Biomasa zrównoważona energia a zrównoważone rolnictwo

Transkrypt

1 Biomasa zrównoważona energia a zrównoważone rolnictwo Janusz Gołaszewski Centrum Badań Energii Odnawialnej - Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny w Gdańsku Zespół ds. rozwoju OZE na obszarach wiejskich przy MRiRW

2 Przesłanki wyjściowe: 1. Rozwój zrównoważony wymaga zrównoważonego rozwoju energetyki i rynku paliw transportowych zwiększenie udziału energii wytworzonej ze źródeł odnawialnych, w tym z konwersji biomasy zwiększenie efektywności energetycznej redukcja emisji gazów cieplarnianych 2. Zrównoważony rozwój energetyki i rynku paliw transportowych wymaga zrównoważonego rozwoju rolnictwa zbalansowanie żywnościowej, przemysłowej i energetycznej funkcji rolnictwa, produkcja z poszanowaniem wymagań środowiskowych agroenergetyka (mikro)wytwarzanie i konsumpcja energii w miejscu powstania kompleksy agroenergetyczne (biogazownie, biorafinerie, )

3 1. Konsumpcja energii systematycznie się zwiększa 1990 => 2008 Konsumpcja energii pierwotnej [TWh] => Konsumpcja energii elektrycznej [TWh] => Paliwa kopalne są wyczerpywalne Paliwo Średnia światowa (liczba lat) OECD Pozostali dostawcy EU Obszar dawnego ZSRR Zależność UE od importu, % (Eurostat) Ropa naftowa (OPEC) Gaz (non OECD) Węgiel (non OECD) Uran 60 główni eksporterzy Australia, Kazachstan Source: BP Statistical Review of World Energy (2011) on the source of reserves data: Survey of Energy Resources, World Energy Council 2010.

4 3. Produkcja energii pierwotnej miks energetyczny: świat, UE, Polska, 2009 (%, przeliczone z toe) 100% 90% 80% % 60% 50% 40% 30% Źródła odnawialne Energia nuklearna Ropa naftowa Gaz naturalny Paliwa stałe (węgiel) 20% 10% % Świat EU-27 Polska Source: IEA (World), EUROSTAT 2011 (EU-27, Poland) Energia finalna - import netto

5 MW Polska przyrost nowych mocy w źródłach OZE lata wydane świadectwa pochodzenia energii elektrycznej (URE 2010) Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Elektrownie na biomasę Elektrownie na biogaz GWh GWh e.wodna i wiatrowa Elektrownie słoneczne ( MWh) Współspalanie biomasy Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Elektrownie biomasowe Elektrownie na biogaz

6 4. Dynamika produkcji energii pierwotnej w UE-27 w latach (1999=100, przeliczenie z toe) Energia odnawialna Energia nuklearna Produkcja energii razem Gaz naturalny Paliwa stałe Ropa naftowa OZE ½ nowych mocy energii elektrycznej rosnący udział OZE w energetyce cieplnej i paliwach transportowych Source: Eurostat

7 5. Produkcja i potencjał energii pierwotnej ze źródeł odnawialnych Stałe odpady komunalne Biopaliwa Biogaz E. wodna 100% 90% 80% 70% UE-27 E. wiatru E. słon. E. geot. 60% 50% 40% 30% Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru Energia wodna Energia z biomasy 20% 10% Drewno Biomasa i odpady 0% UE-27 Polska 2040 Source: European Commission. Renewables make the difference. Luxembourg: Publications Office of the European Union 2011 Source: European Commission. Renewables make the difference. Luxembourg: Publications Office of the European Union 2011, GUS 2010, IEA W 2010 r. 98 krajów miało wdrożone programy rozwoju energetyki OZE 87 stanów/prowincji/krajów realizowało politykę cen gwarantowanych w rozwoju OZE (feed-in tariffs)

8 6. Dekarbonizacja źródła, perspektywy rozwoju technologii energetycznych IEA 2010 Rozważane są dwa zasadnicze scenariusze dekarbonizacji do 2050 r. koncentracja na: 1. odnawialne źródła energii 2. energetyka jądrowa

9 Struktura emisji gazów cieplarnianych (GHG) wg sektorów gospodarki (%) Wytwarzanie energii 25.9 Przemysł 19.4 Leśnictwo 17.4 Transport 13.1 Budownictwo, odpady 10.7 Rolnictwo 13.5 produkcja nawozów azotowych 0.8 GHG z produkcji (gł. CH 4 ) z wył. N 2 O gleby 8.4 glebowe N 2 O ze źródeł organicznych 3.8 glebowe N 2 O ze źródeł mineralnych 1.3 Zmiana użytkowania gruntów na rolnicze 12.0 Razem rolnictwo 26 (17-32) Bellarby et al

10 Energia końcowa, EJ/rok 7. Zakładane kluczowe zmiany w strukturze konsumpcji energii do 2050 r. (Wg Ecofys) Źródła odnawialne energia elektryczna Źródła odnawialne energia cieplna i paliwa Paliwa kopalne i energia jądrowa Linia bazowa potrzeb ok. 520 EJ/rok Efektywność energetyczna, elektryfikacja Energia ze źródeł odnawialnych Paliwa kopalne World Wide Fund for Nature. The Energy Report. 100% Renewable Energy by

11 Jaki scenariusz rozwoju OZE dla Polski?

12 DANIA Od 1980 r. energetyka rozproszona (ok. 50% potencjału energetycznego przeniesiono do lokalnych jednostek wytwórczych) certyfikacja zielonej energii i stałe ceny gwarantowane eksport technologii OZE: turbiny wiatrowe, biogazownie, reaktory termozgazowania, enzymy np. hydrolityczne Buzek J. Forum Ekoenergetyczne, Gdańsk 2007.

13 InnoNET Koncentracja procesów energetycznych i bioproduktów - w tym lignocelulozowa biorafineria demonstracyjna - Örnsköldsvik, Szwecja

14 InnoNET

15 Rozwój lokalnych źródeł wytwórczych energii, implementacja prosumenckości - instalacje mikro, małe i średniej skali zabezpieczające potrzeby lokalne - Budowa autonomicznych regionów energetycznych w oparciu o smart-grids

16 Instalacja Szepietowo Pilotażowy układ kogeneracyjny z silnikiem spalinowym na syngaz dla zakładów przetwórstwa biomasy. ZAKŁAD PRZETWÓRSTWA BIOMASY W SZEPIETOWIE Źródło. Jan Kiciński Program Strategiczny NCBiR, Zadanie nr 4

17 Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny dla zakładów przetwórstwa biomasy Instalacja obejmuje: zgazowarkę biomasy, układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go do spalania w silniku spalinowym o wydajności 500 Nm 3 /h, silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5 MW, układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika spalinowego na potrzeby suszenia biomasy. Źródło. Jan Kiciński Program Strategiczny NCBiR, Zadanie nr 4

18 Instalacja pilotażowa - mikrobiogazownia Bałdy 20 kw Projekt kluczowy nr POIG /08 Modelowe kompleksy agroenergetyczne jako przykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnych źródłach energii Źródło. Mirosław Krzemieniewski i in. Projekt kluczowy POIG, 2011

19 Biorafineria -> nowy rynek biopaliw, energii i innych bioproduktów Inżynieria genetyczna Biotechnologia zielona (rolnictwo) i czerwona (medycyna) (rynek produktów spożywczych, paszowych, zdrowie człowieka) Biała biotechnologia chemia przemysłowa (bioprodukty i półprodukty przemysłowe wytwarzane z wykorzystaniem mikroorganizmów lub enzymów) Biorafineria Przejście do biopaliw I do II generacji (lingoceluloza!) PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych

20 Biorafineria lignocelulozowa: eco-piramida wykorzystania biomasy lignocelulozowej Wysoka wartość Farmaceutyki i kosmetyki Komponenty żywności i paszy Bioplastyki & Biopolimery Integracja źródeł i procesów Chemikalia & Biopaliwa Niska wartość Elektryczność & Ciepło PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych Sanders J. Sustainability and climate protection, the role of bio fuels and biorefineries in Europe. Biomotion. Hannover, 12 November 2009.

21 Koszty biopaliw w długiej perspektywie Szacuje się, że głównym źródłem redukcji emisji GHG w transporcie będzie zwiększona efektywność potencjał redukcji emisji GHG w transporcie przez biopaliwa do 2050 r może wynosić ok. 2.1 Gt ekw. CO 2 Źródło: Brown A

22 Konkurencyjność technologii biomasowych 1. dziś: produkcja etanolu z trzciny cukrowej (Brazylia), wybrane systemy konwersji odpadów do energii, efektywne kotły biomasowe, układy CHP oparte na biomasie 2. w perspektywie lat: biopaliwa lignocelulozowe mające na celu zastępowanie benzyny, diesel, paliwa lotnicze; zaawansowane metody generacji energii elektrycznej z paliw biomasowych (ogniwa, bioogniwa paliwowe), biorafinerie. 3. w perspektywie lat: połączenie konwersji biomasy z CCS 4. potencjał trudniejszy do określenia: zaawansowane biomateriały z biomasy, potencjał biomasy wodnej obiecująca perspektywa z ekonomicznego punktu widzenia i możliwości redukcji GHG.

23 Wyzwania rolnictwo musi zwiększyć areał uprawy roślin energetycznych i ich wydajność Rynek biopaliw a wykorzystanie gruntów rolnych Biodiesel I gen. Bioetanol I gen. biojet biometan biodiesel II gen. Bioetanol II gen. Bioetanol (trzcina cukrowa) Globalna powierzchnia gruntów na cele energetyczne wzrośnie jednak zmniejszy się presja na grunty rolne i ryzyko ILUC (Indirect-Land-Use-Chage) poprzez: zwiększenie produktywności zagospodarowanie pozostałości i odpadów wykorzystanie pastwisk i nieużytkowanych gruntów wykorzystanie biomasy lignocelulozowej kaskada biomasy, biorafinerie strefy i zrównoważone systemy zarządzania wykorzystaniem gruntów IEA 2011

24 ZESPÓŁ DS. ROZWOJU ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII NA OBSZARACH WIEJSKICH Inicjatywa: Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Polska Akademia Nauk Członkowie Zespołu: Elżbieta Czerwiakowska-Bojko sekretarz Antoni Faber Janusz Gołaszewski - przewodniczący Ryszard Górecki Anna Grzybek Jan Kiciński Jan Popczyk Jan Rączka Tomasz Skrzyczyński Mariusz Stolarski Władysław Włosiński Marek Woszczyk Kazimierz Żmuda wiceprzewodniczący Tematyka prac: rozwój koncepcji Autonomicznego Regionu Energetycznego 50% OZE do 2050 założenia wyjściowe do ustawy o OZE Narodowe Centrum Odnawialnych Źródeł Energii i Ekosystemów

25 AUTONOMICZNY REGION ENERGETYCZNY Koncepcja dyskutowana i ujęcie w formie dokumentu roboczego Założenia wyjściowe: prof. Jan Popczyk, Politechnika Śląska

26 AUTONOMICZNY REGION ENERGETYCZNY rozproszone źródła wytwarzania energii w oparciu o zasoby lokalne tworzenie obszarów bezemisyjnych/zero-energetycznych/plus-energetycznych oraz budowanie samowystarczalności energetycznej; horyzont czasowy 2050 jednostka skalowalna gmina wiejska > związek gmin wiejskich > powiat o charakterze rolniczym ogniwo reelektryfikacji polskiej wsi bazuje na lokalnej infrastrukturze energetycznej zarządzanej technologią Smart-Grid-u orientowanie rozwoju w kierunku ekonomii konsumenckiej w założeniu działalność prosumencka

27 Rynek instalacji OZE dzisiaj instalacje pomostowe 1. Agroenergetyka, w tym biogazownie rolniczo-utylizacyjne 2. Instalacje gospodarki odpadami (oczyszczalnie ścieków, wysypiska śmieci), w tym biogazownie, instalacje spalania, termozgazowania 3. Instalacje generowania energii elektrycznej o elektrycznej mocy przyłączeniowej 1. powyżej 1-2 MW, w tym wielkie elektrownie wodne, wiatrowe i słoneczne 2. od 50 kw do 1-2 MW, w tym biogazownia 3. do 50 kw, w tym instalacje mikrogeneracji rynek dynamicznie rozwijany 4. Instalacje wytwarzania energii cieplnej w różnej skali - kolektory słoneczne, kotły/piece/kominki na biomasę stałą, pompy ciepła 5. Instalacje produkcji biopaliw stałych (zagęszczone) oraz transportowych płynnych i wytwarzania biogazu Technologie rozdane karty Potencjał inwestycyjny OZE Energia wiatrowa PV? Instalacje solarne cieplne Bioetanol (I gen.) Biodiesel (I gen.) : dominacja rynkowa : Chiny : Chiny : Niemcy : Chiny : Brazylia, USA : Niemcy, Brazylia Technologie są - wystarczy dopasować do rynku regulacje prawne wspierające rozwój

28 Technologie pomostowe zrywajmy najpierw jabłka z niższych partii drzewa wodór ogniwa paliwowe mikroturbiny fotowoltaika etanol lignocelulozowy geotermia piroliza Biodiesel F-T zgazowanie wiatr mikro biogazownie bioetanol I generacja spalanie odpadów biodiesel I generacja ekoeneretyka wielkoskalowa OZE

29 Rozwój cywilizacyjny, wytwarzanie i konsumpcja energii oraz działalność rolnicza stanowią komplementarną całość zrównoważony rozwój potrzebuje zrównoważonej energii, a zrównoważona energia potrzebuje zrównoważonego rolnictwa Gołaszewski J. Konsens między zrównoważoną energią a zrównoważonym rolnictwem. Wieś Jutra. 2011