³ada siê jednak budowê mikro-hydroelektrowni, gdzie wielkoœæ oddzia³ywania na œrodowisko ma wymiar niewielki, lokalny i jest mo liwa do zminimalizowania, przy równoczesnym pozytywnym efekcie, jakim jest rozwój rozproszonej retencji wody. Wylicza siê, e na rzekach polskich mog³oby powstaæ co najmniej kilkaset takich obiektów, jednak ze wzglêdu na bariery spo³eczne i œrodowiskowe ich realizacja bêdzie bardzo trudna. Dotychczasowe wykorzystanie energii geotermalnej jest ograniczone. W Polsce istnieje obecnie piêæ ciep³owni geotermalnych oraz jeden zak³ad geotermalny, zasilaj¹cy indywidualne pompy ciep³a. S¹ to jednak inwestycje nieefektywne ekonomicznie ze wzglêdu na zbyt wysokie koszty inwestycyjne [4]. G³ówne problemy, które istniej¹ w dzia³aj¹cych w tej chwili obiektach geotermalnych, to zbyt ma³a wydajnoœæ z³o a, koniecznoœæ czyszczenia wody przed zat³oczeniem do gruntu, korozja instalacji oraz zapychanie z³o a wytr¹conymi solami. Jednak sta³y postêp techniczny byæ mo e pozwoli na szersze wykorzystanie tej technologii. Ocena oddzia³ywania energetyki rozproszonej na œrodowisko wskazuje na zdecydowanie znacznie mniejsze niekorzystne jej oddzia³ywanie na stan œrodowiska we wszystkich analizowanych elementach w porównaniu z oddzia³ywaniem tzw. energetyki konwencjonalnej wykorzystuj¹cej nieodnawialne Ÿród³a energii. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na gatunki i siedliska objête ochron¹ w ramach obszarów NATURA 2000 Realizacja planów rozwoju i modernizacji sieci elektroenergetycznych zapisanych w Polityce energetycznej Polski do roku 2030 oznacza mo liwoœæ wyst¹pienia kolizji przyrodniczo-przestrzennych z obszarami objêtymi ochron¹, w tym z obszarami Natura Dotyczy to jednak tylko i wy³¹cznie energetyki konwencjonalnej (poszerzanie obszarów odkrywek wêgla brunatnego, budowa 94

93 linii przesy³owych wysokiego napiêcia, budowa ruroci¹gów itp.). Przeciwwag¹ dla tych wszystkich dzia³añ jest rozwój alternatywnych Ÿróde³ energii. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na klimat Jedn¹ z najczêœciej podnoszonych kwestii ochrony œrodowiska jest wp³yw sektora energetycznego na zmiany klimatyczne. Proces wytwarzania energii elektrycznej oraz ciep³a to g³ówne Ÿród³o emisji dwutlenku wêgla do atmosfery. Polska w ci¹gu kilku ostatnich lat zredukowa³a emisjê tego gazu o 1/3, do poziomu oko³o 342 milionów ton rocznie. Rozwój energetyki rozproszonej, szczególnie przy wykorzystaniu energii wiatrowej, s³onecznej czy wodnej pozwoli na dalsz¹ redukcjê gazów. Wed³ug Popczyka [7] wybudowanie do 2020 roku 2 tysiêcy biogazowni oraz 40 tysiêcy mikro-biogazowni powinno zredukowaæ emisji CO 2 o oko³o 50 milionów ton rocznie. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na faunê i florê Ocena wp³ywu na zwierzêta wynika g³ównie z mo liwoœci wyp³aszania zwierz¹t z ich siedlisk i miejsc lêgowych, kolizji z turbinami wiatraków oraz zajmowania siedlisk na potrzeby budowy obiektów infrastruktury i linii przesy³owych. Dotyczy to jednak populacji lokalnych, wystêpuj¹cych w bezpoœrednim s¹siedztwie inwestycji. Tak czêsto podnoszony przez ekologów problem rozbijania siê ptaków i nietoperzy przez turbiny wiatraków jest marginalny, poniewa farmy wiatrowe powstaj¹ poza korytarzami migracyjnymi i miejscami lêgowymi. Skutkiem negatywnym przy produkcji biomasy mo e byæ wy³¹czenie czêœci area³u z produkcji rolnej. Plantacje roœlin energetycznych mog¹ zajmowaæ du e powierzchnie (monokultury), ograniczaj¹c ró norodnoœæ biologiczn¹. Oddzia³ywania te nale y jednak traktowaæ jako hipotetyczne, mog¹ bowiem wyst¹piæ tylko i wy³¹cznie w momencie niew³aœciwej lokalizacji inwestycji oraz z³ych zapisów prawnych. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na krajobraz i dziedzictwo kulturowe Oddzia³ywanie na krajobraz i dziedzictwo kulturowe ma charakter potencjalny i mo e dotyczyæ przede wszystkim lokalizacji du ych zespo³ów elektrowni wiatrowych. W Polsce nie ma obecnie adnych przepisów reguluj¹cych zasady lokalizacji farm wiatrowych w kontekœcie oddzia³ywania na œrodowisko, a ich lokalizacja zale y tylko i wy³¹cznie od ustaleñ miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego. Odbiór elektrowni wiatrowych w krajobrazie jest bardzo subiektywny. Czêœæ spo³eczeñstwa postrzega je jako oddech nowoczesnoœci, u czêœci powoduje negatywne oddzia³ywanie na walory wizualne. Koncentracja terenów objêtych ochron¹ konserwatorów zabytków dotyczy g³ównie terenów zachodniej i po³udniowej Polski. Oprócz tego na terenie kraju istniej¹ obiekty dziedzictwa kulturowego z listy UNESCO, a tak e pomniki historii i rezerwaty biosfery. Trudno sobie wyobraziæ kolizje tego typu, poniewa mo na je z odpowiednim wyprzedzeniem zidentyfikowaæ i unikn¹æ. Jedynym mo liwym Ÿród³em 95

94 konfliktów mog¹ byæ (przy wybieraniu lokalizacji pod inwestycje) potencjalne stanowiska badawcze archeologiczne, poniewa nie wszystkie s¹ do koñca rozpoznane. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na jakoœæ powietrza (emisje tlenków siarki i azotu, py³ów) Podstawowymi czynnikami decyduj¹cymi o uci¹ liwoœci sektora energetycznego s¹ emisje zanieczyszczeñ zawieraj¹cych przede wszystkim tlenki siarki i azotu, a tak e cz¹stki sta³e (py³y) i rtêæ. Dotyczy to jednak w g³ównej mierze energetyki konwencjonalnej. Wykorzystanie biomasy do produkcji ciep³a wi¹ e siê ze znacznie ni szymi emisjami dwutlenku siarki, tlenków azotu i prawie zerowymi dwutlenku wêgla, bior¹c ca³y cykl produkcji biomasy i jej spalenie. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na klimat akustyczny Wp³yw na klimat akustyczny ograniczaæ siê bêdzie tylko i wy³¹cznie do najbli szego s¹siedztwa obiektów energetycznych. Oddzia³ywanie energetyki rozproszonej na wody podziemne, powierzchniowe i g³ówne zbiorniki wód podziemnych Niektóre dzia³ania inwestycyjne mog¹ byæ Ÿród³em zanieczyszczeñ wód podziemnych, ale g³ównie w fazie realizacji danego przedsiêwziêcia (np. wyp³ukiwane materia³y budowlane, niew³aœciwie sk³adowane materia³y budowlane itp.). W fazie eksploatacji obiektów mo e dojœæ do ska enia wód poprzez niew³aœciwe przechowywanie substancji (np. substratów wsadowych, czy pofermentacyjnych w dzia³aj¹cych biogazowniach itp.). Podsumowanie Mimo wielu dyskusji i realizowania ró nych programów w zakresie odnawialnych Ÿróde³ energii nadal brak spójnej koncepcji takiego sposobu wkomponowania OZE w istniej¹cy system energetyczny, który zapewni³by wyst¹pienie efektu synergicznego, a nie tylko efektu wystêpuj¹cego jedynie z eksploatacji oddzielnych Ÿróde³ energii. Przygotowana przez Komisjê Europejsk¹ nowa wspólna polityka rolna (WPR) bêdzie wymaga³a, aby przynajmniej na obszarach wiejskich, wprowadzane nowe, innowacyjne technologie bioenergetyczne zapewni³y równie wyst¹pienie efektu proœrodowiskowego. Ochrona œrodowiska w po³¹czeniu z szerokim zastosowaniem odnawialnych Ÿróde³ energii ma dzia³aæ stymuluj¹co na rozwój obszarów wiejskich oraz pojedynczych gospodarstw. Poprzez stosowanie odnawialnych Ÿróde³ energii powinien nast¹piæ nie tylko wzrost udzia³u odnawialnej energii w ogólnym bilansie energetycznym kraju, ale równie powinien nast¹piæ przyrost stanowisk pracy na tych obszarach. Sposoby konwersji biomasy do paliw, energii elektrycznej i ciep³a nale y traktowaæ jako jeden z elementów stosowanych systemów agroenergetycznych. Dla 96

95 sprawnej realizacji przysz³ej polityki w tym zakresie niezbêdna bêdzie aktywizacja samorz¹dów terenowych. Najwa niejsze zadanie dla nauki w tym zakresie to przygotowanie koncepcji mo liwych do zastosowania systemów Agro-Bio-Centrów dla gmin, powiatów, regionów, grup producenckich, konsorcjów i podmiotów gospodarczych. Natomiast najwa niejsze zadania dla tych samorz¹dów to: 1. opracowanie gminnych planów zagospodarowania przestrzennego z uwzglêdnieniem funkcjonowania lokalnych systemów agro-bio-energetycznych, 2. wykonanie studium gospodarki œciekami, odpadami i osadami w skali gminy, powiatu, regionu, 3. przygotowanie lokalizacji do przekazania inwestorom w stadium umo liwiaj¹cym niezw³oczne rozpoczêcie inwestycji (uzbrojenie terenu, stworzenie niezbêdnej infrastruktury towarzysz¹cej, przeprowadzenie uzgodnieñ koncepcji zagospodarowania i przy³¹czy oraz przygotowanie samorz¹du do partnerstwa publiczno-prywatnego). Literatura 1. Ciechanowicz W., Szczukowski S.: Transformacja cywilizacji z ery ognia do ekonomii wodoru i metanolu. wyd. Wy sza Szko³a Informatyki Stosowanej i Zarz¹dzania, Warszawa 2010, s Skoczkowski T.: Rozwój polskich regulacji prawnych w aspekcie rozproszonych Ÿróde³ energii. Seminarium pt. Integracja generacji rozproszonej z polskim systemem elektroenergetycznym, Warszawa, KAPE S.A., 3. Radoviæ U.: Porównanie wp³ywu na zdrowie cz³owieka i œrodowisko naturalne ró - nych Ÿróde³ energii - Wyniki badañ w programie externe. Agencja Rynku Energii SA, Warszawa, Ministerstwo Gospodarki: Prognoza oddzia³ywania polityki energetycznej na œrodowisko. Za³¹cznik 4. Projekt z Badyda K., Lewandowski J.: Obci¹ enia œrodowiska naturalnego wynikaj¹ce z wykorzystania gazu w rozproszonych si³owniach Paska J.: Wytwarzanie energii elektrycznej i ciep³a w systemach hybrydowych Popczyk J. - Rozwój energetyki odnawialnej pozwoli ograniczyæ emisjê CO 2, Dziennik Gazeta Prawna r. 97

96 Alternatywne formy generacji rozproszonej, z uwzglêdnieniem OZE, w tym ma³ej energetyki j¹drowej dr in. Bogdan Sedler Fundacja Naukowo-Techniczna Gdañsk 15 Streszczenie Celem publikacji jest zebranie materia³ów i dokonanie przegl¹du ró nych alternatywnych form generacji rozproszonej ze szczególnym uwzglêdnieniem OZE, w tym ma³ej generacji j¹drowej. Zawarte nastêpuj¹ce wa niejsze elementy: uzasadnienie potrzeby generacji rozproszonej, definicje generacji rozproszonej i jej rodzaje, kierunki rozwoju generacji rozproszonej w œwiecie, w Unii Europejskiej i w Polsce, przegl¹d podstawowych alternatywnych technologii stosowanych w tych generacjach, ich aspekty ekonomiczne, porównanie alternatywnych technologii generacji rozproszonych oraz problemy ich wspó³pracy z sieciami elektroenergetycznymi, w aspekcie jakoœci i niezawodnoœci, docelowo w formie tzw. wirtualnej elektrowni. Poruszono równie problematykê barier i sugestie rozwi¹zañ we wdra aniu badañ do praktyki. Geneza generacji rozproszonej Od koñca lat 90. XX w. obserwuje siê wzrost zainteresowania ma³ymi, autonomicznymi Ÿród³ami energii, a wiêc generacj¹ rozproszon¹. Poprzednio Ÿród³a te s³u y³y czêsto, jako zasilanie awaryjne w energiê elektryczn¹, na wypadek przerw w zasilaniu, oraz do zasilania w energiê niewielkich, autonomicznych odbiorców, niemaj¹cych dostêpu do tej sieci. Od tej pory zaczynaj¹ siê pojawiaæ Ÿród³a - generacje rozproszone powi¹zane z sieci¹ dystrybucyjn¹ i zasilaj¹ce tê sieæ, np. w warunkach deficytu mocy. Rozwój generacji rozproszonych, tj. Ÿróde³ o œredniej i ma³ej mocy, spowodowany zosta³ w wyniku oddzia³ywania szeregu czynników, z których do najwa - niejszych nale a³y: 1. pojawienie siê nowych generacji technologii wytwarzania energii, o wysokiej sprawnoœci, mniejszych nak³adach inwestycyjnych, krótkich cyklach budowy i niskich kosztach eksploatacji, zw³aszcza w dziedzinie odnawialnych Ÿróde³ energii (OZE), które stanowi¹ istotny sk³adnik generacji rozproszonej, 2. demonopolizacja i prywatyzacja sektora energetyki, umo liwiaj¹ca budowê lokalnych Ÿróde³, zlokalizowanych blisko odbiorców, co pozwala unikn¹æ czêœci kosztów przesy³u i dystrybucji (dotyczy tak e ciep³a) i bazuj¹cych na miejscowych Ÿród³ach energii pierwotnej zasilaj¹cych OZE, np. wiatru, biomasy, s³oñca, energii wodnej. 3. wspomaganiu inwestorów przez rz¹dy, w formie dotacji i ulg podatkowych dla inwestycji w OZE oraz wymuszania zakupów przez przedsiêbiorstwa energe- 15 Przegl¹d materia³ów dotycz¹cych alternatywnych form generacji rozproszonej, w tym ma³ej generacji j¹drowej, z uwzglêdnieniem bezpieczeñstwa i diagnostyki tych form generacji" - dr in. B. Sedler, mgr E. Sul ycki, Praca na zamówienie Instytutu Maszyn Przep³ywowych PAN, Gdañsk listopad

97 tyczne energii elektrycznej pochodz¹cej z kogeneracji oraz z OZE - w ramach zintegrowanej polityki energetycznej i ochrony œrodowiska, 4. koniecznoœæ poprawy bezpieczeñstwa energetycznego, dziêki zwiêkszeniu pewnoœci zasilania, zmniejszeniu strat sieciowych, zmniejszeniu obci¹ enia szczytowego oraz, co jest szczególnie wa ne, unikniêcie zbêdnych nak³adów na rozbudowê sieci, a tak e zmniejszeniu uzale nienia od zewnêtrznych dostaw noœników energii, takich jak ropa i gaz. Powrót idei generacji rozproszonej jest przejawem ewolucji systemów elektroenergetycznych, od niewielkich jednostek wytwórczych, tworz¹cych wyspowe, odizolowane struktury zasilania, przez dominuj¹ce dziœ scentralizowane systemy wielkiej skali, po przysz³oœciowe zintegrowane systemy zaopatrzenia w energiê, ³¹cz¹ce zalety centralizacji i elastycznych, wydajnych energetycznie i przyjaznych œrodowisku technologii œredniej i ma³ej mocy. Generacja rozproszona (GR) (ang.: distnbuted generation dispersed generation, embedded generation) jest stosunkowo now¹ dziedzin¹ wiedzy i praktyki, nie ma zatem jeszcze powszechnie przyjêtej jednolitej terminologii. Próby zdefiniowania GR podejmowano z koñcem ubieg³ego stulecia. Przegl¹d ró nych definicji GR mo na znaleÿæ np. w artyku³ach J. Malko 16 oraz P. Biczela 17. Poni ej przedstawiono wa niejsze przyk³ady tych definicji. Wed³ug Grupy Roboczej CIGRE 18 (Conseil International des Grands Reseaux Electriques), GR s¹ to Ÿród³a o mocach nieprzekraczaj¹cych MW, których rozwój nie jest planowany centralnie, które nie podlegaj¹ centralnemu dysponowaniu moc¹ i przy³¹czane s¹ najczêœciej do sieci rozdzielczej. Dodatkowym warunkiem jest ryzyko, które w pe³ni ponosi niezale ny inwestor. Krótka definicja GR wg CIGRE brzmi: s¹ to Ÿród³a, wspó³pracuj¹ce z sieci¹ dystrybucyjn¹ lub bezpoœrednio zasilaj¹ce odbiorcê. Komisja Europejska okreœla GR jako zintegrowane lub autonomiczne wykorzystywanie ma³ych modularnych Ÿróde³ energii elektrycznej przez przedsiêbiorstwa energetyczne, ich klientów, prywatnych u ytkowników oraz inne strony, w zastosowaniach przynosz¹cych korzyœæ systemowi elektroenergetycznemu, specyficznym podmiotom u ytkowania koñcowego lub te obydwu tym stronom. Graniczna wielkoœæ mocy jednostkowej Ÿróde³ jest mniejsza ni MW 19. Zród³a GR instalowane s¹ blisko koñcowego odbiorcy energii i po³¹czone, w zale noœci od kraju, z sieci¹ o napiêciu od 240/400 V do 110 kv, Graniczna wartoœæ mocy Ÿród³a GR jest bardzo zró nicowana w zale noœci od kraju, np. w USA jest to 50 MW, w Wielkiej Brytanii 100 MW, w Szwecji 1,5 MW 16. J. Malko: Generacja rozproszona w Europejskiej polityce energetycznej. Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze - SIECI V Konferencja Naukowo-Techniczna. 17. P. Bioczel, J. Paska: Hybrydowa elektrownia s³oneczna z ogniwem paliwowym jako przyk³ad wykorzystania w energetyce rozproszonej wielu Ÿróde³ energii pierwotnej. Elektroenergetyka Nr 4 / International Energy Agency: Experience curves fir energy Policy. OECD / IEA, Paris European Commission: New ERA for electricity In Europe - Distributed Generation. EUR 20901, Brussels

98 (ale farmê wiatrow¹ ze 100 jednostkami po 1,5 MW nadal uwa a siê za GR), w Polsce MW, co wynika z pracy na sieæ dystrybucyjn¹ o napiêciu nieprzekraczaj¹cym 110 kv. Systemy wykorzystuj¹ce energiê ze Ÿróde³ odnawialnych s¹ w wiêkszoœci systemami GR. Wyj¹tkiem s¹ du e elektrownie wodne, szelfowe elektrownie wiatrowe i wspó³spalanie biomasy w konwencjonalnych elektrowniach na paliwa kopalne. Zasadniczy warunek, którym jest wspó³praca z sieci¹ dystrybucyjn¹, eliminuje z klasy GR zarówno du e obiekty hydroenergetyczne, jak i wielkie farmy wiatrowe, do³¹czone do sieci przesy³owej. Rodzaje generacji rozproszonej Jednostki GR ró ni¹ siê g³ównie moc¹ (w przyjêtych granicach MW) oraz stosowan¹ technologi¹. St¹d mo na sklasyfikowaæ wg dwóch kryteriów: 1) wg mocy zainstalowanej, oraz 2) wg rodzaju stosowanej technologii. Tak¹ klasyfikacjê proponuje cytowany ju wczeœniej w swojej ksi¹ ce J. Paska 20. Przedstawia siê ona jak ni ej: Podzia³ GR wg kryterium mocy zainstalowanej: mikro generacja rozproszona l W - 10 kw. ma³a generacja rozproszona l0 kw - 5 MW. œrednia generacja rozproszona 5-50 MW. du a generacja rozproszona MW. GR opiera siê na dwóch zasadniczo odmiennych klasach technologii: 1. technologiach wykorzystuj¹cych paliwa nieodnawialne, na ogó³ wêglowodorowe (z dominacj¹ gazu ziemnego) w silnikach t³okowych, turbinach gazowych, mikroturbinach i ogniwach paliwowych; coraz powszechniejsz¹ praktyk¹ jest stosowanie procesów skojarzonych wielocalowych (kogeneracja, trigeneracja, poligeneracja); 2. technologiach wykorzystuj¹cych zasoby odnawialne dla pozyskiwania ciep³a (geotermia, kolektory s³oneczne) i /lub energii elektrycznej (ma³e elektrownie wodne, elektrownie wiatrowe, elektrownie zasilane biomas¹, instalacje fotowoltaiczne, uk³ady geotermii wysokotemperaturowej). Podzia³ GR wg kryterium rodzaju zastosowanej technologii: odnawialna generacja rozproszona, modu³owa generacja rozproszona, skojarzona generacja rozproszona. W Ÿród³ach rozproszonych s¹ stosowane ró ne technologie wytwarzania energii elektrycznej - od tradycyjnych, przez technologie wytwarzania skojarzonego energii elektrycznej i ciep³a oraz technologie wykorzystuj¹ce odnawialne Ÿród³a energii, a do ogniw paliwowych i zasobników energii. Czêsto jednostki energetyki rozproszonej maj¹ budowê modu³ow¹ - kompaktow¹. Technologie stosowane w Ÿród³ach rozproszonych: silniki t³okowe, turbiny i mikroturbiny gazowe, silniki Stirlinga, 20. J. Paska: Wytwarzanie rozproszone energii elektrycznej i ciep³a. Politechnika Warszawska,

99 ogniwa paliwowe, uk³ady skojarzone oparte na turbinach gazowych, silnikach t³okowych, silnikach Stirlinga i ogniwach paliwowych, ma³e elektrownie wodne, elektrownie wiatrowe, elektrownie geotermiczne, systemy fotowoltaiczne, uk³ady heliotermiczne (z centralnym odbiornikiem i zdecentralizowane), technologie wykorzystuj¹ce biomasê i odpady, technologie wykorzystuj¹ce: p³ywy, pr¹dy i falowanie mórz oraz ciep³o oceaniczne, zasobniki energii. Warto zauwa yæ wystêpowanie w tej klasyfikacji równie zasobników energii. S¹ to instalacje ma³ej skali, wykorzystuj¹ce szeroki zakres technologii magazynowania, od baterii chemicznych, po systemy bezw³adnoœciowe, superkondensatory, a do uk³adów nadprzewodz¹cych. Nowym obiecuj¹cym medium stanowi¹cym magazyn energii jest równie wodór, uzyskiwany na drodze elektrolizy, zasilanej energi¹ elektryczn¹ ze Ÿróde³ o znacznej zmiennoœci w czasie i trudnej do przewidzenia dyspozycyjnoœci (np. generacje wiatrowe). Rysunek 23. Syntetyczne zestawienie technologii GR, zakresu stosowanych mocy i zastosowañ Jakoœæ zasilania - poradnik. Generacja rozproszona i odnawialne Ÿród³a energii 102

100 Typowe zastosowania generacji rozproszonej GR stosowana jest w ró nych dziedzinach techniki i gospodarki. Typowymi przyk³adowymi zastosowañ GR s¹ 21 : generacja na u ytek w³asny gospodarstw - mikrogeneracja: energia elektryczna i ciep³o, zastosowania komercyjne w budynkach - energia elektryczna i ciep³o, cieplarnie, zastosowania zwi¹zane z procesem - energia elektryczna, ciep³o, zastosowania przemys³owe, zwi¹zane z procesem - energia elektryczna i para, ciep³ownictwo, zastosowania w budynkach - energia elektryczna i ciep³o dostarczane przez sieæ ciep³ownicz¹, energia elektryczna dostarczana do sieci. Stan obecny i kierunki rozwoju generacji rozproszonej Problematyka GR (w sk³ad której wchodz¹ równie mniejsze instalacje OZE) wystêpuje w dyrektywach Parlamentu Europejskiego i Rady Europy, które musz¹ byæ przenoszone przez pañstwa cz³onkowskie do ich ustawodawstwa narodowego. Cele do osi¹gniêcia w Unii Europejskiej do roku 2020 to: 1) redukcja emisji gazów cieplarnianych (CO 2 ) o 20%, 2) zwiêkszenie efektywnoœci energetycznej o 20%, oraz 3) zwiêkszenie wykorzystania energii ze Ÿróde³ odnawialnych o 20% Warunkiem koniecznym realizacji ww. celów jest: wejœcie na œcie kê energetyki innowacyjnej poprzez paliwa drugiej generacji, uniwersalizacjê technologii energetycznych na wszystkich trzech rynkach koñcowych: energii elektrycznej, ciep³a i paliw transportowych. Najwa niejsze propozycje UE zawarte m.in. w Siódmym Programie Ramowym: 1) Czyste technologie wêglowe oraz technologie wychwytywania i sk³adowania dwutlenku wêgla; budowa 12 prawie zero-emisyjnych, wielkoskalowych elektrowni wêglowych. 2) Produkcja paliw i energii elektrycznej ze Ÿróde³ odnawialnych. 3) Energia atomowa - budowa elektrowni j¹drowych oraz budowa eksperymentalnego wielkiego miêdzynarodowego reaktora termonuklearnego ITER uzyskuj¹cego ca³kowicie bezpieczn¹ energiê z fuzji j¹drowej. 4) Wodór i ogniwa paliwowe Wspólna Inicjatywa Technologiczna. 5) Inteligentne sieci energetyczne (Smart Grids) zapobiegaj¹ce awariom systemu i oszczêdzaj¹ce energiê. 6) Wszechstronna oszczêdnoœæ energii. Warunkiem rozwoju GR jest rozpowszechnienie wielu tzw. czystych technologii, spoœród których najwa niejszymi s¹: odnawialne Ÿród³a energii (OZE), kogeneracja i poligeneracja, skojarzone ogniwa paliwowe i systemy wodorowe, technologie efektywnego wykorzystania energii oparte na zarz¹dzaniu stron¹ popytow¹ (DSM). 21. Jakoœæ zasilania - poradnik. Generacja rozproszona i odnawialne Ÿród³a energii. Polskie Centrum Promocji Miedzi Sp. z o.o. Wroc³aw. European Copper Institute. Brussels, Belgium. 103

101 J. Malko wskazuje, e rozwój GR jest funkcj¹ wielu czynników, wœród których wymieniæ mo na 23 : 1) otoczenie legislacyjne i regulacje sektora energii elektrycznej jako odzwierciedlenie za³o eñ polityki energetycznej na poziomie pañstw i struktur ponadnarodowych, 2) tendencje wzrostu zapotrzebowania na energiê ze szczególnym uwzglêdnieniem energii elektrycznej, 3) g³êbokoœæ penetracji nowych Ÿróde³, mierzona udzia³em OZE + GR w ca³kowitej produkcji energii elektrycznej, 4) strukturê technologii RES + DG i perspektywy rozwoju, 5) rozwój infrastruktury sieciowej na wszystkich poziomach napiêciowych. Ka dy z tych czynników w bli szym horyzoncie - do roku 2020 oraz dalszej perspektywie czasowej obarczony jest znacznym stopniem niepewnoœci. Niemniej jednak nale y siê spodziewaæ, e polityka UE w dziedzinie GR w perspektywie roku 2020 bêdzie zmierza³a w kierunku dynamicznego rozwoju. W scenariuszu optymistycznym ww. autor zak³ada, e: 1) Nast¹pi pe³na implementacja dyrektyw promuj¹cych rozwój OZE i GR o skutkach znacz¹co zró nicowanych dla poszczególnych krajów. 2) Zapotrzebowanie na energiê elektryczn¹ bêdzie ros³o w tempie 2% rocznie, co oznacza w odniesieniu do roku 2020 przyrost zu ycia o ok. 20% w odniesieniu do roku ) Udzia³ OZE w produkcji energii bêdzie wynosi³ 21%, ale rzeczywisty udzia³ OZE w GR nie przekroczy w 2010 roku 10% produkcji energii elektrycznej, poniewa znaczny udzia³ w OZE maj¹ du e elektrownie wodne i farmy wiatrowe nietraktowane jako GR. 4) Wzrost udzia³u kogeneracji w produkcji energii elektrycznej ma byæ zasadniczo osi¹gniêty w ma³ych Ÿród³ach gazowych. Mo na za³o yæ, i g³êbokoœæ penetracji OZE + GR w produkcji energii elektrycznej do roku 2020 osi¹gnie poziom ok. 20%. 5) Struktura i dynamika OZE i GR jest obecnie zdominowana przez obiekty hydroenergetyczne. Najbardziej rozwija siê energetyka wiatrowa, ale tempo to bêdzie s³ab³o. Mo na natomiast oczekiwaæ dynamicznego rozwoju segmentu ogniw paliwowych o mocach 0,3-2,0 MW 24. Rozwój infrastruktury sieciowej, wymuszony znacz¹cym udzia³em RES + DG, nie bêdzie istotnie znacz¹cy do poziomu penetracji tych Ÿróde³ poni ej 30%. Istnieje w literaturze wiele prognoz rozwoju OZE + GR. Stan obecny i przewidywany rozwój OZE do roku 2020 przedstawia rysunek nr 24. Prognozy, przeprowadzone pod patronatem Komisji Europejskiej, oceniaj¹, i do 2020 r. poziom penetracji GR osi¹gnie w krajach unijnych 20%. Obecna faza rozwojowa GR + OZE przesuwa wagê zagadnienia od dojrza³oœci i konkurencyjnoœci oferowanych technologii do problemów integracji GR w istniej¹cych syste- 23. Ibidem 24. Ibidem 104

102 Rysunek 24. Stan obecny i przewidywany rozwój OZE do roku mach zaopatrzenia w energiê 26. Polityka UE w dziedzinie rozwoju GR i OZE ma oczywiœcie prze³o enie na Polskê, jako jej cz³onka. Polska Podstawowym aktem prawnym dot. energetyki jest w Polsce Ustawa - Prawo energetyczne 27. Nie mówi siê tam o GR, natomiast poczesne miejsce zajmuje OZE i kogeneracja oraz mechanizmy ich wspierania. Istot¹ tych mechanizmów jest obowi¹zek zakupu przez przedsiêbiorstwa energetyczne ustalonych procentowo udzia³ów energii z tych Ÿróde³, dokumentowanych przedstawianymi do umorzenia œwiadectwami pochodzenia energii lub koniecznoœci¹ wnoszenia zamiast tego op³at zastêpczych. Stan istniej¹cy OZE w Polsce (i szerzej - na œwiecie) mo na m.in. znaleÿæ w opracowaniu W. Golka 28 Wg niego aktualnie wiêkszoœæ energii pochodzi z du ych elektrowni systemowych i elektrociep³owniach stosuj¹cych wspó³spalanie biomasy z wêglem, co stanowi 4,2 TWh. Z elektrowni wodnych pochodzi 2,4 TWh, a z wiatru - 1 TWh energii elektrycznej. Zestawienie mocy zainstalowanej instalacji OZE w latach w Polsce przedstawia tabela numer 8. Tabela 8. Moc zainstalowana OZE w latach w Polsce. 25. J. Paska: Wprowadzenie do wytwarzania rozproszonego energii elektrycznej i ciep³a. Politechnika Warszawska, Ibidem 27. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (tekst jednolity Dz. U. z 2006 r., Nr 89, poz. 625). 28. W. Golka: Energetyka a odnawialne Ÿród³a energii. Warszawa,

103 Kierunki rozwoju GR w Polsce okreœlone s¹ poœrednio w dokumencie rz¹dowym pt.: Polityka energetyczna Polski do 2030 roku 29. Wskazuje siê tam GR jako element poprawy bezpieczeñstwa energetycznego, poprzez wykorzystanie lokalnych Ÿróde³ energii, takich jak metan i OZE i zak³ada wsparcie dla rozwoju OZE oraz kogeneracji. Celem indykatywnym jest osi¹gniêcie do 2020 r. 15% udzia³u energii z OZE. Cele poœrednie to: 9,1% w 2010 r., 9,6% w 2011 r. oraz 10,2% w 2012 r. Ma temu s³u yæ wsparcie dla budowy: biogazowni, farm wiatrowych, w tym na morzu oraz technologii pozyskiwania energii z odpadów biodegradowalnych. Prognozê rozwoju mocy wytwórczych polskiej energetyki, z uwzglêdnieniem OZE, w podziale na poszczególne rodzaje, wg Polityki energetycznej przedstawia tabela nr 9. Tabela 9. Moce wytwórcze energii elektrycznej brutto (MW] 30 Poni ej przedstawiono równie proponowane przez prof. J. Popczyka strategiczne kierunki dzia³añ w sferze rozwoju energetyki, z uwzglêdnieniem OZE i tzw. rolnictwa energetycznego 31. 1) Budowa elektrowni wiatrowych o mocy 2000 MW (roczna produkcja energii elektrycznej 5 TWh), horyzont rok. Opcja kontynuacji budowy elektrowni wiatrowych po 2013 r. a do mocy 6000 MW (do poziomu ³¹cznej rocznej produkcji energii elektrycznej wynosz¹cej oko³o 12 TWh), horyzont r. 29. Polityka energetyczna Polski do 2030 roku. Dokument przyjêty przez Radê Ministrów w dniu 10 listopada 2009 r. 30. Polityka energetyczna Polski do 2030 roku 31. J. Popczyk: Prezentacja nt. strategii rozwoju energetyki i rolnictwa energetycznego. 106

104 2) Wykorzystanie potencja³u kogeneracji (rozproszonej) tkwi¹cego w ciep³ownictwie i przemyœle (3000 MWel), wymagaj¹cego oko³o 5,5 mld m 3 gazu rocznie, horyzont r. 3) Zwiêkszenie krajowego wydobycia gazu ziemnego (roczny efekt 1,5 do 2 mld m 3 ), horyzont r. Budowa infrastruktury opartej na technologiach LNG i CNG, z opcj¹ wykorzystania tej infrastruktury w przysz³oœci w energetyce rozproszonej opartej na gazach syntezowych z przeróbki wêgla (kamiennego i brunatnego), horyzont r. 4) Wykorzystanie 1 mln ha gruntów pod uprawy energetyczne przeznaczone do produkcji biometanu (np. 50 mln ton kukurydzy, 5 mld m 3 biometanu w roku), horyzont r. Zast¹pienie klasycznej (sieciowej) reelektryfikacji wsi nowoczesn¹ reelektryfikacj¹ maj¹c¹ podstawê w innowacyjnej energetyce rozproszonej wytwórczej i w rolnictwie energetycznym. Opcja wykorzystania 4 mln ha gruntów pod uprawy energetyczne, horyzont r. Warto zauwa yæ, e wraz z postêpuj¹c¹ liberalizacj¹ sektora elektroenergetycznego w Polsce wzrastaæ bêdzie zainteresowanie inwestorów inwestycjami w GR. Mniejsze nak³ady inwestycyjne i mniejsze ryzyko spowoduje rozwój lokalnej gospodarki energetycznej, z uwzglêdnieniem najnowszych trendów w postaci tworzenia przedsiêbiorstw multienergtycznych, przy czynnym wspó³dzia³aniu w³adz gmin. Szczegó³owy opis dotychczasowych przekszta³ceñ elektroenergetyki w Polsce, na tle strategii energetycznych przedsiêbiorstw europejskich oraz kierunki rozwoju przedsiêbiorstw multienergetycznych w Polsce, przedstawia w swoim referacie J. Popczyk Przegl¹d technologii generacji rozproszonej Technologie tradycyjne T³okowe silniki spalinowe s¹ dotychczas najczêœciej spotykan¹ technologi¹ GR. Charakterystykê tych Ÿróde³ (oraz innych) zawiera m.in. praca pt.: Opracowanie charakterystyk techniczno-ekonomicznych wybranych Ÿróde³ generacji rozproszonej 33 Poni ej przedstawiono najwa niejsze jej elementy. Wspó³czesne silniki t³okowe napêdzane s¹ olejem napêdowym, etylin¹, gazem ziemnym, gazem LPG oraz biogazem. Najczêœciej spotykane moce to od kilku kw do 5 MW, a nawet rzêdu 10 MW. Do g³ównych komponentów zespo³u pr¹dotwórczego nale ¹: silnik spalinowy, dwu - lub czterosuwowy gaÿnikowy lub wysokoprê ny, jedno- lub wielocylindrowa, w uk³adzie pionowym rzêdowym lub w uk³adzie V, 32. J. Popczyk: Generacja rozproszona w œwietle reform elektroenergetyki w Polsce i strategii wielkich przedsiêbiorstw energetycznych w Europie. Perspektywy rozwoju energetyki rozproszonej. SEP - Gliwice. 11 czerwca Praca zbiorowa: Opracowanie charakterystyk techniczno-ekonomicznych wybranych Ÿróde³ generacji rozproszonej i odbiorników energii przy³¹czonych do sieci elektroenergetycznej œredniego napiêcia oraz opracowanie koncepcji programu komputerowego symuluj¹cego pracê takiej sieci. Politechnika Warszawska, Wydzia³ elektryczny. Instytut Elektrotechniki. Warszawa,

105 pr¹dnica - w postaci samowzbudnego generatora synchronicznego z dwoma, czterema, szeœcioma lub oœmioma parami biegunów. Turbiny gazowe Drug¹, coraz czêœciej spotykan¹ technologi¹ GR, s¹ turbiny gazowe, a wœród nich mikroturbiny. Charakterystykê tych jednostek mo na znaleÿæ m.in. w cytowanej ju pracy Politechniki Warszawskiej 34 oraz w pracy B. Sedlera nt. turbin gazowych w zastosowaniach w elektrociep³owni ma³ej mocy 35. Poni ej przedstawiono podstawowe informacje nt. tych jednostek. Orientacyjnie mo na podzieliæ turbiny gazowe na: 1) du e: o mocy pow. 20 MW, 2) œrednie: 1-20 MW, 3) ma³e: poni ej l MW, oraz 4) mikro: 0,01-0,1 MW. Dzia³anie turbiny gazowej oparte jest na obiegu Braytona-Joluje'a. G³ównymi elementami uk³adu s¹: osiowa sprê arka powietrza, zespó³ komory spalania oraz zespó³ turbina - generator synchroniczny. Sprawnoœæ turbin gazowych jest rzêdu 35-40%, jednak w zastosowaniach kogeneracyjnych (najczêœciej) ca³kowita sprawnoœæ uk³adu roœnie do 65-75%. Do zalet turbin gazowych nale ¹: mo liwoœæ zastosowania w uk³adach skojarzonych, umiarkowane nak³ady i niezbyt d³ugi cykl inwestycyjny, mo liwoœæ stosowania ró nych paliw (gaz ziemny, biogaz, olej napêdowy, nafta, LPG), szybki rozruch, niezawodnoœæ oraz niewielka emisja zanieczyszczeñ do atmosfery. Wadami TG s¹: du e jednostkowe zu ycie ciep³a przy niepe³nym obci¹ eniu, g³oœna praca oraz stosunkowo d³ugi czas remontów. Szczególnym rodzajem turbin gazowych, który pojawi³ siê ostatnio, s¹ mikroturbiny. Charakteryzuj¹ je nastêpuj¹ce parametry: wielkoœæ mocy - do 100 kw, rzadziej do 200 kw, obieg prosty - wiêkszoœæ z nich (do 100 kw) pracuje w obiegu Braytona- Joule'a z jednostopniow¹ sprê ark¹ oraz jednostopniow¹ turbin¹ (sprawnoœæ ogólna rzêdu 17%), ni szy stopieñ sprê ania - 3:l - 4:1 zamiast 13:1-15:1, konstrukcja wirnika - zintegrowany uk³ad sprê arka-turbina-generator. Przyk³ad mikroturbiny amerykañskiej firmy Capstone o mocy 30 kw, z jednostopniow¹ sprê ark¹ promieniow¹, jednostopniow¹ turbin¹ promieniow¹, rekuperatorem i bezolejowymi ³o yskami powietrznymi na folii przedstawia rysunek numer 25. Generatory w mikroturbinach pracuj¹ z nominaln¹ prêdkoœci¹ obrotow¹ ponad 100 tys. obrotów/min, wytwarzaj¹c pr¹d o czêstotliwoœci Hz. Obni enie czêstotliwoœci wymaga stosowania konwerterów energoelektronicznych. Mikroturbiny znajduj¹ obecnie zastosowanie w ró nych obiektach komunalnych oraz przemys³owych, w których wymagana jest wysoka niezawodnoœæ zasi- 34. Praca zbiorowa: Opracowanie charakterystyk tech. - ekonomicznych wybranych Ÿróde³ generacji rozproszonej. Politechnika Warszawska, Wydzia³ Elektryczny. Instytut Elektrotechniki. Warszawa, B. Sedler: Rozwi¹zania elektrociep³owni ma³ej mocy z uwzglêdnieniem turbiny gazowej i generatora pr¹du o mocy oko³o 2 MW. Gdañsk, maj

106 lania energi¹ elektryczn¹. Odznaczaj¹ siê one doœæ niskim poziomem emisji zanieczyszczeñ do atmosfery. Mikroturbiny uwa ane s¹ za niezawodne i przyjazne œrodowisku rozwi¹zania dla pokrywania mocy szczytowej, jako Ÿród³a rezerwowe i dla innych zastosowañ. Rysunek 25. Mikroturbina amerykañskiej firmy Capstone o mocy 30 kw 36 Silniki Starlinga Szczególnym rozwi¹zaniem w grupie silników t³okowych jest tzw. silnik Stirlinga, którego dominuj¹c¹ cech¹ jest spalanie zewnêtrzne, umo liwiaj¹ce wykorzystanie obszernego zakresu paliw. Syntetyczny opis tej technologii zaczerpniêto równie z cytowanej pracy Politechniki Warszawskiej 37. Silnik Stirlinga jest maszyn¹ cieplno-napêdow¹. Dzia³anie silnika polega na doprowadzaniu, w sposób ci¹g³y, ciep³a z zewn¹trz do ogrzewanego czynnika roboczego. Jest nim dowolny, sprê ony gaz - najczêœciej powietrze. Czynnik roboczy przep³ywa miêdzy dwoma cylindrami z t³okami i dziêki wytworzonej ró nicy temperatur obu t³oków - zapewnia ich ruch. Cykl Stirlinga jest zbli ony do cyklu Carnota, co zapewnia mu du ¹ sprawnoœæ, rzêdu 35-40%. Silniki Stirlinga produkowane s¹ na moce w przedziale od kilku watów do oko- ³o 10 kw. Zespo³y pr¹dotwórcze oparte na silnikach Stirlinga pracuj¹ g³ównie w kogeneracji energii elektrycznej i ciep³a, ale tak e w zespo³ach elektrowni solarnych oraz znajduj¹ zastosowanie w domach i biurach. Przyk³adowy silnik Stirlinga firmy Solo Kleimotoren, o mocy 10 kw, zasilany gazem przedstawia rysunek numer 26. Zalet¹ silnika Stirlinga jest mo liwoœæ wykorzystania ró nego rodzaju paliw sta- ³ych, ciek³ych i gazowych, ma³e gabaryty, wysoka niezawodnoœæ oraz d³ugi czas pracy bez koniecznoœci remontu. Jako wadê mo na wymieniæ potrzebê intensywnego sch³adzania czynnika roboczego, co ma wp³yw na sprawnoœæ ca³ego uk³adu. Wad¹ silnika Stirlinga jest koniecznoœæ u ywania du ych powierzchni wymiany ciep³a. Problem ³agodzi zastosowanie wysokich ciœnieñ gazu roboczego, co z kolei sprawia trudnoœci z uszczelnieniem. Ogólnie wad¹ silnika Stirlinga s¹ stosunkowo wysokie nak³ady inwestycyjne. Jednak e ju dziœ silnik Stirlinga konkuruje z powodzeniem z innymi technologiami w zakresie dolnych wartoœci mocy GR Praca zbiorowa: Opracowanie charakterystyk techn. - ekonomicznych wybranych Ÿróde³ generacji rozproszonej. Politechnika Warszawska, op. cit. 109

107 Rysunek 26. Przyk³adowy silnik Stirlinga firmy Solo Kleimotoren o mocy 10 kw zasilany gazem 38 Ogniwa paliwowe Ogniwa paliwowe traktowane s¹ jako jedna z przysz³oœciowych technologii w systemach GR. Poni ej przedstawiono syntetyczne informacje na temat ogniw paliwowych zaczerpniête z pracy J. Paska 39 oraz pracy Politechniki Warszawskiej nt. wytwarzania rozproszonego energii elektrycznej i ciep³a 40. Ogniwa paliwowe przetwarzaj¹ energiê chemiczn¹ bezpoœrednio w procesie elektrochemicznym w energiê elektryczn¹ i ciepln¹. Zawieraj¹ dwie elektrody oraz elektrolit. Do anody podawane jest paliwo, którym mo e byæ wodór, gaz ziemny lub metanol, do katody zaœ - utleniacz, tj. tlen lub powietrze. Dziêki obecnoœci katalizatora, wodór podlega procesowi jonizacji. Jony dodatnie przedostaj¹ siê przez elektrolit do katody, zaœ elektrony przep³ywaj¹ przez elektrody oraz zamkniêty obwód zewnêtrzny. Tlen wi¹ e siê z jonami wodoru i elektronami tworz¹c cz¹steczki wody (rysunek nr 27). Rysunek 27. a) Zasada dzia³ania b) budowa ogniwa paliwowego J. Paska: Wytwarzanie rozproszone energii elektrycznej i ciep³a. Politechnika Warszawska, Praca zbiorowa: Opracowanie charakterystyk techniczno-ekonomicznych wybranych Ÿróde³ generacji rozproszonej. Politechnika Warszawska, op. cit. 41. J. Paska, Politechnika Warszawska Instytut Elektroenergetyki Zak³ad Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej 110

108 Jako zalety ogniw paliwowych mo na wymieniæ: wysok¹ sprawnoœæ w szerokim zakresie obci¹ enia (40-60%), nisk¹ emisjê zanieczyszczeñ, cich¹ pracê, mo - liwoœæ szybkich zmian obci¹ enia, mo liwoœæ stosowania ró nych paliw oraz uzyskiwanie ciep³a. Do g³ównych wad mo na zaliczyæ: ci¹gle jeszcze wysokie koszty inwestycyjne, nisk¹ trwa³oœæ, d³ugi czas rozruchu oraz zmianê w³asnoœci energetycznych ogniwa w miarê jego eksploatacji. Kogeneracja Najbardziej popularnymi uk³adami skojarzonymi na paliwa gazowe s¹ uk³ady CHP: 1) z gazowymi silnikami spalinowymi, 2) z turbinami i mikroturbinami gazowymi. Moce elektryczne tych uk³adów zawieraj¹ siê od kilkudziesiêciu kwel do kilkunastu MWel. Uk³ady te ciesz¹ siê ogromn¹ popularnoœci¹, a liczba pracuj¹cych instalacji jest ju bardzo du a. Wczeœniej urz¹dzenie te by³y instalowane prawie wy³¹cznie jako si³ownie szczytowe lub uk³ady zasilania awaryjnego, obecnie pracuj¹ bezpoœrednio na potrzeby w³asne lub jako elektrociep³ownie zawodowe. T³okowe silniki spalinowe to najczêœciej stosowane urz¹dzenia w uk³adach skojarzonych ma³ej mocy. Dostêpne s¹ w zakresie mocy od 5 kw do 50 MW. Stosowane s¹: 1) silniki gazowe z zap³onem iskrowym (zakres ma³ych mocy), 2) silniki dwupaliwowe, tzn. zasilane paliwem gazowym oraz niewielk¹ dawk¹ paliwa ciek³ego do inicjowania zap³onu mieszanki (zakres œrednich mocy), 3) silniki wysokoprê ne (najwiêksze moce). (G - generator, P - pompa, TS - turbosprê arka, OC - odbiornik ciep³a, WC1 - wymiennik ciep³a ch³odzenia powietrza do³adowania, WC2 - wymiennik ciep³a ch³odzenia p³aszcza wodnego i miski olejowej, WC3 - spalinowy podgrzewacz wody). Rysunek 28. Uk³ad CHP z t³okowym silnikiem spalinowym 42 Nawet silniki o stosunkowo niewielkiej mocy (160 kw) charakteryzuj¹ siê wysok¹ sprawnoœci¹ elektryczn¹ wynosz¹c¹ ponad 36%. Silniki du ej mocy (np. Wartsila W50DF) o mocy elektrycznej Nei = 15,7 MW osi¹ga ju sprawnoœæ 45,5%. 42. J. Skorek, op. cit. 111

109 Uk³ady CHP z silnikami spalinowymi zasilane mog¹ byæ równie gazami: 1) fermentacyjnym, 2) wysypiskowym, 3) ze zgazowania biomasy, 4) z odmetanowania kopalñ, 5) koksowniczym, 6) z procesu rafinacji ropy naftowej, 7) odpadowym z procesów chemicznych. Najszerszy zakres zastosowañ uk³adów kogeneracyjnych zasilanych gazami specjalnymi wi¹ e siê z wykorzystaniem biomasy. Du a liczba instalacji powstaje w oczyszczalniach œcieków wykorzystuj¹c biogaz powsta³y z fermentacji osadów œciekowych. Kolejn¹, dynamicznie rozwijan¹ technologi¹ wykorzystania biomasy s¹ uk³ady CHP zintegrowane ze zgazowaniem biomasy. Coraz czêœciej mo na spotkaæ uk³ady kogeneracyjne z mikroturbinami gazowymi o mocy elektrycznej kw. W uk³adach tych wystêpuje sprê arka, turbina promieniowa i regeneracyjny podgrzewacz powietrza zintegrowanego z ca³ym uk³adem. Mikroturbiny znajduj¹ obecnie zastosowanie g³ównie w kogeneracji, gdzie wytwarzana jest gor¹ca woda. Z uwagi na szereg zalet (niewielkie rozmiary, ma³y ciê ar, niska emisja ha³asu) mikroturbiny gazowe znajduj¹ zastosowanie w ma- ³ych obiektach, takich jak: biura, mieszkania, domki jednorodzinne, staj¹c siê podstaw¹ budowy ma³ych systemów elektryczno-ch³odniczo-grzejnych, tzw. BCHP (Building Cooling Heat and Power). Zaletami uk³adów kogeneracyjnych s¹: mo liwoœæ indywidualnego dopasowania uk³adu do potrzeb danego odbiorcy, wysokie sprawnoœci, niskie wskaÿniki emisji, mo liwoœæ spalania gazów niskometanowych, praktycznie bezobs³ugowa eksploatacja, krótkie okresy zwrotu nak³adów (nawet poni ej 3 lat) i krótkie cykle budowy. Wady: nie zawsze mo liwe jest wykorzystanie ciep³a. 5. Technologie OZE Ma³e elektrownie wodne Jedna z wa nych technologii OZE s¹ ma³e elektrownie wodne. Charakterystyka tych Ÿróde³ zawarta jest równie w cytowanym opracowaniu Politechniki Warszawskiej 43. Poni ej przedstawiono krótkie informacje na temat ma³ych elektrowni wodnych zaczerpniête z tego Ÿród³a. W Polsce za ma³e elektrownie wodne uwa a siê Ÿród³a o mocy poni ej 5 MW. Elektrownie te przetwarzaj¹ energiê potencjaln¹ i kinetyczn¹ wody na energiê elektryczn¹ z wykorzystaniem urz¹dzeñ piêtrz¹cych i doprowadzaj¹cych wodê do turbiny wodnej oraz sprzêgniêtego z ni¹ poprzez wa³ - generatora. Na ma³¹ elektrowniê wodn¹ sk³ada siê: próg piêtrz¹cy rzekê: sta³y lub ruchomy, budynek elektrowni z si³owni¹ (urz¹dzenia elektryczne, turbiny), kana³ doprowadzaj¹cy i odprowadzaj¹cy wodê z turbin, oraz opcjonalnie - przep³awka. 43. Praca zbiorowa: Opracowanie charakterystyk techniczno-ekonomicznych wybranych Ÿróde³ generacji 112

110 Poniewa ma³e elektrownie wodne s¹ z regu³y niskospadowe, najczêœciej stosowane s¹ turbiny wodne: Kaplana (z wa³em poziomym), oraz Banki-Michella. Ze wzglêdu na niewielk¹ prêdkoœæ obrotow¹ turbin, instalowane s¹ niekiedy przek³adnie w celu uzyskania wiêkszej prêdkoœci generatora. Przyk³adem ma³ej elektrowni wodnej jest instalacja w Piekarach ko³o Krakowa o ³¹cznej mocy zainstalowanej 3,0 MW z trzema hydrozespo³ami z turbin¹ rurow¹ Kaplana. Elektrownia ta charakteryzuje siê nastêpuj¹cymi parametrami: spad œredni: 3,70 m, spad maksymalny: 4,44 m, prze³yk instalowanych turbin: 100 m/s, produkowana energia w roku przeciêtnym: MWh/rok. Typowy hydrozespó³ z turbin¹ Kaplana przedstawia rysunek nr 29. Rysunek 29. Typowy hydrozespó³ z turbin¹ Kaplana 44 Ma³e elektrownie wodne, w zale noœci od swojej budowy, mog¹ pracowaæ jako podstawowe, podszczytowe lub szczytowe. Jako g³ówne zalety ma³ych elektrowni wodnych mo na wymieniæ: bardzo wysoka sprawnoœæ rzêdu 80-90%, brak emisji zanieczyszczeñ do atmosfery, zdolnoœæ do szybkiego rozruchu i pe³nego obci¹ enia. Ponadto nie wymagaj¹ one licznego personelu i mog¹ byæ sterowane zdalnie. Wp³ywaj¹ te korzystnie na poziom wód gruntowych i retencjê wód, uspokajaj¹ nurt rzeki i zatrzymuj¹ zjawiska erozji dennej i bocznej. Wyposa one w odpowiednie urz¹dzenia ochrony ryb nie powoduj¹ szkód dla œrodowiska. Najwiêksz¹ wad¹ tej technologii jest bardzo wysoki jednostkowy koszt inwestycyjny zwi¹zany z koniecznoœci¹ budowy obiektu hydrotechnicznego. Elektrownie wiatrowe Energetyka wiatrowa jest obecnie najbardziej dynamicznie rozwijaj¹cym siê w Polsce segmentem OZE, podobnie zreszt¹ jak w innych krajach. Obecnie rozwijane s¹ konstrukcje turbin wiatrowych zarówno o du ych mocach, które s¹ przeznaczone do przekazywania energii do systemu elektroenergetycz- 44. Internet 113

111 nego, jak równie o ma³ych i œrednich mocach, stosowanych do zasilania potrzeb w³asnych. Stabilna charakterystyka pracy wystêpuje dla prêdkoœci wiatru m/s. Wiatr jest elementem bardzo dynamicznym, zale nym od charakteru cyrkulacji ogólnej, modyfikowanym przez warunki lokalne. Na jego cechy maj¹ wp³yw: wysokoœæ n.p.m., rzeÿba terenu, szorstkoœæ pod³o a oraz przeszkody terenowe. St¹d w elektrowniach wiatrowych stosuje siê coraz wy sze wie e siêgaj¹ce 100 m. Najkorzystniejsze warunki rozwoju wystêpuj¹ w pasie nadmorskim, w czêœci centralnej Polski oraz na obszarach górskich (rys. nr 30). Rysunek 30. Potencja³ energetyczny wiatru w Polsce 45 Najwiêksze zalety elektrowni wiatrowych to brak kosztów paliwa oraz brak emisji zanieczyszczeñ. Jako wady mo na wymieniæ wysokie nak³ady inwestycyjne, ha³as oraz zagro enie dla ptaków. Jednak najpowa niejsz¹ wad¹ jest wysoka niestabilnoœæ i nieprzewidywalnoœæ pracy (zale na od wiatru), co wp³ywa destabilizuj¹co na pracê sieci elektroenergetycznej. Zale noœæ pracy od prêdkoœci wiatru powoduje

112 koniecznoœæ zwiêkszenia rezerw mocy w innych Ÿród³ach, utrudnia prowadzenie ruchu systemu, oraz wywo³uje trudnoœci w planowaniu bilansu mocy i energii. Elektrownie geotermiczne Jedn¹ z szybko rozwijaj¹cych siê technologii produkcji energii elektrycznej i cieplnej s¹ Ÿród³a geotermalne. Wykorzystuje siê tu systemy hydrotermiczne wysokotemperaturowe i niskotemperaturowe, ciep³o suchych ska³ gor¹cych oraz magmê. Polska ma znaczne zasoby energii geotermalnej (rys. nr 31), jednak z powodu koniecznoœci czêsto g³êbokich wierceñ jest ona zwykle trudno dostêpna. Rysunek 31. Potencja³ geotermalny Polski 46 Ocenia siê, e 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralno-europejsk¹, przedkarpack¹ i karpack¹, gdzie temperatura wody wynosi od O C (lokalnie nawet 200 O C), a g³êbokoœæ wystêpowania w ska- ³ach osadowych - od 1 do 10 km. Istotny wzrost wykorzystania tego typu formy pozyskiwania energii przewiduje siê po 2020 r., lecz jedynie do celów grzewczych. Drugim zastosowaniem energii geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to op³acalne jedynie 46. R. Ney, J. Soko³owski: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ PAN, Kraków

113 w przypadkach Ÿróde³ bardzo gor¹cych. Produkcja energii geotermicznej stwarza pewne zagro enia zanieczyszczenia wód g³êbinowych, uwalnianie radonu, siarkowodoru i innych gazów. Obserwuje siê równie rozwój prac nad elektrowniami zasilanymi energi¹ geotermaln¹ z wykorzystaniem specjalnych czynników roboczych w niskich temperaturach nasycenia. Z uwagi jednak na bardzo ma³e sprawnoœci konwersji energii w elektrowniach tego typu, wskaÿniki op³acalnoœci (a tym samym koszt wytwarzania energii elektrycznej) jest bardzo wysoki. Systemy fotowoltaiczne Ogniwa fotowoltaiczne dzia³aj¹ na zasadzie zjawiska fotoelektrycznego wewnêtrznego. Podczas dzia³ania promieniowania œwietlnego na sieæ krystaliczn¹ pó³przewodnika typu n, zachodzi efekt uwalniania elektronów. W ten sposób, na z³¹czu p-n powstaje si³a fotoelektromotoryczna. Do budowy ogniw fotowoltaicznych stosowane s¹ materia³y pó³przewodnikowe, takie jak: krzem, selen, tellurek kadmu oraz arsenek galu. Rozró niamy cztery g³ówne typy zastosowañ ogniw fotowoltaicznych: 1) Off-grid domestic - ogniwo fotowoltaiczne stanowi jedyne Ÿród³o zasilania dla gospodarstw domowych, ma³ych osiedli i domków. Powszechnie stosowane s¹ ogniwa o mocy oko³o 1 kw, stanowi¹ one alternatywê dla potrzeb rozbudowy sieci dystrybucyjnej. 2) Off-grid non-domestic - ogniwo stanowi jedyne Ÿród³o zasilania dla szerokiego zakresu komercyjnych zastosowañ: telekomunikacja, pompy wodne, systemy nawigacyjne. 3) Grid-connected distributed - ogniwa dostarczaj¹ energiê do budynków i obiektów zasilanych z sieci dystrybucyjnej. Jest to rozwi¹zanie najczêœciej spotykane. Pe³ni¹ funkcjê rezerwowego Ÿród³a zasilania, pozwalaj¹ generowaæ moc rzêdu kw. 4) Grid - connected centralized - stosowane jako alternatywne Ÿród³o energii, maj¹ce poprawiæ niezawodnoœæ pracy systemu dystrybucyjnego. Najwiêksz¹ moc szczytow¹ 3,3 MW posiada instalacja fotowoltaiczna w Serre (W³ochy). Ogniwa fotowoltaiczne charakteryzuje: brak emisji zanieczyszczeñ do atmosfery, niskie koszty utrzymania, brak kosztów paliwa. Z drugiej strony ogniwa te odznaczaj¹ siê wysokimi kosztami instalacji, siln¹ zale noœci¹ od warunków atmosferycznych oraz nisk¹ sprawnoœci¹ (13-20%). W fazie doœwiadczeñ znajduj¹ siê ogniwa o sprawnoœci przewy szaj¹cej 40%. Pomimo e systemy fotowoltaiczne w warunkach polskich s¹ wci¹ wysoce nieop³acalne, warto kontynuowaæ badania w tej dziedzinie. Przemawia za tym dynamiczny rozwój technologii produkcji fotoogniw oraz urz¹dzeñ przeznaczonych do ich obs³ugi. 116

114 Uk³ady heliotermiczne Uk³ady heliotermiczne wykorzystuj¹ ciepln¹ energiê z promieniowania s³oñca. Technologia ta polega na przetworzeniu energii s³onecznej na energiê ciepln¹ czynnika roboczego (np. oleju termicznego). Wytworzona nastêpnie w wymienniku ciep³a para napêdza turbinê oraz sprzê ony z ni¹ generator. Ogólna sprawnoœæ tego typu technologii siêga 20%. S¹ to jednak z regu³y du e instalacje o mocach wykraczaj¹cych poza zakres GR. Wysokotemperaturowe Ÿród³a s³oneczne maj¹ zastosowanie w instalacjach o mocy od 5 do setek MW. Technologia taka jest dostêpna, lecz kosztowna oraz charakteryzuje siê nieci¹g³oœci¹ generacji. Powszechnie stosowane s¹ natomiast kolektory s³oneczne - urz¹dzenie do konwersji energii promieniowania s³onecznego na ciep³o. Energia docieraj¹ca do kolektora zamieniana jest na energiê ciepln¹ noœnika ciep³a, którym mo e byæ ciecz (glikol, woda) lub gaz (np. powietrze). Kolektory mo na podzieliæ na: p³askie (gazowe, cieczowe, dwufazowe), p³askie pró niowe, pró niowo-rurowe (nazywane te pró niowymi, w których rolê izolacji spe³niaj¹ pró niowe rury), skupiaj¹ce (prawie zawsze cieczowe), specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna). Kolektory s³oneczne najpowszechniej wykorzystywane s¹ do: podgrzewania wody u ytkowej, basenowej, wspomagania centralnego ogrzewania, ch³odzenia budynków, ciep³a technologicznego. Sprawnoœæ kolektora p³askiego znacznie spada wraz ze wzrostem ró nicy temperatur pomiêdzy czynnikiem roboczym a otoczeniem. Z tego powodu w naszej strefie klimatycznej powinno siê stosowaæ kolektory pró niowe, w wypadku których wp³yw temperatury otoczenia na sprawnoœæ jest minimalny. Kolektory s³oneczne s¹ wzglêdnie tanie, nie wymagaj¹ obs³ugi i s¹ przyjazne dla œrodowiska, st¹d ich wykorzystanie dynamicznie roœnie. Technologie oparte na biomasie i odpadach biodegradowalnych Biogazownia rolnicza przetwarza biomasê wystêpuj¹c¹ w rolnictwie (gnojowica, gnojówka, kiszonki, pomiot kurzy, zbo a itp.). Biogazownie tego typu s¹ w tej chwili budowane w Niemczech w iloœci kilkuset rocznie, a ogólna liczba niemieckich instalacji przekracza ju Typowa biogazownia rolnicza sk³ada siê z nastêpuj¹cych urz¹dzeñ: zbiorników wstêpnych na biomasê, niekiedy równie hali przyjêæ, zbiorników fermentacyjnych, przykrytych szczeln¹ membran¹, zbiorników pofermentacyjnych lub laguny, uk³adu kogeneracyjnego (silnik gazowy + generator elektryczny) produkuj¹cy energiê elektryczn¹ i ciepln¹, zainstalowanego w budynku technicznym lub w kontenerze, instalacje sanitarne, zabezpieczaj¹ce, elektryczne i steruj¹ce. Biogaz jest nastêpnie oczyszczany i dostarczany do spalania w uk³adzie kogeneracyjnym. Wyprodukowana energia elektryczna zasila sieæ elektroenergetyczn¹ 117

115 (sprzeda ), 20-30% wyprodukowanego ciep³a wykorzystane jest do ogrzewania zbiorników fermentacyjnych, a pozosta³a czêœæ mo e byæ wykorzystywana, np. do ogrzewania lub równie sprzedana. Komora fermentacyjna Rysunek 32. Typowa biogazownia w oczyszczalni œcieków pracuj¹ca na osadach poœciekowych Biogazownie s¹ przyjêtym w Polsce przysz³oœciowym rozwi¹zaniem GR na wsi wspomaganym przez rz¹dowy program. Technologie wykorzystuj¹ce p³ywy, pr¹dy i falowanie morza Energia p³ywów, pr¹dów morskich i falowania morza nale y do OZE, ma jednak jak dot¹d niewielkie znaczenie w œwiecie, a w Polsce w³aœciwie adne. Niemniej jednak dla kompletnoœci wywodu warto podaæ kilka podstawowych informacji. Pierwsz¹ elektrowniê p³ywow¹ zbudowali w roku 1967 Francuzi w Saint- Malo. Elektrownia ta ma moc 550 MW i pracuje od 4 do 8 godzin dziennie, wytwarzaj¹c œrednio 600 GWh energii elektrycznej rocznie. Obecnie takie elektrownie s¹ równie w Rosji i Wielkiej Brytanii, jednak adna z nich obecnie (styczeñ 2007 r.) nie pracuje na skalê przemys³ow¹ z powodu problemów technicznych oraz niebezpieczeñstwa sztormów i huraganów. Energia pr¹dów morskich i oceanicznych jest du a, ale brak jest instalacji wykorzystuj¹cych te Ÿród³a. M.in. istniej¹ obawy co do bezpieczeñstwa ingerowania w pr¹dy, poniewa mo e to mieæ wp³yw na zmiany klimatu. Najbardziej zaawansowane s¹ prace nad wykorzystaniem falowania morza. Moc fal ocenia siê na 3 TW, jednak wykorzystanie tej energii sprawia pewne trudnoœci, pomimo i opracowano wiele teoretycznych metod konwersji energii falowania na energiê elektryczn¹. Najwiêkszym problemem jest zmiennoœæ wysokoœci fal i wytrzyma³oœæ elektrowni. 118

116 Najwa niejsze sposoby konwersji energii fal na elektryczn¹ to: 1) elektrownie pneumatyczne - fale wymuszaj¹ w nich ruch powietrza, które napêdza turbinê, 2) elektrownie mechaniczne - wykorzystuj¹ si³ê wyporu do poruszania siê prostopadle do dna, co powoduje obracanie siê wirnika po³¹czonego z pr¹dnic¹, 3) elektrownie indukcyjne - wykorzystuj¹ ruch p³ywaków do wytwarzania energii elektrycznej poprzez zastosowanie poruszaj¹cych siê wraz z p³ywakami cewek w polu magnetycznym, oraz: 4) elektrownie hydrauliczne - w których przez œcianki nieruchomego zbiornika przelewaj¹ siê jedynie szczyty fal, a woda wyp³ywaj¹ca ze zbiornika napêdza turbinê. 6. Przysz³oœciowe wykorzystanie nawodnych turbin wiatrowych Przysz³oœciowe rozwi¹zanie to po³¹czenie morskich turbin wiatrowych z wydobyciem gazu i produkcj¹ wodoru 47. (rysunek nr 33) oraz uk³ady hybrydowe z³o one (rysunek nr 34). Rysunek 33. Po³¹czenie morskich turbin wiatrowych z wydobyciem gazu 47. B. Sedler, Fundacja Naukowo-Techniczna Gdañsk, Koncepcja hybrydowej instalacji wiatrowogazowej do wytwarzania energii elektrycznej na platformie morskiej., Gdañsk,

117 Rysunek 34. Uk³ad hybrydowy wykorzystania energii odnawialnej do wytwarzania paliwa wodorowego i energii elektrycznej z ogniw paliwowych Ma³e reaktory nuklearne Ma³e reaktory j¹drowe opracowywane od kilku lat w kilku wiod¹cych w technice nuklearnej krajach na œwiecie mog¹ staæ siê alternatyw¹ dla niektórych tradycyjnych Ÿróde³ energii w ramach GR. Wskazuje na to m.in. raport organizacji miêdzynarodowej World - Nuclear pt. Small Nuclear Power Reactors z 12 paÿdziernika 2010 r. 48 Ma³e reaktory atomowe zaczêto budowaæ ju ponad pó³ wieku temu. W latach 50. XX w. USA zaczê³y badaæ mo liwoœæ tworzenia reaktorów, które mo na by- ³oby w modu³ach transportowaæ na lawecie kolejowej, na pok³adzie statków, barek lub samolotów transportowych. Chodzi³o o szybkie dostarczenie Ÿród³a energii w miejsca bez infrastruktury (albo ze zniszczon¹ infrastruktur¹), np. w pobli e budowanych naprêdce baz wojskowych czy te w miejsca katastrof naturalnych. Opracowano osiem, a wybudowano szeœæ ró nych reaktorów atomowych. Jednym z nich by³ stworzony w 1961 r. reaktor PM-2A. Mia³ moc 2 MWe i by³ reaktorem przenoœnym, choæ jego monta zajmowa³ prawie trzy miesi¹ce. Od tego czasu technologie reaktorowe zanotowa³y znacz¹cy postêp w zakresie technicznym i ekonomicznym, zapewniaj¹c nowe, wy sze standardy bezpieczeñstwa eksploatacyjnego. Wed³ug IEEE Spectrum, od 1999 r. poparcie spo³eczeñstwa dla opcji j¹drowej wzros³o od 46 do 52%. Niew¹tpliwym argumentem ze strony przemys³u nuklearnego jest oferta reaktorów nastêpnej generacji. Dominuj¹cy obecnie typ reaktora wodnego ciœnieniowego (PWR, WWER) znajduje kontynuacjê w rozwi¹zaniach, których cech¹ szczególn¹ jest zasada tzw. wewnêtrznego bezpieczeñstwa, redukuj¹cego wp³yw b³êdów operatora. Nowa generacja rozwi¹zañ technicznych obejmuje m.in.: 48. Small Nuclear Reactors, 12 Octopber

118 pasywne reaktory ch³odzone wodê (Advanced Passive) AP600, AP1000 (Westinghouse), modularne reaktory chodzone gazem (Modular High Temperaturê Gaœ-Cooled Reactor) MHTGC General Atomics, reaktory ch³odzone ciek³ym metalem (Power Reactor Innovative Smali Module) PRISM i Super PRISM General Electric, reaktory z paliwem granulowanym (Pebble-Bed Modular Reactor) PBMR Exelon, uproszczony reaktor na wrz¹c¹ wodê (European Simplified Boiling - Water Reactor) ESBWR Siemens General Electric. Cech¹ charakterystyczn¹ tych rozwi¹zañ jest na ogó³ odejœcie od wysokich wartoœci mocy na rzecz struktur modularnych. Propozycje ofertowe zosta³y w wyniku szczegó³owych badañ testowych zaaprobowane przez amerykañsk¹ komisjê regulacyjn¹ (US Nuclear Regulatory Commission - NRC). Program budowy ma³ych reaktorów j¹drowych istnia³ równie w Zwi¹zku Radzieckim. Np. w 1961 r. uruchomiono na dalekiej pó³nocy reaktor TES-3 (o mocy 1,5 MWe), który móg³ byæ transportowany w czterech kontenerach na lawecie samochodowej. Obecnie jest ju kilkanaœcie projektów ma³ych elektrowni j¹drowych. Najwiêcej z nich powsta³o w USA, ale swoje konstrukcje maj¹ tak e Francuzi, Chiñczycy, Rosjanie, Koreañczycy i Japoñczycy. Coraz czêœciej mówi siê jednak, eby projekty w koñcu wcieliæ w ycie. Przy rosn¹cym ca³y czas zapotrzebowaniu na energiê niemo liwe bêdzie bez reaktorów atomowych ograniczenie emisji do atmosfery szkodliwych produktów spalania wêgla, ropy b¹dÿ gazu. Aktualne zestawienie projektów ma³ych reaktorów realizowanych przez poszczególne kraje przedstawia tabela nr 10. Tabela 10. Lista ma³ych reaktorów j¹drowych

119 Przyk³adowo koszt budowy pierwszej elektrowni firmy Toshiba typu 4S (Super Safe, Small&Simple) o mocy 10MW ocenia siê na mniej wiêcej 20 mln USD. Móg³by on byæ ni szy, gdyby firma produkowa³a takie reaktory seryjnie. Pierwsza elektrownia ma byæ wybudowana na koszt producenta jako przedsiêwziêcie promocyjne, mo e byæ eksploatowana 3 dekady bez nape³niania paliwa. Toshiba ma nadziejê sprzedaæ swoich konstrukcji wiêcej, nie tylko zreszt¹ w miejsca trudno dostêpne. Jedna kwh energii wyprodukowana w tej elektrowni ma kosztowaæ zaledwie 5-7 centów. To cena ponad dwukrotnie ni sza ni np. w Polsce. Rewolucyjny reaktor ma zacz¹æ pracowaæ w 2012 roku. Tymczasem do 2010 roku Amerykanie chc¹ ostatecznie zakoñczyæ fazê projektowania a dziewiêciu ró nych elektrowni j¹drowych. Wœród nich s¹ tak e ma³e elektrownie modu³owe. Podobne rozwi¹zania przewiduje w swoim ma³ym reaktorze j¹drowym firma Hyperion. Z przegl¹du ww. materia³ów wynika wiêc, e w ci¹gu najbli szych kilku lat nale y spodziewaæ siê pojawienia w œwiecie pierwszych komercyjnych instalacji ma³ych reaktorów j¹drowych. Co do Polski, to mo na zaryzykowaæ twierdzenie, e technologia ta mog³aby byæ rozpatrywana realnie z pocz¹tkiem lat Tak wiêc na razie nie zagra a ona rozwojowi dotychczasowych technologii stosowanych w GR w Polsce. Porównanie technologii generacji rozproszonej Poszczególne technologie GR mo na porównywaæ, stosuj¹c ca³y szereg parametrów. Do najwa niejszych mo na zaliczyæ: zakres mocy jednostek, sprawnoœæ, jednostkowe nak³ady inwestycyjne, emisja CO 2 oraz czas budowy. Poni ej przedstawiono porównanie omawianych technologii GR zaczerpniête z pracy J. Paska. Rysunek 35. Ma³y reaktor j¹drowy firmy Hyperion

120 Tabela 11. Charakterystyka wybranych technologii rozproszonych 51 Tabela 12. Charakterystyka typowych technologii generacji rozproszonej 52 Technologie GR ró ni¹ siê poziomem kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych i, mimo i wiele z nich uzyskuje ju poziom konkurencyjnoœci rynkowej, to cena energii wytwarzanej w rozproszeniu jest na ogó³ wy sza ni wytwarzanej w wielkich, scentralizowanych Ÿród³ach. Jednak e oczekiwaæ mo na znacz¹cego postêpu w redukcji kosztów. I na koniec warto przytoczyæ porównanie korzyœci p³yn¹ce z GR zró nicowanych dla ró nych technologii. 51. J. Paska: Wprowadzenie do wytwarzania rozproszonego energii elektrycznej i ciep³a 52. J. Malko. Op. cit. 123

121 Tabela 13. Porównanie korzyœci z generacji rozproszonej 53 Jak widaæ z powy szych ocen nie mo na wskazaæ jednej najlepszej technologii GR. Wybór najw³aœciwszej musi zawsze uwzglêdniaæ konkretne wymagania wynikaj¹ce z danej sytuacji i zawsze musi byæ poprzedzony wariantowym studium wykonalnoœci, w tym analiz¹ finansow¹ op³acalnoœci inwestycji. Mo liwy do uzyskania efekt ekonomiczny (wyra ony np. wartoœci¹ bie ¹c¹ projektu NPV) zale- y od wielu czynników, spoœród których najwa niejsze to: przebieg zamiennoœci zapotrzebowania na ciep³o i energiê elektryczn¹, ceny paliwa, ciep³a i energii elektrycznej, charakterystyka techniczna instalowanych urz¹dzeñ (moc, sprawnoœæ, wskaÿnik skojarzenia oraz ich mo liwe zmiany w trakcie pracy), tryb pracy systemu, mo liwoœæ wspó³pracy z sieci¹ energetyczn¹ i inne. Najkorzystniejsze efekty zostan¹ uzyskane wtedy, gdy dany uk³ad bêdzie dobrany optymalnie dla danych warunków technicznych i ekonomicznych. W powy szych porównaniach nie wystêpuj¹ ma³e reaktory j¹drowe. Technologia ta jak na razie jest jeszcze zbyt m³oda i w ci¹gu najbli szych lat z pewnoœci¹ jeszcze nie zagrozi dotychczas stosowanym technologiom GR. Elektrownie Zespolone - Sieci Inteligentne ( Smart Grids ) Przewidywany rozwój GR (³¹cznie z OZE) oraz rosn¹ce wymogi dotycz¹ce jakoœci dostarczanej energii i niezawodnoœci dostaw na czo³owe miejsce wysuwaj¹ problem wspó³pracy tych Ÿróde³ z sieci¹ elektroenergetyczn¹. Znaczna liczba jednostek wytwórczych o ma³ych i bardzo ma³ych wartoœciach mocy zainstalowanej oraz wybitnie zró nicowane charakterystyki eksploatacyjne tych jednostek stwarzaj¹ podstawowe problemy sterowania tej z³o onej struktury technicznej. Struktura taka, obejmuj¹ca rozproszone Ÿród³a o zró nicowanym charakterze - od elektrowni systemowych po energetykê domow¹ i zasobniki energii, jest nadzorowana i koordynowana przez operatora technicznego i operatora handlowego. 53. J. Malko. Op. cit. 124

122 Z³o onoœæ takiego uk³adu wymaga rozszerzonej kontroli wszystkich elementów i rozp³ywu mocy w sieci. Wraz z decentralizacj¹ wytwarzania nak³ada to specyficzne wymagania na proces zarz¹dzania przep³ywami mocy/energii i wynikaj¹cymi st¹d przep³ywami finansowymi. Mo liwoœci stworzone przez Internet sprawiaj¹, e ta struktura sieciowa staje siê œrodkiem nie tylko administrowania transakcjami, ale te wspomaga procesy obs³ugi, a nawet bezpoœredniego sterowania obiektami. Technologie, bêd¹ce podstaw¹ rozwoju interaktywnej infrastruktury zaopatrzenia w energie, musz¹ równie zapewniaæ wymagan¹ (zindywidualizowan¹ lokalnie) jakoœæ i bezpieczeñstwo dostaw. Wœród tych technologii istotn¹ rolê odgrywaæ bêd¹ uk³ady magazynowania energii, w tym z wykorzystaniem tzw. superkondensatorów. Magazynowanie stanowi antidotum na zmiennoœæ i nieprzewidywalnoœæ wielu Ÿróde³, wykorzystuj¹cych zasoby odnawialne i redukuje wymagania inwestycyjne, zw³aszcza w zakresie generacji. Istniej¹ce technologie magazynowania energii elektrycznej obejmuj¹ szeroki zakres rozwi¹zañ - od tradycyjnych ogniw chemicznych po nadprzewodz¹ce systemy magnetyczne (SMES) i uk³ady bezw³adnoœciowe. Obiecuj¹cym medium magazynowania energii jest wodór w zastosowaniu do wyrównywania obci¹ eñ nawet w zakresie zmiennoœci sezonowej. Koncepcjê Smart Grid wi¹ ¹cego wszystkich uczestników produkcji, dystrybucji, magazynowania i u ytkowania energii elektrycznej i cieplnej przedstawia rysunek nr 36, a wdro ony taki system w postaci tzw. zespolonej pod nazw¹ Kombikraftwerk (Combined Power Plant) wdro- one w Niemczech rysunek nr 37. Rysunek 36. Koncepcja SmartGrid Raport SmartGrid 125

123 Rysunek 37. Elektrownia Zespolona - Kombikraftwerk w Niemczech 55 Istot¹ tzw. Smart Gridu jest Centrum Sterowania sieci¹, które zapewnia równomiern¹ poda energii elektrycznej dostosowan¹ do zapotrzebowania. Pozwala to na unikniêcie jednej z najwiêkszej wad energetyki opartej na Ÿród³ach odnawialnych, jak¹ jest, zw³aszcza w przypadku farm wiatrowych, nierównomiernoœæ poda y. Bariery we wdra aniu do praktyki wyników badañ w dziedzinie OZE i energetyki rozproszonej istniej¹ na wielu szczeblach; pocz¹wszy od skomplikowanej i d³ugiej procedury aplikacyjnej do funduszy pomocowych, co wymaga du- ego nak³adu si³ i œrodków na przygotowanie wniosków z niezbêdn¹ dokumentacj¹, czêsto niezrozumienie wa noœci tematyki dla oceniaj¹cego aplikacjê, brak kadry mened erskiej do kierowania projektami, b. czêsto robi¹ to pracownicy naukowi niemaj¹cy odpowiedniego przygotowania ekonomiczno-organizacyjnego, poprzez opóÿnienia zaplecza B+R w wyposa eniu w nowoczesn¹ aparaturê i oprzyrz¹dowanie oraz zaplecza technicznego do przygotowania modeli i projektów. Niedostateczna jest te œwiadomoœæ kierownictw firm, zw³aszcza du ych z obsad¹ wg klucza partyjnego co do potrzeby tworzenia w³asnego zaplecza B+R (autor w latach pracuj¹c jako doradca prezesa zarz¹du jednej z najwiêkszych firm energetycznych utworzy³ Centrum Badawczo-Rozwojowe owego koncernu, które po zmianach w zarz¹dzie firmy zlikwidowano!). Sugeruje siê po³o enie wiêkszego nacisku na tworzenie silnych centrów badawczo-rozwojowych i wdro eniowych z udzia³em 1 lub wiêcej partnerów, uru

124 chamianie produkcji w tzw. parkach przemys³owych High-Tech /Zaawansowanych technologii, szukanie mo liwoœci rozwoju polskich produktów. Firmy inwestuj¹ce w Polsce nie s¹ zainteresowane w przekazywaniu technologii. Po upadku lub wrêcz likwidacji szeregu przemys³ów (vide: budownictwo okrêtowe, przemys³ produkcji turbin energetycznych) istnieje jednak szansa na wykreowanie tzw. Polskiej Nokii. Dla przypomnienia: kryzys pocz¹tku lat 90. w Finlandii doprowadzi³ do spadku PNB o 10% i wzrostu bezrobocia do 18,2%. W okresie 6 lat doprowadzono do wzrostu NNB do ca. 6%, spadku bezrobocia do 10,2% (w rejonie Helsinek do 7,2%). Mo liwe to by³o dziêki wybraniu trafnej œcie ki rozwoju. Postawiono na NOKIÊ jako lidera bran y teleinformatycznej ( Telecomunication Cluster ) - owego klastra technologicznego, który poci¹gn¹³ ca³¹ gospodarkê kraju. W Polsce tak¹ bran ¹ mo e byæ energo-elektronika, która zaczyna prze ywaæ na œwiecie gwa³towny wzrost. Istnieje odpowiednie zaplecze kadrowe, zaœ nak³ady B+R s¹ stosunkowo niewysokie. Unia Europejska przewiduje bardzo powa ne nak³ady na rozwój sektora energetycznego, w tym sieci. Sektor ten bêdzie potrzebowa³ w najbli szej przysz³oœci szerokiego asortymentu produktów do sterowania i zarz¹dzania sieci¹. Nie wolno przegapiæ tej szansy! 7. Wnioski Rozwój generacji rozproszonej GR jest warunkiem koniecznym poprawy bezpieczeñstwa energetycznego kraju. GR pozwala równie przesun¹æ w czasie potrzebê rozbudowy sieci dystrybucyjnej, a w efekcie umo liwia bardziej efektywne inwestowanie w poprawê bezpieczeñstwa energetycznego i poprawê jakoœci zasilania w energiê. Przegl¹d i porównanie technologii GR w powi¹zaniu z OZE wykazuje, e dobór najw³aœciwszych rozwi¹zañ musi byæ dokonywany dla konkretnych warunków poprzez wykonanie studiów wykonalnoœci i analiz finansowych op³acalnoœci danej inwestycji. Ocena perspektyw rozwoju ma³ych reaktorów j¹drowych wskazuje, e realnie powinny one byæ rozwa ane jako alternatywne Ÿród³a energii za ok. 5 lat. Do tego czasu dotychczasowe technologie GR pozostan¹ niezagro one. Warunkiem koniecznym rozwoju GR jest rozwój inteligentnych sieci Smart- Grid tworz¹cych tzw. elektrownie zespolone, ³¹cz¹ce wszystkich uczestników produkcji, dystrybucji, magazynowania i u ytkowania energii elektrycznej i cieplnej. 127

125 Algi - biopaliwo trzeciej generacji Jerzy Tys, Izabela Krzemiñska, Ewa Kwietniewska Zwiêkszaj¹ce siê zapotrzebowanie na energiê, a tak e wyczerpywanie nieodnawialnych zasobów surowców energetycznych, zmuszaj¹ do poszukiwania alternatywnych Ÿróde³ energii. Wykorzystanie biomasy alg do produkcji nowoczesnych, nieemituj¹cych zanieczyszczeñ biopaliw stanowi intensywnie rozwijaj¹c¹ siê dziedzinê nauki. Algi s¹ najprostszymi i najbardziej rozpowszechnionymi organizmami samo- ywnymi na kuli ziemskiej. Liczbê gatunków glonów szacuje siê na 10 milionów, z czego wiêkszoœæ to najprawdopodobniej mikroalgi, czyli algi jednokomórkowe Rysunek 38. Chlorella vulgaris (Internet) Rysunek 39. Laminaria sp. (Internet) 129

126 (Barsanti i Gualtieri 2006). Jest to bardzo ró norodny, polifiletyczny zbiór gatunków organizmów samo ywnych, do których nale ¹ formy eukariotyczne, jak i prokariotyczne, jedno- i wielokomórkowe. Glony do swojego rozwoju, oprócz œwiat³a i substancji od ywczych, potrzebuj¹ du ych iloœci CO 2, z którego zagospodarowaniem ma trudnoœæ przemys³.wi¹zanie dwutlenku wêgla przez mikroalgi w procesie fotosyntezy przyczynia siê zatem do redukcji efektu cieplarnianego. Algi s¹ atrakcyjne ze wzglêdu na mo liwoœæ ich szerokiego zastosowania. Mo na je wykorzystywaæ na cele spo ywcze, pozyskiwaæ z nich zwi¹zki bioaktywne, stosowaæ do produkcji leków b¹dÿ te do produkcji biomasy. Obecnie najwa niejszym kierunkiem, ze wzglêdu na technologiê i relatywnie niskie koszty, jest wykorzystanie biomasy alg do produkcji biodiesla.mikroalgi charakteryzuj¹ siê bardzo wysok¹ zawartoœci¹ lipidów w komórce wynosz¹c¹ oko³o 80%. Paliwo uzyskane z alg jest przyjazne dla œrodowiska, poniewa jest nietoksyczne i wysoce biodegradowalne (Oilgae Report 2009, Tanner 2009, Schenk i in. 2008). Biomasa mo e byæ równie substratem do wytwarzania gazowych biopaliw, np. biometanu, oraz ciek³ych - bioetanolu. Technologie wykorzystuj¹ce proces fermentacji metanowej do produkcji biopaliw mog¹ napotkaæ na ograniczenia zwi¹zane z brakiem odpowiedniego surowca, którym s¹ typowe roœliny energetyczne. W tym aspekcie interesuj¹c¹ alternatyw¹ mo e byæ biomasa wytworzona z alg. Rysunek 40. Mo liwoœci wykorzystania biomasy alg (Posten i Schaub 2009) Pierwsze pomys³y na wykorzystanie biomasy na cele energetyczne stanowi¹ tzw. biopaliwa pierwszej generacji i opieraj¹ siê one na pozyskiwaniu, np. oleju z nasion roœlin oleistych - rzepaku, soi, s³onecznika itp. Poniewa s¹ to roœliny konsumpcyjne, ich uprawa na cele energetyczne silnie konkuruje z ich upraw¹ na cele spo ywcze. W konsekwencji wp³ywa to na iloœæ wyprodukowanej ywnoœci oraz na wzrost jej cen. 130

127 Biopaliwa drugiej generacji w znacznym stopniu rozwi¹zuj¹ te problemy, poniewa w tym przypadku paliwo uzyskuje siê g³ównie z celulozy, np. ze s³omy, czy te z uprawy roœlin energetycznych - œlazowca, miskanta, wierzby energetycznej, topinamburu - itp., które nie stanowi¹ Ÿród³a po ywienia dla cz³owieka czy dla zwierz¹t gospodarskich. Jednak usuwanie z pól resztek roœlinnych powoduje ubo enie gleby w materiê organiczn¹, a uprawa roœlin energetycznych jest równie konkurencj¹ o area³ ziemi przeznaczonej na produkcjê. Produkcja etanolu z celulozy (etanolu drugiej generacji) jest natomiast procesem skomplikowanym, ma³o wydajnym i w naszych warunkach nieop³acalnym ekonomicznie. St¹d produkcja etanolu tym sposobem jest niewystarczaj¹ca i nie jest w stanie nad¹ yæ za rosn¹cym zapotrzebowaniem.konsekwencje produkcji takich paliw s¹ wiêc takie same jak w przypadku biopaliw pierwszej generacji (Abou-Shanab i in. 2010, Gnansounou i in. 2009, Oilgae Report 2009, Rosegrant 2008). Hodowle alg stanowi¹ wizjê trzeciej generacji biopaliw. Algi obecnie s¹ najczêœciej rozpatrywane pod k¹tem produkcji biomasy, któr¹ zgodnie z rozporz¹dzeniem Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 roku s¹ sta³e lub ciek³e substancje pochodzenia roœlinnego lub zwierzêcego, ulegaj¹ce biodegradacji, pochodz¹ce z produktów, odpadów i pozosta³oœci z produkcji rolnej oraz leœnej, a tak e przemys³u przetwarzaj¹cego ich produkty, a tak e czêœci pozosta³ych odpadów, które ulegaj¹ biodegradacji (Dz. U. Nr 267, poz. 2656). Hodowle mikroalg maj¹ niezwyk³¹ wydajnoœæ, nie koliduj¹ z produkcj¹ rolnicz¹ ani pod wzglêdem spo ycia, ani pod wzglêdem zapotrzebowania na area³ przeznaczony do produkcji roœlinnej. Wykazuj¹ jednoczeœnie pozytywne dzia³anie na œrodowisko przyrodnicze, poniewa do ich produkcji mo na stosowaæ œcieki komunalne, a do wzrostu wymagaj¹ CO 2 którego nadprodukcja powoduje efekt cieplarniany. W tym aspekcie hodowle mikroglonów koresponduj¹ z polityk¹ proekologiczn¹ Unii Europejskiej, która Decyzj¹ Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2009/406/WE z dnia 23 kwietnia 2009, potwierdzi³a i podjê³a wczeœniejsze zobowi¹zania dotycz¹ce redukcji emisji gazów cieplarnianych o 20% do roku 2020, w porównaniu z wartoœciami emisji z roku 1990, przy jednoczesnym 20-procentowym zmniejszeniu ogólnego zu ycia energii. Przyjmuj¹c Dyrektywê nr 2009/28/WE, Unia Europejska, daje równie wyraÿny sygna³, e stawia przy tym na rozwój energetyki odnawialnej, na której koncentruj¹ siê równie obecne kierunki badañ. Uprawa alg poza aspektami ekonomicznymi i bezpieczeñstwa energetycznego, mo e siê te przyczyniæ do ochrony wód i powietrza. Produkcja biomasy z alg wymaga odpowiednich iloœci ditlenku wêgla, œwiat³a, wody oraz soli mineralnych, które s¹ niezbêdne do jej wzrostu. Biomasa powstaje na drodze reakcji fotosyntezy w wyniku, której z dwutlenku wêgla i wody powstaj¹ wêglowodany. Fotosynteza jest procesem biochemicznym, w którym roœliny, glony i niektóre bakterie przekszta³caj¹ energiê promieniowania s³onecznego na energiê chemiczn¹, tj. energiê zawart¹ w zwi¹zkach organicznych. 131

128 W warunkach naturalnych algi pozyskuj¹ do fotosyntezy wêgiel z dwutlenku wêgla pochodz¹cego z atmosfery, który zu ywany jest w iloœci 183 kg na wyprodukowanie 100 kg biomasy (Christi, 2007). Atmosferyczny CO 2 nie mo e jednak przenikaæ do wody wystarczaj¹co szybko, dlatego te w warunkach sztucznych (bioreaktory), w których glony rosn¹ bardzo szybko, czynnikiem ograniczaj¹cym wzrost biomasy staje siê niedosyt CO 2. W fotobioreaktorach wêgiel (CO 2 ) musi byæ zatem dodawany bezpoœrednio do po ywki tak, aby podtrzymaæ wzrost biomasy. W wyniku fotosyntezy powstaje tlen, którego maksymalna wydzielona iloœæ mo e wynosiæ oko³o 10g O 2 m 3 min -1. Zbyt du a iloœæ rozpuszczonego tlenu mo e prowadziæ do uszkodzenia komórek glonów, co jest skutkiem zachodz¹cego procesu fotoutleniania (Molina Grima i in., 2001). Temperatura hodowli w zale noœci od gatunku powinna oscylowaæ w granicach O C. Temperatura ni sza ni 16 O C powoduje spowolnienie wzrostu, natomiast wy sza ni 35 O C jest œmiertelna dla wielu szczepów alg. Problemem w produkcji biomasy jest te zmienne ph hodowli, spowodowane zu ywaniem CO 2 przez komórki (CamachoRubio i in., 1999). Wahania ph mo na zniwelowaæ za pomoc¹ iniekcji CO 2 do hodowli (Molina Grima i in., 1999). Optymalna wartoœæ ph dla wzrostu biomasy zawiera siê w przedziale 8,2-8,7. Œwiat³o odgrywa wa n¹ rolê zarówno w procesach fotosyntezy, jak i fotomorfogenezy. Istotne znaczenie ma równie fotoperiod, czyli stosunek d³ugoœci okresów œwiat³a i ciemnoœci w cyklu dobowym. W warunkach naturalnych zarówno natê enie œwiat³a, jak i jego sk³ad spektralny oraz d³ugoœæ dnia s¹ w³aœciwe dla rejonu prowadzenia hodowli i zmieniaj¹ siê w cyklu dobowym oraz rocznym w sposób niezale ny od cz³owieka. W warunkach sztucznych (fotobioreaktory) wszystkie ww. czynniki mog¹ byæ precyzyjnie ustalone. Kolejnymi zagadnieniami zwi¹zanymi ze œwiat³em, a maj¹cymi du e znaczenie przy produkcji alg, jest natê- enie napromieniowania (fotoinhibicja). Zjawisko hamowania fotosyntezy poprzez fotoinhibicjê, dobrze znane u roœlin wy szych, zachodzi przy du ym natê eniu napromieniowania w zakresie PAR (Photosynthetic Active Radiation). Organizmy fotosyntetyzuj¹ce absorbuj¹ wówczas wiêcej œwiat³a ni mo e byæ wykorzystane w procesach fotosyntezy, co prowadzi do uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego (fotooksydacji chlorofilu). O ile jednak u roœlin wy szych fotoinhibicja zachodzi przy wysokich wartoœciach PAR (czasami powyżej 2000 m 2 s o tyle u glonów opisane w literaturze przypadki wskazuj¹ na znacznie ni sze wartoœci. I tak natê enie napromieniowania dla alg Phaeodactylumtricornutum i Porphyridiumcruentum wynios³o odpowiednio 185 i ok. 200 µe m 2 (Molina Grima i in. 1999, 2001, Camacho i in. 2003). W przebiegu wzrostu populacji mikroglonów w hodowli okresowej, rozumianym jako przyrost liczby komórek w jednostkowej objêtoœci po ywki, mo na wyró niæ nastêpuj¹ce fazy (rysunek nr 41): 1. adaptacyjn¹ (lag, indukcyjn¹), 2. akceleracji, 132

129 3. wyk³adnicz¹ (logarytmiczn¹), 4. spowolnienia, 5. stacjonarn¹, 6. zamierania (Fogg i Thake, 1987). Rysunek 41. Krzywa wzrostu kultury mikroglonów z zaznaczonymi poszczególnymi fazami hodowli (Barsanti i Gualtieri 2006) Tempo przyrostu biomasy alg w funkcji czasu jest szacowane na podstawie fazy wyk³adniczej, za pomoc¹ specificgrowthrate (w³aœciwy wspó³czynnik wzrostu), który wyra any jest wzorem: gdzie: µ - w³aœciwy wspó³czynnik wzrostu N 1 i N 2 - waga pocz¹tkowa oraz koñcowa t 1 i t 2 - czas pocz¹tkowy oraz koñcowy pomiaru Systemy hodowlane Istnieje kilka problemów dotycz¹cych wyboru metody hodowli alg, jak i samego stosowania danej metody. Przy produkcji biomasy na cele energetyczne najwa niejszym elementem jest jej przyrost, na który najwiêkszy wp³yw ma efektywnoœæ procesu fotosyntezy i czynniki potencjalnie ograniczaj¹ce jego sprawnoœæ. Glony rosn¹ niezwykle szybko i potrafi¹ podwoiæ swoj¹ masê w ci¹gu 24h. W sprzyjaj¹cych warunkach hodowlanych czas ten mo na nawet skróciæ do 3,5h (Krzemieniewski i in. 2009). Dlatego te fotobioreaktory s¹ zdecydowanie bardziej wydajne w porównaniu z systemami otwartymi (stawy), które by³y tradycyjnie wykorzystywane do hodowli mikroalg. Dziêki mo liwoœci stworzenia optymalnych warunków mo na zmaksyma- 133

130 lizowaæ produkcjê biomasy, w tym celu nale y przede wszystkim dok³adnie oszacowaæ poziom natê enia oœwietlenia, dostawê niezbêdnych iloœci dwutlenku wêgla, usuwanie powstaj¹cego tlenu, który mo e spowodowaæ zahamowanie procesu fotosyntezy i fotoutlenianie biomasy. Optymalne dla glonów stê enie CO 2 w powietrzu wynosi powy ej 1%. W warunkach laboratoryjnych fotobioreaktorów niezbêdne bêdzie, wiêc dostarczenie dwutlenku wêgla do hodowli. Interesuj¹c¹ mo liwoœæ dostarczenia CO 2 dla hodowli glonów zaproponowali Douškova i inni (2010). Autorzy przedstawili zamkniêty uk³ad, sk³adaj¹cy siê z fermentora i fotobioreaktora, ³¹cz¹cy beztlenow¹ fermentacjê odpadów organicznych (wywar gorzelniany) z upraw¹ mikroalg (Chlorella spp.). Efektywnoœæ fotosyntezy (stosunek energii zgromadzonej w biomasie do zaabsorbowanego promieniowania s³onecznego) dla roœlin klimatu umiarkowanego, wynosi œrednio poni ej 1% (Posten, Schaub 2009). Dotychczasowe badania pokazuj¹, e w przypadku alg efektywnoœæ fotosyntetyczna jest kilkukrotnie wy sza, i osi¹ga œrednie wartoœci w granicach 5% (Posten,Schaub 2009, Sialve i in. 2009). Jest to zwi¹zane m.in. z odmiennymi warunkami hodowli glonów. W odpowiednio zaprojektowanym fotobioreaktorze œwiat³o powinno byæ jedynym czynnikiem ograniczaj¹cym przyrost biomasy z alg (Christi 2006). Metody szacowania natê enia promieniowania padaj¹cego na rury fotobioreaktora, gwarantuj¹ce optymalny wzrost biomasy by³y szeroko opisane w literaturze (AnciénFernández i in. 1997, Molina i in. 1999). Zale noœæ tê przedstawi³ Molina i inni (1999) w postaci wzoru: gdzie z z i z z eg max a e ed i e i ie e i e z e e z e d g g i d i e i z ie d i Natê enie œwiat³a, w którym w³aœciwe tempo wzrostu biomasy stanowi po³owê jego wartoœci maksymalnej µma nazywamy stref¹ saturacji (Christi 2007) (rysunek 42). W fotobiorekatorach powszechnie s¹ wykorzystywane rury o œrednicy od 0,01 do 0,1 m, jednak e produkcja biomasy zmniejsza siê wraz ze wzrostem œrednicy rury (Christi 2006). Dzieje siê tak dlatego, poniewa komórki glonów absorbuj¹ œwiat³o i g³êbsze regiony fotobioreaktora mog¹ byæ zasadniczo zaciemnione. Poni ej przedstawiono zale noœæ pomiêdzy spadkiem natê enia oœwietlenia, a g³êbokoœci¹ dla Phaeodactylumtricornutum o koncentracji biomasy równej 2 kgm -3 przy wartoœci napromieniowania wynosz¹cej 2000 (rysunek 43). W takich urz¹dze- 134

131 niach 90% kultury zawiera siê w strefie ciemnej, zaledwie 2% jest nasyconej œwiat³em oraz oko³o 3% jest w strefie fotoinhibicji. W œwietle przytoczonych wyników mo na stwierdziæ, e zastosowania rur o œrednicy wiêkszej ni 0,05 m w fotobioreaktorze nie jest zalecane, chyba e uk³ad jest wewnêtrznie podœwietlany oprócz oœwietlenia zewnêtrznego. Równie nadmierne zasolenie mo e wp³ywaæ na rozwój kultur mikroalg, poprzez np. stres osmotyczny czy jonowy (Mata i in. 2010). Istotnym czynnikiem jest równie dobranie odpowiedniego sk³adu po ywki, odpowiedniej dla wybranych kultur. Podstawowymi pierwiastkami koniecznymi do wzrostu glonów s¹ azot, fosfor oraz elazo. Formu³ê okreœlaj¹c¹ minimalne wymagania pokarmowe alg opracowa³ Grobbelaar (2004), któr¹ przedstawia siê wzorem- CO0.48H1.83N0.11P0.01 (Christi, 2007). Nawo enie zwi¹zkami azotu i fosforu jest niezbêdne do produkcji biomasy, alternatyw¹ mo e byæ wykorzystanie w tym celu œcieków (Posten i Schaub 2009, Powell i in. 2009, Schemphelaire i Vestraete 2009), które z powodzeniem zastêpuj¹ koniecznoœæ stosowania drogich nawozów, np. mocznika (Douškova i in. 2010). Fosfor nale y stosowaæ w nadmiarze, poniewa wchodzi on w reakcje z jonami elaza, co w konsekwencji prowadzi do powstania kompleksów i spadku dostêpnoœci tego pierwiastka w pod³o u dla mikroglonów. Rozwi¹zanie takie jest zasadne, z punktu widzenia ochrony œrodowiska, poniewa algi charakteryzuj¹ siê du ¹ zdolnoœci¹ kumulacji biogenów. Rysunek 42. Wp³yw natê enia œwiat³a na tempo wzrostu mikroalg (Christi 2007, zmodyfikowano) Rysunek 43. Zmiana natê enia promieniowania wraz z g³êbokoœci¹ w basenie z Phaeodactylumtricornutum (Christi 2006, zmodyfikowano) 135

132 W celu wykorzystania potencja³u tkwi¹cego w algach, nale y opracowaæ odpowiednie metody ich namna ania. Niezbêdne do tego s¹ odpowiednie systemy hodowlane, których obecnie jest kilka rodzajów oraz znajomoœæ wp³ywu poszczególnych czynników œrodowiska hodowli na jej wydajnoœæ w zale noœci od uprawianego gatunku. Istniej¹ dwa zasadnicze systemy hodowli glonów: system otwarty i zamkniêty. Wyró niæ mo na tak e trzeci - hybrydowy, bêd¹cy po³¹czeniem wy- ej wymienionych (Schenk i in. 2008). Obecnie stosuje siê stawy hodowlane lub ró nego rodzaju fotobioreaktory (Ugwu i in, 2007). Oba rodzaje metod ró ni¹ siê wydajnoœci¹, kosztami utrzymania, a tak e mo liwoœciami uprawy. Hodowla glonów mo e byæ oœwietlona zarówno œwiat³em s³onecznym jak i sztucznym, b¹dÿ te mo na wykorzystaæ oba rodzaje œwiat³a jednoczeœnie. Do systemów daj¹cych mo liwoœæ naturalnego oœwietlenia du ej powierzchni hodowli mo na zaliczyæ otwarte stawy hodowlane (Hase i in., 2000), fotobioreaktory panelowe (Hu i in., 1996), kolumnowe poziome (CamachoRubio i in., 1999), a tak e kolumnowe pochy³e. (Ugwu i in., 2008) W skali laboratoryjnej stosuje siê zwykle oœwietlenie sztuczne (zewnêtrzne lub wewnêtrzne), np. lampy fluorescencyjne b¹dÿ te inne Ÿród³a œwiat³a. Warunki panuj¹ce w niektórych typach fotobioreaktorów mo na ³atwo kontrolowaæ, m.in. poprzez umieszczenie ich w pomieszczeniu o sta³ej temperaturze, szczególnie w przypadku bioreaktorów o ma³ych rozmiarach. Dla du- ych systemów zewnêtrznych, takich jak fotobioreaktory kolumnowe, kontrola warunków wewnêtrznych nie jest mo liwa bez zastosowania zaawansowanych technik. Do systemów otwartych zaliczamy: zbiorniki, stawy: - typu ko³owego, - du e i p³ytkie, - typu toru wyœcigowego. Stawy do hodowli alg maj¹ kszta³t zamkniêtej pêtli recyrkulacyjnej o g³êbokoœci oko³o 0,3 m (Christi, 2007). Ci¹g³y ruch biomasy glonowej zapobiegaj¹cy jej sedymentacji jest mo liwy dziêki zainstalowaniu turbiny. Obecnie wiêkszoœæ biomasy glonowej ze wzglêdu na niskie koszty instalacji i jej utrzymania pochodzi z systemów otwartych (Pulz, 2001). Zaledwie oko³o 100 ton w skali roku, co stanowi ok. 10% biomasy produkowanej ogó³em, jest produkowana w systemach zamkniêtych (Lehr i Posten, 2009). Wymagaj¹ one zastosowania wewnêtrznego, sztucznego oœwietlenia, a to prowadzi do zwiêkszenia kosztów energii zwi¹zanych z zastosowaniem drogich urz¹dzeñ wchodz¹cych w ich sk³ad. Jednak e wydajnoœæ stawów jest ni sza oraz ich hodowla jest ograniczona do niewielu gatunków glonów, takich jak Dunaliella, Spirulina oraz Chlorella (Christi i Moo - Young, 2002). Systemy zamkniête mo emy podzieliæ na: fotobioreaktory (Schenk i in. 2008): - p³ytowy, - rurowy, - pierœcieniowy, - p³ytowy typu air-lift. 136

133 Fotobioreaktory wykonane s¹ z przezroczystych materia³ów, takich jak szk³o lub tworzywa sztuczne w celu maksymalnego wykorzystania energii œwietlnej. Napowietrzanie i mieszanie kultur glonów w fotobioreaktorze nastêpuje za pomoc¹ pomp powietrznych lub perystaltycznych (Ugwu i in., 2008). Nadmierna prêdkoœæ mieszania kultury w obecnoœci napowietrzania w fotobioreaktorze mo e spowodowaæ uszkodzenia komórek glonów, ze wzglêdu na powstawanie ma³ych pêcherzyków gazu, które tworz¹ szkodliwe œrodowisko, dla hodowli mikroalg. W ostatnich latach zamkniête fotobioreaktory wywo³a³y znacz¹ce zainteresowanie ze wzglêdu na mo liwoœæ zapewnienia stabilnych warunków hodowlanych (temperatura, ph, oœwietlenie) dla biomasy glonowej w porównaniu z systemami otwartymi. Przede wszystkim w uk³adach zamkniêtych mo na unikn¹æ prawie ca³kowicie parowania, uzyskaæ wiêksz¹ produktywnoœæ i zagêszczenie biomasy (do 20 gl-1), a tak e ³atwo zapobiec zanieczyszczeniu hodowli (Posten i Schaub 2009). Wybór konkretnego systemu zale y miêdzy innymi od nastêpuj¹cych czynników: klimatu, biologii alg, kosztów ziemi, pracy, energii, nak³adów zwi¹zanych z dostarczeniem wody i substancji od ywczych, mo liwoœci kontrolowania temperatury, ph, efektywnoœci wykorzystania energii s³onecznej, mo liwoœæ przeniesienia hodowli prowadzonej w warunkach laboratoryjnych na skalê przemys³ow¹. Rysunek 44. FotobioreaktorSartoriusStedimBiotech BIOSTAT PBR 2S w Instytucie Agrifizyki PAN w Lublinie 137

134 Poni ej zestawiono najwa niejsze wady i zalety systemów hodowlanych biomasy glonowej (tabela nr 14). Tabela 14. Porównanie systemów otwartych, fotobioreaktorów i fermentorów do hodowli glonów (Alabi i in. 2009) 138

135 Rysunek 45. Staw otwarty (Internet) Rysunek 46. Fotobioreaktor panelowy (Internet) 139

136 Rysunek 47.Fotobioreaktor tabularny (Internet) Rysunek 48.Fotobioreaktor kolumnowy (Internet) Jedne z pierwszych badañ dotycz¹cych mo liwoœci wykorzystania alg do wytwarzania metanu zosta³y opublikowane ponad 50 lat temu (Golueke i Oswald 1959). Ze wzglêdu na stosunkowo wysok¹ zawartoœæ lipidów (tabela nr 15), skrobi i bia³ka (tabela nr 16) oraz braku ligniny (substancji niepodlegaj¹cej procesowi fermentacji), algi mog¹ staæ siê idealnym kandydatem do wydajnej produkcji biometanu na drodze fermentacji (Schenk i in. 2008). Tabela 15. Poziom oleju w wybranych mikroalgach (Christi 2007) 140

137 Je eli zawartoœæ t³uszczów w komórce nie przekracza 40%, fermentacja metanowa wydaje siê byæ optymaln¹ strategi¹ do odzysku energii z biomasy glonów (Sialve i in. 2009). Tabela 16. Zawartoœæ [%] bia³ek i wêglowodanów w ró nych gatunkach glonów (Harun i in. 2010) Lipidy odgrywaj¹ wa n¹ rolê, poniewa ich mo liwoœci przekszta³cenia w biometan s¹ wy sze (iloœæ biogazu: 1390 L kg-1s.m.: 72% CH 4, 28% CO 2 ) ni bia³ka (800 L kg-1s.m.: 60% CH 4, 40% CO 2 ) i wêglowodanów (746 L kg-1s.m.: 50% CH4, 50% CO 2 ) (Schenk i in. 2008). W zale noœci od gatunku wydajnoœæ produkcji metanu z biomasy alg jest zró nicowana (tabela nr 17). Tabela 17. Wydajnoœæ produkcji metanu z ró nych gatunków alg W dotychczasowych badaniach nad procesem fermentacji najszerzej rozwijanym pomys³em by³o pozyskiwanie biomasy z tradycyjnie uprawianych roœlin (np. kukurydza, zbo a). Obecnie najbardziej obiecuj¹cym Ÿród³em biomasy do procesu fermentacji metanowej s¹ mikroalgi. Hodowane w odpowiednich warunkach mog¹ podwajaæ swoj¹ biomasê nawet w ci¹gu 24 godzin, zaœ efektywnoœæ produkcji biomasy z hektara jest szacowana oko³o 5 do 30 razy wiêksz¹ ni tradycyjnych roœlin uprawnych. Szacowany plon biomasy alg mo liwy do osi¹gniêcia w nowoczesnych zamkniêtych fotobioreaktorach wynosi oko³o ton z hektara rocznie (Wiffels i in. 2010). W procesie fermentacji z biomasy powstaje biogaz, 141

138 sk³adaj¹cy siê g³ównie z metanu i dwutlenku wêgla, który jest gromadzony w specjalnych zbiornikach, natomiast w fermentorze pozostaje substancja pofermentacyjna w postaci osadu lub odcieku. Na wydajnoœæ procesu fermentacji maj¹ wp³yw przede wszystkim zawartoœæ substancji organicznych, temperatura przebiegu samego procesu, ph oraz hydrauliczny czas retencji substratu w reaktorze. Przy opisywaniu warunków fermentacji metanowej, nie mo na zapomnieæ o istnieniu czynników inhibituj¹cych proces, a które s¹ zwi¹zane z wykorzystaniem alg jako substratu. Jak podaje literatura, istniej¹ dwa takie czynniki, nale ¹ do nich amoniak oraz sód (Sialve i in. 2009). Wysokie stê enie azotu w algach prowadzi do znacznego uwolnienia amoniaku podczas rozk³adu bia³ek w procesie fermentacji. Amoniak wówczas gromadzi siê w fazie ciek³ej. Na wartoœæ ph wp³ywa stosunek jonów amonowych (NH 4 +) i wolnego amoniaku (NH 3 ). Jeœli koncentracja biomasy w dop³ywie jest wysoka, powoduje to wysokie stê enia NH 3 i zasadowoœæ, a w konsekwencji zahamowanie procesu przez wolny amoniak. Niektóre glony wymagaj¹ po ywek o wysokiej zawartoœci chlorku sodu (0,5-1 M). Tak wysokie stê enie tego pierwiastka jest toksyczne dla mikroflory procesu fermentacji. Rozwi¹zaniem wydaje siê byæ wykorzystanie gatunków mikroorganizmów odpornych na podwy szon¹ zawartoœæ sodu. Z przytoczonych danych wynika, i algi jako substrat procesu fermentacji otwieraj¹ nowe kierunki dla rozwoju energii odnawialnej. Koszty produkcji biogazu z biomasy mikroalg s¹ wy sze w porównaniu z roœlinnymi Ÿród³ami biomasy. W celu zmniejszenia kosztów produkcji i zwiêkszenia op³acalnoœci dla produkcji metanu mo e byæ wykorzystanie zintegrowanych procesów hodowli alg i systemu oczyszczania œcieków. Systemy produkcji na skalê przemys³ow¹ nadal nie zosta³y wdro one, pomimo tego, e biomasa mikroalg wykazuje du y potencja³ do produkcji biogazu (Sing i Gu 2010). Kolejne kroki, jakie powinny zostaæ podjête w sprawie poprawy op³acalnoœci, dotycz¹ in ynierii genetycznej i metabolicznej. Dziêki tym nowoczesnym technikom potencjalnie mo na (Wijffels i in. 2010): zwiêkszyæ efektywnoœæ fotosyntetyczn¹ do 7-9%, zwiêkszyæ tempo produkcji biomasy, zwiêkszyæ zawartoœæ lipidów w komórce, poszerzyæ tolerancjê gatunków, np. na wysokie temperatury, zwiêkszyæ mo liwoœci poch³aniania œwiat³a, tak by wraz ze wzrastaj¹c¹ intensywnoœci¹ œwiat³a zwiêksza³a siê produkcja biomasy, wyeliminowaæ fotoinhibicjê, wyeliminowaæ podatnoœæ na fotooksydacjê. Ponadto wiele jest do zrobienia w kwestii projektowania fotobioreaktorów. Szczególnie wa ne problemy do rozwi¹zania to m.in.: dostosowanie intensywnoœci mieszania, tak aby ka da komórka przebywa³a odpowiedni czas na œwietle i w ciemnej czêœci fotobioreaktora, jednoczeœnie wa ne, aby dostosowaæ mieszanie tak, eby nie uszkodziæ komórek, 142

139 problem stanowi tak e osadzanie siê komórek na œciankach fotobioreaktorów, co skutkuje nie docieraniem œwiat³a do g³êbszych czêœci urz¹dzenia (Christi 2007). Mimo, e dziœ produkcja biopaliw z alg jest nieop³acalna, jest to jedna z niewielu realnych mo liwoœci zaspokojenia œwiatowych potrzeb energetycznych w przysz³oœci. adnymi innymi sposobami nie jesteœmy w stanie tak wydajnie otrzymywaæ biomasy równoczeœnie pozytywnie oddzia³uj¹c na œrodowisko. Przewiduje siê, e ju w przeci¹gu 10 lat przemys³ algowy rozwinie siê i skomercjalizuje, daj¹c œwiatu mo liwoœæ korzystania z naturalnej, czystej, prawdziwie zielonej energii. Literatura: 1. Barsanti L., Gualtieri P Algae: Anatomy, Biochemistry, and Biotechnology. CRC Press. 2. Oilgae Report - Academic Edition Tanner S Biofuels of the Third Generation - Do Microalgae Solve the Energy Problem?. Department of Environmental Science, ETH Zurich 4. Schenk PM, Thomas-Hall SR, Stephens E, Marx UC, Mussgnug JH, Posten C, Kruse O, Hankamer B Second generation biofuels: High-efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenergy Research 1: Abou-Shanab R.A.I., Jeon B. H., Song H., Kim Y., Hwang J Algae-Biofuel: Potential use as sustainable alternative green energy. The Online Journal on Power and Energy Engineering (OJPEE) 1 (1), pp Gnansounou, E i in Life cycle assessment of biofuels: Energy and greenhouse gas balances. Bioresource Technology p Rosegrant, M.W Biofuels and Grain Prices: Impacts and Policy Responses; International Food Policy Research Institute, Washington, USA 8. Christi Y Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. 25, Molina Grima E., Fernandez J., Acien Fernandez F.G., Christi Y., 2001: Tubular photobioreactor design foralgal cultures. J. Biotechnol. 92: Grobbelaar J.U., 2004: Algal nutrition. In: Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology(eds A. Richmond). Bleckwell, Posten C., Schaub G., Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels-a process view. Journal of Biotechnology, 142, 1, 1, Powell N., Shilton A., Christi Y., Pratt S. 2009: Towards a luxury uptake process via microalgae - Defining thepolyphosphate dynamics. Water Research 43: Schamphelaire De L., Verstraete W. 2009: Revival of the Biological Sunlight-to-Biogas Energy ConversionSystem. Biotechnology and Bioengineering 103: Douškova I., Kaštanek F., Maleterova Y., Kaštanek P., Doucha J., Zachleder V. 2010: Utilization of distillerystillage for energy generation and concurrent production of valuable microalgal biomass in the sequence: Biogascogeneration-microalgae-products. Energy Conversion and Management 51: Camacho Rubio, F., AciénFernández F. G, Sánchez Pérez J. A., García Camacho F., Molina Grima, E., 1999:Prediction of dissolved oxygen and carbon dioxide concentration profiles in tubular photobioreactors for microalgal culture. Biotechnol. Bioeng 62: Molina Grima E., AciénFernández F.G., García Camacho F., Christi Y. 1999: Photobioreactors: light regime,mass transfer, and scaleup. Journal of Biotechnology 70:

140 17. Camacho Rubio F, García Camacho F, FernándezSevilla JM, Christi Y, Molina Grima E. 2003: Amechanistic model of photosynthesis in microalgae. BiotechnolBioeng 81: Krzemieniewski M., Dêbowski M., Zieliñski M. 2009: Glony jako alternatywa dla l¹dowych roœlinenergetycznych. Czysta Energia 9 (95): Sialve B., Bernet N., Bernard O. 2009: Anaerobic digestion of microalgae as a necessary step to make microalgalbiodiesel sustainable. Biotechnology Advances 27: Christi Y. 2006: Microalgae as sustainable cell factories.environmental Engineering and Management Journal 5(3): AciénFernández F. G., García Camacho F., Sánchez Pérez J. A., Fernández Sevilla J. M., Molina Grima E.1997: A model for light distribution and average solar irradiance inside outdoor tubular photobioreactors for themicroalgal mass cultur. Biotechnology and Bioengineering 55: Mata T.M., Martins A. A., Caetano N.S., Microalgae for biodiesel production and other applications: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, Ugwu C. U., Aoyagi H., Uchiyama H. 2008: Photobioreactors for mass cultivation of algae. BioresourceTechnology 99: Hase R., Oikawa, H., Sasao, C., Morita, M., Watanabe, Y., 2000: Photosynthetic production of microalgalbiomass in a raceway system under greenhouse conditions in Sendai City. J. Biosci. Bioeng. 89: Hu Q., Guterman H., Richmond A., 1996: A flat inclined modular photobioreactor for outdoor mass cultivation ofphototrophs. Biotechnol. Bioeng. 51: Pulz O. 2001: Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms. Applied Microbiology andbiotechnology 57: Lehr F., Posten C. 2009: Closed photo-bioreactors as tools for biofuel production. Current Opinion inbiotechnology 20: Christi Y., Moo - Young M. 2002: Bioreactors.Encyclopedia of Physical Science and Technology, Third Edition,Volume 2: Alabi A. O., Tampier M., Bileau E. 2009: Microalgae technologies and processes for biofuel /bioenergyproduction in British Columbia: Current Technology, Suitability and Barriers to Implementation. Final Report Submittedto The British Columbia Innovation Council: Golueke C.G., Oswald W.J. 1959: Biological conversion of light energy to the chemical energy of methane.applied Microbiology 7 (4): Harun R., Singh M., Forde G. M., Danquah M. K. 2010: Bioprocess engineering of microalgae to produce avariety of consumer products. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14: Wijffels R. H., Barbosa M. J., Eppink M. H. M Microalgae for the production of bulk chemicals and biofuels. Biofuels, Bioprod. Bioref. 4: Singh J., Gu S., Commercialization potential of microalgae for biofuels production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14,

141 Energia odnawialna z biomasy traw wieloletnich - perspektywy i bariery dr hab. in. Grzegorz urek dr in. Danuta Martyniak Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roœlin, Pañstwowy Instytut Badawczy w Radzikowie, Zak³ad Traw, Roœlin Motylkowatych i Energetycznych, Pracowania Traw Pozapaszowych i Roœlin Energetycznych. Streszczenie Biomasa, przeznaczana na cele energetyczne, pochodzi obecnie g³ównie z upraw leœnych oraz dedykowanych upraw energetycznych roœlin drzewiastych, jak np. wierzba i topola. Uwzglêdniaj¹c jednak zalecenia dotycz¹ce ograniczenia produkcji i wykorzystania biomasy pochodzenia leœnego do celów energetycznych, nale y poszukiwaæ rozwi¹zañ w innych grupach roœlin. Tak¹ mo liwoœæ daj¹ uprawy traw wieloletnich. Gatunkami szczególnie przydatnymi do produkcji biomasy w Polsce s¹: perz wyd³u ony, owsik wynios³y, stok³osa uniolowata czy kostrzewa trzcinowa. Wymienione gatunki stanowi¹ wzglêdnie tanie Ÿród³o biomasy lignocelulozowej - tzn. sk³adaj¹cej siê g³ównie z wielocukrów z³o onych, takich jak lignina i celuloza. Gatunki te rozmna a siê z nasion i s¹ one w stanie rosn¹æ i zadowalaj¹co plonowaæ przez okres od kilku do kilkunastu lat, przy stosunkowo niewielkich nak³adach na pielêgnacjê. T¹ drog¹ mo na uzyskaæ corocznie od kilku do nawet kilkunastu ton suchej biomasy z 1 ha. Uprawy tego typu powinny byæ realizowane na gruntach, które z ró nych przyczyn nie s¹ przydatne do produkcji ywnoœci zarówno ze wzglêdów ekologicznych (np. grunty wymagaj¹ce rekultywacji), jak i ekonomicznych (np. grunty klas V - VI). Dziêki temu, oprócz niew¹tpliwego efektu ekonomicznego w postaci uzyskania czystej i taniej energii bezpoœrednio z pola, w trakcie naturalnych procesów biologicznych, zwi¹zanych z corocznym rozk³adem resztek po niwnych nastêpuje gromadzenie wêgla w glebowej materii organicznej. Oprócz istotnej redukcji emisji dwutlenku wêgla w procesie spalania uzyskujemy zatem efekt dodatkowy w postaci wi¹zania (sekwestracji) wêgla z CO 2 w glebowej materii organicznej. We wielu przypadkach mo na nawet mówiæ o tzw. emisji negatywnej, gdy iloœæ wêgla sekwestrowanego przekracza iloœæ wêgla uwalnianego w trakcie przerobu, np. podczas spalania (tzw. carbonnegativebiofuels). Dla rozwoju tej technologii niezbêdne s¹ zarówno czynniki natury ekonomicznej (dostêp do technologii, systemy wsparcia dla inwestorów), jak i spo³ecznej (doradztwo i wsparcie merytoryczne, akceptacja dla nowych technologii, prze³amywanie stereotypów dotycz¹cych gospodarowania na gruntach pozaklasowych itp.). 1. Opis innowacji 1.1. Wstêp Zapotrzebowanie na energiê w ci¹gu najbli szych lat bêdzie ci¹gle wzrasta³o, jako efekt industrializacji, postêpu technicznego oraz d¹ enia do poprawy warunków bytowych. Iloœæ i jakoœæ posiadanych obecnie Ÿróde³ energii nie gwarantuje utrzymania poziomu ich dostêpnoœci przy planowanym wzroœcie popytu. Oprócz 145

142 tego istnieje pilna potrzeba przeciwdzia³ania w skali globalnej jednemu z najwiêkszych wyzwañ, przed jakimi staje nasza cywilizacja globalnemu ociepleniu. Przeciwdzia³anie ociepleniu klimatu œciœle zwi¹zane jest z redukcj¹ emisji g³ównego sprawcy ocieplenia - dwutlenku wêgla. Jedn¹ z metod ograniczenia koncentracji CO 2 w atmosferze jest pozyskiwanie energii ze Ÿróde³ odnawialnych. Wykorzystuje siê w ten sposób energiê wiatru, wody, pr¹dów i p³ywów morskich oraz s³oñca. Z tej ostatniej korzystaæ mo na zarówno bezpoœrednio za pomoc¹ ogniw fotowoltaicznych, jak i poœrednio odzyskuj¹c energiê s³oneczn¹ nagromadzon¹ podczas procesu fotosyntezy w roœlinach. Cz³owiek od zarania dziejów wykorzystywa³ energiê s³oneczn¹ nagromadzon¹ w roœlinach, bezpoœrednio je konsumuj¹c lub pal¹c. Od czasów pierwszego ogniska niewiele siê w zasadzie zmieni³o. Biomasa roœlin nadal jest palona, choæ obecnie proces ten odbywa siê w wysoko zaawansowanych urz¹dzeniach o wysokim stopniu sprawnoœci. Dziêki postêpowi technicznemu potrafimy obecnie pozyskaæ energiê z roœlin, przetwarzaj¹c je równie na paliwa p³ynne (biodiesel, alkohol metylowy itp.), gaz (biogaz) czy substytut wêgla kamiennego tzw. biokarbon. Energiê mo na pozyskiwaæ ze wszystkich roœlin, zarówno ze zbó, ziemniaków, buraków cukrowych itp. jak równie roœlin wieloletnich jak drzewa, trawy czy byliny dwuliœcienne. Poszukuj¹c gatunków najbardziej wydajnych w produkcji energii, nale y braæ pod uwagê ca³¹ gamê czynników zarówno o charakterze ekonomicznym, jak i ekologicznym. Energetyczne wykorzystanie biomasy pochodzenia roœlinnego jest obecnie jedn¹ z najbardziej realnych mo liwoœci¹ produkcji energii przez rolnika. Dostêp do energii wiatrowej, wodnej czy solarnej nie jest obecnie tak ³atwy i szybki jak do energii zgromadzonej w biomasie. Uwzglêdniaj¹c wartoœæ energetyczn¹ np. drewna, s³omy zbó czy traw wieloletnich, na wyprodukowanie równowa nika energetycznego 10 ton wêgla potrzeba od 15 do 18 ton suchej masy roœlinnej. Plony tej wielkoœci mo na uzyskaæ z ok. 1,5-2,5 ha upraw roœlin na cele energetyczne. Wieloletnie badania i analizy wskazuj¹, e w grupie gatunków jednorocznych, uprawa rzepaku jest najbardziej wskazana, op³acalna ekonomicznie i ekologicznie. Pomimo stosunkowo znacznych wymagañ glebowych i klimatycznych, gatunek ten mo e staæ siê przysz³oœci¹ polskiej bioenergetyki. Olej rzepakowy oraz jego estry, charakteryzuj¹ siê wartoœci¹ energetyczn¹ nieco ni sz¹ od benzyny a wy sz¹ od alkoholi (Wa³kowski, 2006). Warto zaznaczyæ, e do produkcji rzepaku na biopaliwa szczególnie nadaj¹ siê gospodarstwa du e, o powierzchni powy- ej 30 ha (Wa³kowski, 2006). Produkcja bioetanolu, bêd¹ca jedn¹ z alternatywnych dróg wykorzystania roœlin do produkcji energii, mo e odbywaæ siê z zastosowaniem upraw kukurydzy, zbó (np. yta), ziemniaków czy buraków cukrowych. Od rodzaju uprawy zale y wydajnoœæ oraz op³acalnoœæ tego typu dzia³alnoœci (tabela nr 18, wg Nowackiego, 2008). 146

143 * nie uwzglêdniono kosztów ponoszonych przez gorzelnie Tabela 18. Szacunkowa analiza kosztów bezpoœrednich produkcji etanolu z wybranych upraw rolniczych (Nowacki, 2008). Z punktu widzenia ekologii, intensyfikacja upraw roœlin zbo owych, buraka cukrowego czy kukurydzy powinna byæ raczej nakierowana na tradycyjne wykorzystanie tych roœlin ni na wariant energetyczny. Wi¹ e siê to szczególnie z silnym oporem spo³ecznym przed przeznaczaniem chleba na opa³. W naszej kulturze jest to postrzegane bardzo negatywnie i wymaga mocnych argumentów, aby znaleÿæ uznanie. W stosunku do tradycyjnych, jednorocznych upraw rolniczych (zbo a, ziemniaki itp.) istnieje dodatkowe ograniczenie, zwi¹zane z sensownoœci¹ ich uprawy dla pozyskania energii w kontekœcie efektu ekologicznego. Uprawy tego typu, pomimo ich energetycznego wykorzystania wcale nie s¹ zero-emisyjne, gdy na skutek znacznego nak³adu energii na wytworzenie plonu (nawozy, œrodki chemiczne, uprawki, zbiór, transport p³odów itp.) s¹ dodatkowo Ÿród³ami emisji dwutlenku wêgla oraz tlenków azotu (Schlezinger, 1999). Stosowanie nawozów organicznych, powszechnie uwa ane za najskuteczniejsz¹ metodê podwy szania zawartoœci materii organicznej w glebie, jest równie dyskusyjne w kontekœcie ogólnego bilansu wêgla. Dla wytworzenia przez zwierzêta nawozu do nawiezienia 1 ha upraw (np. kukurydzy) potrzebna jest pasza z ok. 3 ha uprawy (Schlezinger, 1999). Celem niniejszego opracowania jest zaprezentowanie mo liwoœci w zakresie pozyskiwania energii odnawialnej z biomasy traw wieloletnich, z uwzglêdnieniem barier, które ograniczaj¹ rozwój tego rodzaju odnawialnych Ÿróde³ energii, jak równie dzia³añ mo liwych do podjêcia dla usuniêcia tego typu ograniczeñ Dobór stanowiska do uprawy Produkcja biomasy na cele energetyczne mo e byæ prowadzona wszêdzie tam, gdzie realizowana jest typowa dzia³alnoœæ rolnicza. Jednak e obecnie, wraz z utrzymuj¹cym siê wzrostem liczebnym populacji ludzkiej, d¹ y siê do przeznaczania gruntów uprawnych tylko do produkcji ywnoœci. Do zagospodarowania na cele 147

144 energetyczne pozostaj¹ zatem tereny, na których z ró nych przyczyn nie mo na produkowaæ ywnoœci. S¹ to obszary gleb najgorszej jakoœci, zdewastowanych b¹dÿ wymagaj¹cych rekultywacji. Wed³ug GUS (2010) ³¹czna powierzchnia gruntów, które spe³niaj¹ te kryteria to ok tys. ha (tabela nr 19). Tabela 19. Powierzchnia gruntów nieprzydatnych do produkcji ywnoœci (wg. GUS, 2010) Szacuje siê, i przy uwzglêdnieniu licznych uwarunkowañ ekonomicznych i produkcyjnych (potrzeby wodne roœlin, rozk³ad pól, logistyka produktu koñcowego itp.) na potrzeby tzw. bioenergetyki mo na w naszym kraju przeznaczyæ 340 tys. ha (Pude³ko i Faber, 2010). Planowanie produkcji biomasy z traw wieloletnich musi byæ zatem poprzedzone okreœleniem podstawowych parametrów stanowiska, determinuj¹cych dalszy wzrost roœlin. Nale y okreœliæ sk³ad mechaniczny gleby, jej odczyn, zasobnoœæ w makro- i mikro pierwiastki oraz materiê organiczn¹, poziom wód gruntowych, oraz jeœli istnieje uzasadnione podejrzenie ska enia gleby - zwartoœæ metali ciê kich (np. o³owiu, kadmu, chromu, rtêci, cynku). Pobieranie tych substancji przez roœliny, i tym samym, odk³adanie ich w biomasie uniemo liwia dalsze jej wykorzystanie Dobór gatunków Jednym z najbardziej obiecuj¹cych gatunków traw wieloletnich pod wzglêdem mo liwoœci uprawy na cele energetyczne jest miskant olbrzymi (Miscanthusxgiganteus Greff et Deu.). Pomimo i nie jest to roœlina z naszej strefy klimatycznej, to wieloletnie prace prowadzone zarówno w Europie Zachodniej, jak i w Polsce potwierdzi³y jej du e zdolnoœci plonotwórcze i pozytywny wp³yw na œrodowisko w warunkach klimatu umiarkowanego. Za podjêciem uprawy tego gatunku przemawia dynamiczny wzrost, pocz¹wszy od posadzenia w ziemi, niskie wymagania nawozowe, aktualny brak szkodników i patogenów, d³ugi okres plonowania na wzglêdnie sta³ym poziomie. Szczególnie istotne jest niskie zapotrzebowanie wodne (ok. 2-3 tys. m 3 rocznie na 1 ha uprawy), co ma szczególne znaczenie w przy bardzo ograniczonych zasobach wodnych naszego kraju. Zbiory miskanta przypadaj¹ na miesi¹ce zimowe (luty - marzec), w okresie swobodnej dostêpnoœci takich urz¹dzeñ jak np. kombajny do kukurydzy, prasy wysokiego zgniotu oraz œrodki transportowe (rysunek nr 49). Zebrany w tym okresie miskant ma 148

145 ok. 20% wilgotnoœci i nie wymaga dodatkowych nak³adów energii na dosuszanie. Praktycznie nie ma potrzeby stosowania zabiegów ochrony roœlin, a chemiczne zwalczanie chwastów ma sens jedynie bezpoœrednio po posadzeniu. Roœlina reaguje pozytywnie na nawo enie, choæ dawki poni ej 100 kg N na 1 ha nie przynosz¹ spodziewanego efektu. Negatywn¹ stron¹ uprawy tej roœliny jest wysoki koszt za³o enia plantacji (tylko na sadzonki nale y wydaæ co najmniej ok PLN na 1 ha). Dostêpne obecnie na rynku sadzonki (gatunek ten nie wytwarza nasion) pochodz¹ albo z podzia³u starszych roœlin (rys. nr 50) lub z mno enia metod¹ kultur in vitro. Te ostatnie mog¹ wykazywaæ wra liwoœæ na przemarzanie, dlatego w stosunku do nowych nasadzeñ zaleca siê okrywanie (np. s³om¹) lub obredlanie przed zim¹. Rysunek 49. Zbiór 2-letniej plantacji miskantusa olbrzymiego (Radzików) Rysunek 50. Sadzonki miskantusa otrzymane z podzia³u dwuletnich roœlin Inne, przydatne do uprawy na cele bioenergetyczne, gatunki z tego rodzaju, to miskant cukrowy [Miscanthussacchariflorus (Maxim.) Benth] oraz miskantchiñski (Miscanthussinensis Anderss). Obydwa doskonale zimuj¹ w Polsce, i s¹ niezbyt wymagaj¹ce w stosunku do gleby oraz zaopatrzenia w wodê. Gatunki te doskonale rozmna a siê podobnie jak opisywany wy ej miskant olbrzymi. W Polsce, przy sprzyjaj¹cych warunkach pogodowych, mo na uzyskaæ z nich nasiona, jednak e ich iloœci oraz jakoœæ raczej nie zapewni¹ materia³u do podjêcia masowych zasiewów. Plony uzyskiwane z tych dwu gatunków s¹ nieco ni sze od plonów miskanta olbrzymiego, aczkolwiek trwa³oœæ plantacji jest porównywalna. Gatunkiem najprawdopodobniej najlepiej przebadanym z punktu widzenia przydatnoœci dla bioenergetyki, choæ nieznanym powszechnie w naszym kraju, jest proso rózgowate (Panicumvirgatum L.). Roœlina pochodzi z Ameryki Pó³nocnej i charakteryzuje siê typem fotosyntezy C4. Stamt¹d pochodz¹ równie liczne odmiany tego gatunku, z przeznaczeniem na cel paszowe oraz energetyczne. Jest to gatunek wieloletni, dorastaj¹cy do 1,5-2,5 m (rysunek nr 51). 149

146 Rysunek 51. Proso rózgowate, odmiana Shelter (roœliny 4-miesiêczne), pola doœwiadczalne IHAR- PIB w Radzikowie W Polsce dobrze zimuje, produkuje biomasê w iloœci 9-15 ton s.m. z hektara oraz wytwarza ywotne nasiona. Specyfik¹ nasion tego gatunku jest ich przydatnoœæ do wysiewu dopiero po ust¹pieniu naturalnego spoczynku, tzn. po roku przechowywania w magazynie lub podobnym miejscu. Roœlina reaguje pozytywnie na nawo enie mineralne i na jednym stanowisku mo na j¹ uprawiaæ przez co najmniej kilkanaœcie lat. Produkcja energii netto, (czyli ró nicy pomiêdzy energi¹ w³o- on¹ w wytworzenie jednostki produktu a energi¹ pozyskan¹ w wyniku przetworzenia biomasy) tego gatunku wynosi 163,8 GJ/ha przy plonie na poziomie 9 ton s.m z ha. Taka sama kalkulacja wykonana dla kukurydzy daje 89,2 GJ/ ha (przy plonie ziarna 5,7 t/ha) dla yta 34,7 GJ/ha (plon ziarna 2,3 t/ha). Jest to zatem jedna z najbardziej efektywnych energetycznie upraw roœlinnych! Najprawdopodobniej najwiêkszym problemem dla rozszerzenia uprawy tego gatunku jest brak materia³u siewnego na naszym rynku. Nale y mieæ nadziejê, e w odpowiedzi na rosn¹ce zapotrzebowanie na tego typu produkty, uda siê zainicjowaæ import nasion, a byæ mo e równie ich produkcjê w naszym kraju. Kolejnym gatunkiem z grupy traw tropikalnych szlaku C4, przydatnych do uprawy na cele energetyczne jest spartina preriowa (SpartinapectinataBosc. ex Link.) (rysunek 52). Gatunek ten pochodzi z Ameryki Pó³nocnej i wystêpuje na stanowiskach o szerokiej amplitudzie warunków zarówno klimatycznych, jak i siedliskowych. Dla nas najistotniejsze jest to, e spartina w Polsce dobrze zimuje i mo e rosn¹æ w zasadzie wszêdzie - od gleb okresowo podmakaj¹cych, razem z turzycami i sitami a po piaszczyste nieu ytki. 150

147 Rysunek 52. Spartina preriowa, roœliny 1 - roczne, pola doœwiadczalne IHAR-PIB w Radzikowie Najistotniejsza jest jej zdolnoœæ do porastania obszarów ubogich, piaszczystych i nieprzydatnych do zagospodarowania typowymi uprawami rolniczymi. Plonowanie pocz¹wszy od 3 roku po za³o eniu plantacji utrzymuje siê na poziomie ton s.m. z hektara. Mimo i gatunek ten wytwarza w naszych warunkach nasiona, to s¹ one praktycznie nieprzydatne z uwagi na szybki spadek ywotnoœci. Nowe plantacje mo na zak³adaæ w oparciu o sadzonki produkowane metod¹ kultur tkankowych, lub podzia³ starych kêp. Sadzenie w rozstawie rzêdów ok. 2-3 m i 0,5-0,8 m w rzêdzie. Gatunek ten pozytywnie reaguje na nawo enie (ok kg N/ha rocznie). Obecnie istniej¹ ju w Polsce firmy zajmuj¹ce siê produkcj¹ i dystrybucj¹ sadzonek tego gatunku. Du ¹ zalet¹ gatunków takich jak spartina preriowa czy proso rózgowate jest brak w naszym kraju niszcz¹cych je chorób czy szkodników. Bez koniecznoœci stosowania chemicznych œrodków ochrony roœlin uprawa jest znacznie tañsza! Kolejn¹ zalet¹ produkcji energii z roœlin szlaku C4 fotosyntezy jest niewielka zawartoœæ popio³u (ok. 1-2,5%), co jest niezmiernie istotne zw³aszcza przy spalaniu wiêkszych iloœci s³omy. Kolejny gatunek to perz wyd³u ony (Agropyronelongatum(Host.) D.R.Devey). Roœlina ta pochodzi z Po³udniowej Europy i obecnie mo na j¹ znaleÿæ w uprawie na wielu kontynentach (Ameryka Po³udniowa, Australia itp.). Pomimo i jest to gatunek zaliczany do rodzaju perz to w odró nieniu od uci¹ liwego chwastu, jakim jest perz w³aœciwy (Agropyronrepens L.), roœlina ta nie tworzy roz³ogów, a osypywanie nasion jest niewielkie (rysunek nr 53). 151