Mikrobiogazownie rolnicze Autor: dr inż. Alina Kowalczyk-Juśko - Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ( Czysta Energia 1/2014) Brak stabilności prawa, spadek cen świadectw pochodzenia i kolejne zmiany projektu ustawy o OZE wszystko to spowodowało, że inwestorzy zamrozili większość projektów, a uruchamiano jedynie najbardziej zaawansowane inwestycje. Biogazownie funkcjonujące w oparciu o substraty celowe (głównie kiszonkę z kukurydzy), borykające się od początku 2013 r. z problemami finansowymi, zaczęły poszukiwać tańszych surowców odpadowych, takich jak wysłodki z cukrowni, wytłoki z owoców i warzyw czy wycierka ziemniaczana. W pewnym sensie ten zwrot w doborze substratów dla biogazowni to powrót do koncepcji biogazowni rolniczo-utylizacyjnych, a więc takich, których istotną funkcją jest przetwarzanie odpadów i pozostałości z przemysłu rolno-spożywczego. Funkcja ta była wskazywana jako równorzędna z wytwarzaniem energii, jednak większość biogazowni w kraju bazowała dotychczas na celowym substracie, głównie kiszonce z kukurydzy, wykorzystując pozostałości z rolnictwa jako uzupełniające. Równocześnie po raz kolejny uwaga zwracana jest na mikroinstalacje, przeznaczone dla gospodarstw rolnych. Zainteresowanie małymi biogazowniami pojawia się w Polsce wraz z kolejnymi możliwościami dofinansowania. Temat ten był nagłośniony we wrześniu 2011 r., kiedy ogłoszono nabór wniosków w ramach Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich z działania 3.1.1 Różnicowanie w kierunku działalności nierolniczej. Maksymalna kwota wsparcia wyniosła 500 tys. zł i miała stanowić najwyżej 50% całkowitych kosztów inwestycji. Zostało złożonych ponad 170 wniosków, jednak inwestycji tych dotąd nie zrealizowano. Nowe regulacje prawne, zawarte m.in. w małym trójpaku energetycznym, ponownie skierowały zainteresowanie rolników na możliwość produkcji biogazu i energii w obrębie gospodarstwa, przy czym obecnie energia ta ma być wykorzystywana na własny użytek. Wynika to z konstrukcji przepisów dotyczących mikroinstalacji i mechanizmów wsparcia, zaproponowanych przez Ministerstwo Gospodarki we wrześniu ub.r. Uwarunkowania prawne Ustawa z 26 lipca 2013 r. o zmianie ustawy Prawo energetyczne oraz niektórych innych ustaw (DzU z 2013 r. poz. 984) definiuje mikroinstalację jako odnawialne źródło energii o mocy zainstalowanej elektrycznej nie większej niż 40 kw, przyłączone do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kv lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej nie większej niż 120 kw. Z kolei mała instalacja to odnawialne źródło energii o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej większej niż 40 kw i nie większej niż 200 kw, przyłączone do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kv
lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej większej niż 120 kw i nie większej niż 600 kw. Ustawa zwalnia mikroinstalacje z opłaty za przyłączenie do sieci energetycznej. Również koszt instalacji układu zabezpieczającego i układu pomiarowo-rozliczeniowego przeniesiono na operatora systemu dystrybucyjnego elektroenergetycznego, w przypadku gdy podmiot ubiegający się o przyłączenie mikroinstalacji do sieci dystrybucyjnej jest przyłączony do sieci jako odbiorca końcowy, a moc zainstalowana mikroinstalacji jest nie większa niż określona w wydanych warunkach przyłączenia. Ustawa zwalnia z obowiązku prowadzenia działalności gospodarczej polegającej na wytwarzaniu energii elektrycznej w mikroinstalacji, co daje rolnikom możliwość np. pozostania w KRUS. Obowiązek zakupu energii wyprodukowanej w mikroinstalacji spoczywa na sprzedawcy z urzędu, jednak cena tej energii wynosić będzie 80% średniej ceny w roku poprzednim. Rozwiązanie to, zaproponowane w dokumencie pt. Schemat zoptymalizowanych mechanizmów wsparcia dla wytwórców energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii lub biogazu rolniczego, opublikowanym 17 września 2013 r., potwierdzone jest też w nowym projekcie ustawy o odnawialnych źródłach energii. Ustalenie ceny sprzedaży energii z instalacji prosumenckich poniżej średniej ceny rzeczywistej ma spowodować, że będzie ona wykorzystywana głównie na własne potrzeby. Czy będzie to skuteczny mechanizm pokaże przyszłość. Substraty z gospodarstwa Nowe regulacje spowodowały, że przeciętne gospodarstwa rolne, które nie były do tej pory graczami na rynku biogazu, zainteresowały się możliwością produkcji energii z substratów pochodzących z rolnictwa i jego otoczenia. W gospodarstwach rolnych średniej wielkości, zwłaszcza prowadzących specjalistyczną produkcję zwierzęcą, powstaje szereg odpadów i produktów ubocznych, mogących stanowić doskonały substrat do biogazowni (tab. 1). Są to przede wszystkim odchody zwierząt w postaci płynnej (gnojowica, gnojówka) i stałej (obornik, odchody drobiu) czy resztki paszy. Odchody zwierząt znajdują wykorzystanie nawozowe, co nie wyklucza tej możliwości po wcześniejszym pozyskaniu energii w nich zawartej. Tab. 1. Wydajność biogazu z odchodów zwierząt 1 Substrat Zawartość suchej masy (s.m.) [%] Zawartość suchej masy organicznej (s.m.o.) [% s.m.] Teoretyczna wydajność biogazu z 1 kg s.m.o. [dm 3 ] Gnojowica krów 8-11 75-82 200-500 20-30 Gnojowica cieląt 10-13 80-84 220-560 20-25 Gnojowica świń 4-7 75-87 300-700 20-35 Gnojowica owcza 12-16 80-85 180-320 18-30 Obornik krów 20-26 68-78 210-300 40-55 Obornik świń 20-25 75-80 270-450 55-65 Obornik koński 20-40 65-95 280-350 50-60 Pomiot kurzy świeży 30-32 63-80 250-450 70-90 z 1 kg świeżej masy [dm 3 ]
Uzupełnienie substratów z gospodarstwa mogą stanowić pozostałości z różnych działów produkcji roślinnej (liście buraka, łodygi ogórka i pomidora ze szklarni, plewy i niepełnowartościowe ziarno zbóż itp.), a także z przetwórstwa rolno-spożywczego (wysłodki i melasa z cukrowni, serwatka, wywar z gorzelni, młóto z browarów, resztki owoców i warzyw z wytwórni soków czy chłodni tab. 2). Zakłady przetwórcze zlokalizowane możliwie blisko biogazowni pozwalają pozyskać tani, wartościowy substrat przy relatywnie niskim koszcie transportu. Niektóre produkty uboczne mogą być poddane zakiszeniu, a następnie wykorzystywane sukcesywnie nawet przez cały rok. Inne, trudne do zakiszenia, mogą być wykorzystywane w okresie ich dostępności. Tab. 2. Charakterystyka wybranych substratów z przetwórstwa rolno-spożywczego 2 Miejsce produkcji Produkt uboczny Zawartość s.m. [%] Zawartość s.m.o. [% s.m.] Produkcja biogazu [m 3 /kg s.m.o.] Zakłady Wytłoki z jabłek 12,0-40,0 90,0-95,0 0,32 przetwórstwa Resztki ziemniaków 13,0-18,0 90,0-96,5 0,34-0,38 owocowowarzywnego (inne niż jabłek) Wytłoki owocowe 20,0-30,0 90,0-95,0 0,38 Browary Młóto 21,0-23,7 88,0-95,3 0,34-0,45 Drożdże piwne 10,0 91,8 0,45 Gorzelnie, Wywar gorzelniany 8,0 83,0 0,38 winiarnie (żytni) Wywar gorzelniany 6,0 85,0 0,23 (ziemniaczany) Wytłoki 40,0 80,0 0,42 winogronowe Cukrownie Wysłodki 22,0 95,0 0,18 Melasa 80,0 85,0 0,25 Zakłady produkcji Resztki karmy 34,0 92,5 0,31 pasz zwierzęcej Łuski z młyna 84,0 80,0 0,30 Gospodarstwa, które dysponują wystarczającą powierzchnią gruntu, mogą także uzupełniać wsad do biogazowni poprzez produkcję roślinną, zagospodarowując w ten sposób grunty o niskiej produktywności. Warto zwrócić uwagę nie tylko na najczęściej uprawianą na cele biogazowe kukurydzę, ale też na rośliny o małych wymaganiach glebowych, przydatne do obsiewu gruntów marginalnych, takie jak żyto kiszonkowe i sorgo. Te dwa gatunki mogą być uprawiane na jednym polu, gdyż ozime żyto uzyskuje dojrzałość odpowiednią do sporządzenia kiszonki już w czerwcu, a po jego zbiorze możliwy jest siew sorga ciepłolubnej rośliny przypominającej pokrojem kukurydzę. Wiele gospodarstw dysponuje też znaczną powierzchnią trwałych użytków zielonych, często użytkowanych ekstensywnie i zaniedbanych. Biomasa z łąk jest przydatna do zakiszania, a jej wydajność biogazowa jest
zadowalająca (tab. 3). Należy pamiętać, że wydajność biogazu z różnych substratów, podawana w literaturze, ma charakter orientacyjny, gdyż odnosi się do fermentacji monosubstratów i to o określonych parametrach. Jakość i dobór substratów Wsad do komory fermentacyjnej składa się z kosubstratów, pomiędzy którymi mogą występować reakcje o charakterze inhibicji lub aktywacji procesu, dlatego rzeczywista wydajność mieszaniny nigdy nie stanowi sumy ani średniej wydajności poszczególnych monosubstratów. Ponadto skład chemiczny, a co za tym idzie wydajność biogazu każdego substratu biomasowego zależne są od wielu czynników. Dla przykładu skład gnojowicy czy odchodów drobiu w dużym stopniu zależy od żywienia zwierząt, ich wieku, kierunku użytkowania itp. Z kolei na właściwości i wydajność biogazu z substratów roślinnych wpływają gatunek, odmiana, nawożenie, faza rozwojowa, warunki zbioru, stopień rozdrobnienia i jakość kiszonki. Rolnik powinien dbać o to, aby substraty miały jak najlepszą jakość, były starannie rozdrobnione i wymieszane (zhomogenizowane), a także aby do komory fermentacyjnej nie przedostały się substancje biologicznie czynne, np. antybiotyki lub chemiczne środki ochrony roślin, gdyż mogą one zniszczyć bakterie fermentacji metanowej. Tab. 3. Wydajność biogazu z różnych roślin rolniczych 3 Gatunek Plon [t/ha] Wydajność biogazu Wydajność biogazu [m 3 /t świeżej masy] [m 3 /ha] Kiszonka z kukurydzy 50 200 10 000 35 215 7 525 Burak pastewny 80 100 8 000 Trawa łąkowa trzy pokosy 70 95 6 650 Kukurydza CCM 15 450 6 750 Kiszonka z całych roślin 12 500 6 000 zbożowych GPS Ziemniak 40 110 4 400 Ziarno pszenicy 7 600 4 200 Na polskim rynku można znaleźć firmy projektowe, które proponują mikrobiogazownie o tradycyjnej żelbetowej konstrukcji, podobne do średnich i dużych biogazowni, a także kontenerowe, gotowe do postawienia i uruchomienia. Najczęściej w skład mikrobiogazowni wchodzą następujące elementy: punkt przyjęcia substratów stałych i płynnych, zespół pomp mieszających i dozujących substraty, komora fermentacyjna wyposażona w system grzewczy, mieszający i odprowadzający poferment,
zbiornik biogazu, odsiarczalnik, oprzyrządowanie służące do kontroli przebiegu procesu oraz system sterowania, instalacje rur i przewodów, silnik kogeneracyjny, pochodnia spalająca nadmiar biogazu w sytuacji braku jego odbioru. Tak jak dobór substratów jest zależny od ich dostępności w danym gospodarstwie lub jego otoczeniu, tak konstrukcja oraz wyposażenie mikrobiogazowni zależą od już istniejących budynków i budowli w danym gospodarstwie. Często można zaadaptować na potrzeby biogazowni np. zbiornik na gnojowicę, silos czy budynek gospodarczy. Dlatego projektowanie konkretnego obiektu odbywa się indywidualnie dla każdego gospodarstwa. Dodatkową korzyść ekonomiczną dla użytkownika mikrobiogazowni przynosi racjonalne zagospodarowanie ciepła, co stanowi częsty problem w dużych biogazowniach. Mikroinstalacje wkomponowane w funkcjonujące gospodarstwo mogą zimą wykorzystywać ciepło do ogrzania budynków mieszkalnych lub gospodarskich, zaś latem do suszenia płodów rolnych (ziarna zbóż, nasion rzepaku, suszu paszowego). Należy mieć na uwadze, że część wyprodukowanego ciepła będzie zużyta w procesie do ogrzania komory fermentacyjnej. Mikrobiogazownie rolnicze nie budzą jeszcze takiego zainteresowania jak średnie biogazownie o mocy ok. 1 MW, których liczba przekroczyła 40, a budowa kolejnych kilkunastu jest już dość zaawansowana. Tymczasem mikrobiogazownie można policzyć na palcach jednej ręki. Przykłady mikrobiogazowni Najbardziej znana jest instalacja w Studzionce (gmina Pszczyna, woj. śląskie), wybudowana własnym sumptem rolnika. 40-hektarowe gospodarstwo Bibianny i Grzegorza Pojdów prowadzi chów trzody chlewnej i drobiu. Odchody, w ilości 690 t kurzeńca i 320 t gnojowicy rocznie, uzupełnione kiszonką z kukurydzy i traw w ilości ok. 365 t, fermentowane są w poziomej komorze, na którą zaadaptowano cysternę kolejową. Poferment gromadzony jest w betonowej komorze, a stamtąd rozlewany na pola. Silnik kogeneracyjny o mocy 30 kw e i 40 kw t wytwarza prąd na potrzeby własne gospodarstwa i ciepło wykorzystywane do ogrzania budynków mieszkalnych i inwentarskich. Gmina Pszczyna wydaje się być wyjątkowo sprzyjającym miejscem dla mikrobiogazowni, gdyż w Wiśle Małej, w gospodarstwie Janusza Mikołajca, powstała kolejna tego typu instalacja. Inny przykład to mikroinstalacja w Szewni Dolnej (gm. Zamość, woj. lubelskie), gdzie w budynkach gospodarczych Czesława Momota zainstalowano małą komorę fermentacyjną, przetwarzającą odpady powstające w obrębie gospodarstwa. Przed jej powstaniem biogaz spalany był tylko w kotle gazowym. Należy mieć nadzieję, że nowe rozwiązania prawne skłonią właściciela do uzupełnienia instalacji o urządzenia kogeneracyjne i pełne wykorzystanie potencjału tej mikrobiogazowni.
Kontenerowe mikrobiogazownie, zrealizowane m.in. przez Politechnikę Śląską, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy i Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, pełnią obecnie głównie funkcję badawczą. Budowa mikrobiogazowni rolniczych wydaje się być dobrą koncepcją, gdyż najmniejsze instalacje pozwalają na zagospodarowanie biomasy jak najbliżej miejsca jej powstawania, a więc zgodnie z ideą rozwoju energetyki rozproszonej. Biogazownie przestaną być postrzegane jako inwestycje dla bogatych firm, do których biomasę mogą dostarczać tylko najwięksi producenci rolni. Taki obraz biogazowni powoduje, że większość mieszkańców regionu, w którym planuje się jej budowę, nie widzi w niej korzyści dla siebie. Mikrobiogazownie będą instalacjami budowanymi i eksploatowanymi przez indywidualne gospodarstwa lub kilka gospodarstw stowarzyszonych np. w grupę producencką. Źródła 1. Myczko A. (red.): Budowa i eksploatacja biogazowni rolniczych. Poradnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych. Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach. Oddział w Poznaniu. Poznań 2011. 2. Określenie wymagań dla kompostowania i innych metod biologicznego przetwarzania odpadów. Pracownie Badawczo-Projektowe EKOSYSTEM. Zielona Góra 2005. 3. Mystkowski E.: Ma w sobie energię. Agroenergetyka 4(30)/2009.