Instytut Technologiczno-Przyrodniczy "Usuwanie i magazynowanie nawozu naturalnego w zależności od systemów chowu i ograniczenia emisji GHG"

Transkrypt

1 Instytut Technologiczno-Przyrodniczy "Usuwanie i magazynowanie nawozu naturalnego w zależności od systemów chowu i ograniczenia emisji GHG" dr inż. Witold Jan Wardal Warszawa

2 Plan prezentacji Cel pracy Założenia polityki redukcji emisji szkodliwych gazów przez rolnictwo Metody usuwania i magazynowania nawozu umożliwiające redukcję emisji NH 3 i GHG

3 Cel pracy Celem pracy jest przedstawienie metod usuwania i magazynowania nawozu naturalnego w aspekcie redukcji emisji szkodliwych gazów, w tym amoniaku i gazów cieplarnianych (GHG).

4 Założenia polityki redukcji emisji szkodliwych gazów przez rolnictwo Gazem cieplarnianym lub szklarniowym (ang. Greenhause Gas GHG) jest określany gazowy składnik atmosfery, powodujący efekt cieplarniany, wskutek zatrzymywania promieniowania podczerwonego.

5 KOBiZE Ustawa z dnia 17 lipca 2009 r. o systemie zarządzania emisjami gazów cieplarnianych i innych substancji (Dz.U. nr 130, poz. 1070, z późn. zm.), powołała do życia Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami KOBiZE (w ramach Instytutu Ochrony Środowiska PIB). Zadania KOBiZE: prowadzenie krajowego systemu bilansowania i prognozowania emisji, prowadzenie krajowej bazy o emisjach gazów cieplarnianych i innych substancji.

6 Krajowa baza emisji Krajowa baza emisji to system informatyczny, zawierający następujące informacje: wysokość emisji gazów cieplarnianych i innych substancji wprowadzanych do powietrza przez podmioty korzystające ze środowiska; poziom produkcji towarzyszącej emisjom; środki techniczne mające na celu zapobieganie lub ograniczanie emisji; wielkość emisji zredukowanej w wyniku przedsięwzięć realizowanych przez podmioty korzystające ze środowiska; planowane terminy uruchomienia nowych przedsięwzięć oraz wielkości emisji gazów cieplarnianych i innych substancji wprowadzanych do powietrza z tych przedsięwzięć; aktywność związana z prowadzeniem działalności przemysłowej, rolniczej, leśnej, usługowej, transportowej etc. prognozy zmian w poszczególnych sektorach gospodarki.

7 Zobowiązania prawne Rozporządzenie Komisji (UE) nr 601/2012 z dnia 21 czerwca 2012 r. w sprawie monitorowania i raportowania w zakresie emisji gazów cieplarnianych

8 Rozporządzenie Komisji (UE) nr 601/2012 z dn.21 czerwca 2012 (11) Należy unikać nakładania nieproporcjonalnych zobowiązań w zakresie monitorowania w przypadku instalacji o niższych, mających mniej poważne konsekwencje emisjach rocznych, jednocześnie zapewniając utrzymanie możliwego do przyjęcia poziomu dokładności. W tym zakresie należy opracować specjalne zasady dotyczące instalacji uważanych za niskoemisyjne.

9 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE

10 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE (pkt12) Wykorzystanie surowców rolnych, takich jak nawóz pochodzenia zwierzęcego czy mokry obornik oraz innych odpadów zwierzęcych i organicznych do wytwarzania biogazu dzięki wysokiemu potencjałowi oszczędności w emisji gazów cieplarnianych daje znaczne korzyści dla środowiska zarówno przy wytwarzaniu energii ciepła i elektrycznej, jak i stosowaniu jako biopaliwo. Instalacje na biogaz dzięki zdecentralizowanemu charakterowi i regionalnej strukturze inwestycyjnej mogą wnieść znaczący wkład w zrównoważony rozwój obszarów wiejskich i stwarzać nowe perspektywy zarobku dla rolników.

11 Skala problemu Udział sektora rolniczego w światowej emisji GHG szacuje się na ok. 13,5 %, w tym 9% dwutlenku węgla, 37% metanu oraz 65% tlenku azotu. W Polsce, udział rolnictwa kształtuje się na poziomie ponad 9%. Według KOBiZE (2014) emisja gazów cieplarnianych w rolnictwie polskim wynosiła w 2012 r Gg ekwiwalentu CO2, co stanowiło blisko 10 % całkowitej emisji GHG w Polsce, z czego na produkcję zwierzęcą przypadało 53,4%. Spośród emisji związanej z produkcją zwierzęcą na nawozy naturalne (obornik, gnojówkę i gnojowicę) przypadało 28,9%.

12 Skala problemu (cd.) Największy udział w całkowitej emisji GHG miało ulatnianie N2O (podtlenku azotu) 68,7%, a w 31,3% emisja metanu (CH4). Udział odchodów zwierzęcych wynosił 32,3%. Jeżeli przyjmiemy emisję metanu z produkcji zwierzęcej za 100%, to z fermentacji zachodzącej w odchodach zwierzęcych było na poziomie 21,5%. Według GUS (2013) stan pogłowia zwierząt gospodarskich w przeliczeniu na duże sztuki (DJP) wynosił w 2012 r. 6602,2 tysiące.

13 Ekwiwalent CO 2 [Gg] Krajowa inwentaryzacja gazów cieplarnianych w latach Emisje GHG z rolnictwa , , , , , , , , , , , Lata

14 Metody usuwania i magazynowania nawozu umożliwiające redukcję emisji NH 3 i GHG

15 Obory wolnostanowiskowe

16 Częstsze usuwanie nawozów naturalnych 16

17 Usuwanie nawozów naturalnych w oborach wolnostanowiskowych boksowych bezściółkowych Zgarniak Robot 17

18 Obory stanowiskowe (uwięziowe) Po zakończeniu ruchu roboczego (aktywnego transportu obornika) następuje cofanie układu zgarniającego do pozycji wyjściowej powodujące złożenie jego ramion. Podczas ruchu wstecznego zgarniacza następuje zjawisko deformacji zgarnianej masy. W im mniejszym stopniu zachodzi deformacja zgarnianej masy, tym efektywniejsza jest praca zgarniacza oraz mniejsza emisja amoniaku i GHG. Kierunek działań: prace nad doskonaleniem konstrukcji układu zgarniającego

19 Uporządkowane składowanie obornika na pryzmie

20 Gnojownia z kontrolą szczelności 1 płyta podłogowa, 2-część środkowa komory gnojowej, 3 ścianki boczne, 4 ścianka tylna, 5 słupki, 6 kanalik do zbierania gnojówki, 7 perforowane przykrycie kanalika, 8 zbiornik na gnojówkę, 9 dreny, 10 studzienka na zbieranie ewentualnych przecieków spod płyty, 11 studzienka na zbieranie ewentualnych przecieków spod zbiornika 8, 12 podest wjazdowy.

21 Rezultaty wdrożenia gnojowni z kontrolą szczelności Przewidywany potencjał redukcyjny GHG: redukcja emisji CH4 10%, N2O około 15% Koszty wdrożenia: koszty inwestycyjne o ok. 10% wyższe od kosztów budowy gnojowni tradycyjnej z niskim murkiem oporowym, brak wpływu na wydajność/produkcyjność. Możliwość aplikacji: łatwa w nowobudowanych obiektach; trudna w istniejących obiektach. Przewidywana liczba gospodarstw mogących wdrożyć praktykę do 2020 roku 10%.

22 Zadaszenie gnojowni

23 Zadaszenie gnojowni Ta praktyka redukcyjna polega na stworzeniu stabilnych temperaturowo warunków składowania obornika, przeciwdziałanie zbytniemu nagrzewaniu się pryzmy, co sprzyja obniżeniu tendencji do emitowania GHG, NH3 oraz odorów. Ponadto zadaszenie zabezpiecza nawóz naturalny przed zbyt intensywnymi opadami deszczu, a konsekwencji przed koniecznością zwiększania pojemności zbiornika na odciek z pryzmy.

24 Rezultaty wdrożenia gnojowni zadaszonej Szacowany potencjał redukcyjny GHG: redukcja emisji średnio 20%. Uwaga: Podana wartość może się wahać w zależności od temperatury zewnętrznej, np. w skrajnie niskiej lub wysokiej temperaturze. Szacowane koszty wdrożenia: o ok. 25% wyższe od kosztów budowy gnojowni tradycyjnej z niskim murkiem oporowym.

25 Rezygnacja z lagun na gnojowicę Laguny znajdujące zastosowanie zwłaszcza w gospodarstwach utrzymujących kilkaset DJP lub więcej, charakteryzują się bardzo wysokimi emisjami odorów, amoniaku Metoda redukcji emisji może polegać na separacji gnojowicy lub produkcji biogazu.

26 Sposób wdrożenia i promocji metod redukcji Zakłada się, że wdrożeniu i promocji może służyć Program Rozwoju Obszarów Wiejskich na lata Działanie rolno-środowiskowo-klimatyczne, Transfer wiedzy i działalność informacyjna. Wyżej wymieniona praktyka redukcyjna służy realizacji Strategii zrównoważonego rozwoju wsi, rolnictwa i rybactwa na lata Działania objęte strategią mogą być finansowane z budżetu UE w ramach WPR.

27 Separacja Podstawowe parametry przykładowego separatora Średnica otworów sita 0,3 1 mm Dopływ i odpływ 4 lub 6 Wydajność na godzinę Zapotrzebowanie na moc 5 15 m 3 5,5 kw

28 Urządzenie do wytwarzania biogazu z nawozów naturalnych i odpadów organicznych (zgłoszenie patentowe nr P ) 1 komora hermetyczna 1 stopnia (magazynowanie obornika i różnych odpadów organicznych, zraszanie i wypłukiwanie masy organicznej, fermentacja wstępna), 2 komora hermetyczna 2 stopnia, 3 dozownik ślimakowy do podawania zielonej masy organicznej, 4 zbiornik na gnojówkę i gnojowicę, 5 odciek masy organicznej, 6 zbiornik pofermentacyjny, 7 kolektor słoneczny

29 Biogazownia przetwarzająca nawozy naturalne

30 Podsumowanie Działania promujące technologie redukcji emisji GHG z polskiego rolnictwa mogą uwzględniać następujące kierunki prac: doskonalenie technik badawczych dotyczących emisji, współpracę ośrodków badawczych, edukowanie rolników oraz doradców rolniczych, publikacje naukowe i popularnonaukowe, działania marketingowe na rzecz energooszczędnych technologii redukcji zwłaszcza wśród rolników i inwestorów podejmujących decyzje powiększenia gospodarstw oraz intensyfikacji produkcji zwierzęcej zaliczających się do przedsięwzięć mogących mieć istotny wpływ na środowisko.

31 Wnioski Cele redukcyjne GHG zakładane przez kraje członkowskie UE wymagają wielu działań w dość krótkim czasie. Niezbędnym czynnikiem wydaje się być wsparcie polskich instytutów naukowo-badawczych w pracach nad metodami redukcji GHG w rolnictwie (poważnym problemem są braki aparatury badawczej), Należy dopracować system danych o wielkości redukcji GHG z rolnictwa (obecnie raporty KOBiZE są zawierają wielkości szacowane-orientacyjne), Istnieje potrzeba edukacji doradców ODR oraz samych rolników odnośnie działań redukcyjnych w rolnictwie.

32 Wkład ITP - ZEBW Ważniejsze publikacje z ostatnich lat dotyczące tematyki usuwania i magazynowania nawozów naturalnych: Romaniuk W., Domasiewicz T., Borek K., Borusiewicz A., Marczuk T. (2015). Analiza potrzeb techniczno-technologicznych oraz propozycje rozwiązań w produkcji biogazu w gospodarstwach rodzinnych i farmerskich. ss Monografia pod redakcją naukową prof. dr hab. inż. Wacława Romaniuk. Wydawnictwo Wyższej Szkoły Agrobiznesu w Łomży. ISBN Borek, K., Barwicki, J., Mazur, K., Majchrzak, M., Wardal, W. J. (2015). Evaluation of the impact of digestate formed during biogas production on the content of heavy metals in soil. Agricultural Engineering, No. 2(154), Głaszczka A., Wardal W. J. Romaniuk W. Domasiewicz T. 2010, Biogazownie rolnicze. Monografia, Warszawa, ISBN , ss. 75. Romaniuk W., Łukaszuk M., Borek K. (2015). Sposoby magazynowania pofermentu z biogazowni rolniczej, s Rozdział monografii pod redakcją naukową prof. dr. hab. inż. Wacława Romaniuka i dr hab. inż. Haliny Jankowskiej-Huflejt: Produkcja energii odnawialnej, w tym biogazu, w aspekcie ochrony środowiska, ss Wyd. ITP, Falenty-Warszawa. ISBN Wardal W.J., (2015). Kierunki doskonalenia technologii produkcji biogazu. s Rozdział monografii pod redakcją naukową prof. dr. hab. inż. Wacława Romaniuka i dr hab. inż. Haliny Jankowskiej-Huflejt: Produkcja energii odnawialnej, w tym biogazu, w aspekcie ochrony środowiska, ss Wyd. ITP, Falenty-Warszawa. ISBN Wardal W.J., Barwicki J., Mazur K., Majchrzak M., Borek K. (2015). Technical and economical aspects of biogas production from agricultural sources including Polish conditions. Agricultural Engineering, Vol. 19. No. 2(154), pp (ISSN ; Editor: Polish Society of Agricultural Engineering).

33 Wkład ITP - ZEBW Patenty: Zgłoszenie patentowe: P Stanowisko badawcze do produkcji biogazu, Romaniuk W., Głaszczka A. Łochowski B. Wzór użytkowy Zbiornik biogazu, Zgłoszony (W ), Nr wzoru 66366, data uzyskania: , Romaniuk W., Łochowski B., Domasiewicz T., Biskupska K., Savinyh P., Sysujev V., Otroshko S.: Patent Urządzenie do wytwarzania biogazu ze stałych odpadów rolniczych, zwłaszcza obornika. Nr zawiadomienia DP/P /5/ewas z dnia Nr patentu P Romaniuk W., Łochowski B., Domasiewicz T., Borek K., Savinyh P., Sysujev V., Kosolapov V., Otroshko S. Zgłoszenie patentowe: Urządzenie do odseparowywania i magazynowania stałej masy z gnojowicy. Romaniuk W., Łochowski B., Domasiewicz T., Biskupska K., Savinyh P., Sysujev V., Otroshko S., Urządzenie do wytwarzania biogazu ze stałych odpadów rolniczych, zwłaszcza obornika, Patent nr P , Romaniuk W., Myczko A., Łochowski B., Domasiewicz T., Głaszczka A., Biskupska K., Savinyh P., Otroshko S., Urządzenie do wytwarzania biogazu z odchodów zwierząt chowanych na ściółce. Opis patentowy P ,

34 Wkład ITP - ZEBW Najważniejsze zrealizowane projekty Beztlenowa obróbka odpadów rolniczych. Akronim: ANAEROBTREAT. Projekt ten zrealizowano w ramach programu międzynarodowego EUREKA - EU 1241 we współpracy z partnerami z Węgier i Szwecji. W projekcie opracowano technologię produkcji biogazu i bionawozu. Lata realizacji MATRESA (Manure TREatment Strategies for Sustainable Agriculture). Processing strategies for farm livestock manures to enable maximize nutrient use with minimum environmental problems water/air/soil pollution, disease risk and odour nuisance. Nr umowy QLK , nr decyzji 591/E 197/SPUB MI5.P. Praca końcowa: Burton C.H., Turner C. (editors) Manure management. Treatment strategies for sustainable agriculture. 2003, ss Standardy dla gospodarstw rolnych. Projekt Phare PL/IB/2001/AG/03. Program bliźniaczy PL W. Romaniuk był kierownikiem projektu ze strony polskiej. Czas trwania - lata Dobór technologii chowu bydła w celu obniżenia emisji gazów, głównie amoniaku i dwutlenku węgla. Projekt badawczy własny nr N N w konkursie ogłoszonym przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Umowa nr 1565/B/P01/2008/35. Czas realizacji Biogas&EE Interdyscyplinarne badania nad poprawą efektywności energetycznej oraz zwiększeniem udziału odnawialnych źródeł energii w bilansie energetycznym polskiego rolnictwa. Biostrateg. Projekt w trakcie realizacji.

35 Bibliografia Ferm M., Marcinkowski T., Kierończyk M., Pietrzak S Measurments of ammonia emissions from manure storing and spreading stages in Polish commercial farms. Atmospheric Environment, Elsevier, vol. 39, pp Kuczyński T., Dammgen U., Webb J., Myczko A Emissions from European agriculture. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands, pp Romaniuk W., Domasiewicz T., Głaszczka A., Łochowski B Komora gnojowa. Patent nr : Data decyzji: Komora gnojowa z kontrolą szczelności. Romaniuk W., Głaszczka A., Biskupska K Analiza rozwiązań instalacji biogazowych dla gospodarstw rodzinnych i farmerskich. Seria: Monografie Inżynieria w rolnictwie, nr 9, Falenty, s.94. Głaszczka A., Wardal W. J. Romaniuk W. Domasiewicz T. 2010, Biogazownie rolnicze. Monografia, Warszawa, ISBN , ss. 75. Chadwick D.R Emissions of ammonia, nitrous oxide and methane from cattle manure heaps: effect of compaction and covering. Atmospheric Environment, Elsevier, vol. 39, issue 4, pp Dalgaard T., Olesen J.E., Misselbrook T., Gourley C., Mathias E., Heldstab J., Baklanov A., Cordovil C., Sutton M Methane and Ammonia Air Pollution. Policy Brief prepared by the UNECE Task Force on Reactive Nitrogen. May Hersener J.L., Megier U., Dinkel F Ammoniakemissionen aus Gülle und deren Minderungsmassnahmen unter besonderer Berücksichtigung der Vergärung. Schlussbericht April 2002, Kanton Luzern. Husted S Seasonal Variation in Methane Emission from Stored Slurry and Solid Manures. Journal of Environmental Quality, Vol. 23 No. 3, p Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 9 listopada 2010 r. w sprawie przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko (Dz.U nr 213, poz. 1397).

36 Dziękuję za uwagę