Import biomasy M a g a z y n Egzotyczna biomasa zdobywa polski rynek O tym, że biomasa może być paliwem trudnym, wiadomo już od lat w branży zajmującej się jej energetycznym wykorzystaniem. Podobnie import biomasy jest tematem, którego jednoznaczna ocena dostarcza wiele trudności. Od lat postuluje się krajowe, czy wręcz lokalne wykorzystanie biomasy. W teorii. Natomiast praktyka wskazuje, że decydującą rolę odgrywa cena, w dalszej kolejności właściwości paliwa i pewność dostaw. Tutaj nie ma miejsca na sentymenty. dr Rafał Rajczyk Politechnika Częstochowska 9
M a g a z y n Nr 4 (11) 2015 kwiecień 2015 Warto zacząć od krótkiego przypomnienia. Mówiąc o biomasie na jakimś obszarze, należy wyróżnić jej potencjał teoretyczny, techniczny, ekonomiczny, odnawialny i w końcu środowiskowy. Potencjał teoretyczny w naszych rozważaniach możemy spokojnie pominąć. Powód? Bazowanie na teoretycznych możliwościach produkcji biomasy prowadzi do mylących wniosków, jeśli nie uwzględnimy np. faktu, że biomasą oprócz energetyki zainteresowane są również przemysł meblarski czy papierniczy. Również drugi techniczny, czyli określający jaki jest wolumen biomasy, którą przy użyciu dostępnych technik można pozyskać, zmagazynować i przewieźć na miejsce energetycznego pozostawmy na potrzeby sporządzania długoterminowych strategii i prognoz. Potencjał ekonomiczny, wręcz przeciwnie, jest kwestią, która odgrywa decydującą rolę na rynku przy kontraktowaniu dostaw biomasy stałej. Potencjał odnawialny to kwestia tak naprawdę fundamentalna aby wykorzystanie biomasy w energetyce miało sens, aby spełniony był warunek zamkniętego bilansu CO 2 biomasa zużyta do produkcji energii powinna odnowić się w sensownym okresie czasu, zatem absolutnie nie nie powinny mieć miejsca zjawiska typu karczowanie lasów w celu obsadzenia pozyskanego terenu plantacjami roślin energetycznych. I na koniec potencjał środowiskowy, którego definicję w celu lepszego zrozumienia powinno rozszerzyć się, zgodnie z przyjętą przez UE nomenklaturą, jako obejmujący również aspekty zrównoważonego rozwoju. Innymi słowy, czy biomasa pozyskana nawet w sposób odnawialny, procesy jej produkcji, zbioru, transportu itp. nie odbywają się ze szkodą dla środowiska i, co również istotne, dla społeczeństwa? Rozważania na temat dwóch ostatnich, najbardziej dyskusyjnych kwestii są najistotniejsze dla oceny zjawiska importu biomasy. Co płynie i w jakich ilościach? Analizując import biomasy z krajów pozaeuropejskich na cele energetycz- t/rok t/rok 500 000 450 000 400 000 350 000 300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 160 000 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 Rys. 1. Import makuchów i innych pozostałości stałych (także mielonych lub w postaci granulek) pozostałych z ekstrakcji tłuszczów lub olejów, z orzechów palmowych lub ich jąder, w latach 2012-2014. Indonezja Malezja Togo Nigeria Rys. 2. Import makuchów i innych pozostałości stałych (także mielonych lub w postaci granulek) pozostałych z ekstrakcji tłuszczów lub olejów oprócz wymienionych w poz. od 23040000 do 23066000, w latach 2012-2014. Ghana Import biomasy CN 230660 n 2012 n 2013 n 2014, I-II kw. Ekwador Kamerun Hiszpania Belgia Grecja Dania Słowacja Niemcy Tunezja Belgia Maroko Liban WKS Ghana UE Import biomasy CN 230690 n 2012 n 2013 n 2014, I-II kw. Indie Algieria Zdjęcia: PŻM i MMB System 10
Import biomasy M a g a z y n ne, należy zwrócić uwagę na dwa rodzaje biomasy. Pierwsza z nich to makuchy i inne pozostałości stałe, także mielone lub w postaci granulek, pozostałe z ekstrakcji tłuszczów lub olejów, z orzechów palmowych lub ich jąder (kod CN230660) w tej grupie znajduje się np. Palm Kernel Shell (PKS). Drugi rodzaj stanowią makuchy i inne pozostałości stałe, także mielone lub w postaci granulek, pozostałe z ekstrakcji tłuszczów lub olejów oprócz wymienionych w poz. od 23040000 do 23066000 (kod CN230690). W tej grupie znajdują się m.in. wytłoki z oliwek i masłosza. Import makuchów obejmujących PKS wzrastał na przestrzeni lat 2012-2013, jednak biorąc pod uwagę, że przedstawione na rys. 1 dane za rok 2014 obejmują tylko trzy pierwsze kwartały, należy oczekiwać, że również w roku 2014 ich Karol Teliga: Pozyskiwanie biomasy importowanej w wielu przypadkach związane jest z dewastacją gleb i karczowaniem lasów i nie ma nic wspólnego z zasadą zrównoważonego rozwoju. REKLAMA 11
M a g a z y n Nr 4 (11) 2015 kwiecień 2015 import wzrośnie. Największy udział miał import z Indonezji i w mniejszym stopniu z Malezji. Średnie ceny biomasy z tej grupy utrzymywały się przy tym na bardzo zbliżonym poziomie, w roku 2012 129 USD/t, w roku 2013 131 USD/t i w 2014 128 USD/t 1. Z kolei import makuchów, w tym wytłoków z oliwek i masłosza, w latach 2012-2014 miał wyraźną tendencję malejącą, przy czym importowano je przede wszystkim z krajów europejskich. Odnosząc się do pozostałych typów makuchów, warto dodać, że import makuchów, o kodzie celnym CN 230630 w 2014 roku miał miejsce wyłącznie z krajów europejskich i Rosji, natomiast w grupie CN 230650 nastąpił wyłącznie ze Sri Lanki, lecz jego wolumen był pomijalnie mały 1. Bardzo znaczący jest import biomasy w grupie o kodzie celnym CN 140490 (produkty pochodzenia rolniczego gdzie indziej niewymienione, z wyjątkiem sur. mat. roślinnych używanych w farbiarstwie i garbarstwie oraz lintersu bawełnianego), gdzie znajdują się m.in. łupiny słonecznika, jednakże ich import miał miejsce przede wszystkim z Ukrainy (1 028 tys. t) oraz z Rosji (114 tys. t) w okresie trzech pierwszych kwartałów 2014 roku. Tabela 1. Porównanie wybranych własności biomasy stałej. Parametr Jednostka PKS Wytłoki Pelet ze słomy energetyczna Wierzba z oliwek Podstawowe parametry Wartość opałowa MJ/kg 15,5 16,0 16,2 11,0 Wilgoć 10,0 9,00 6,5 43,0 Popiół 3,0 4,30 13,3 2,20 Zawartość siarki 0,02 0,10 0,52 0,08 Zawartość chloru 0,03 0,28 0,11 0,04 Analiza tlenkowa popiołu SiO 2 68,0 24,6 49,9 19,7 Al 2 O 3 9,7 8,4 9,7 3,7 TiO 2 0,3 0,1 0,4 0,2 Fe 2 O 3 3,4 1,4 3,4 2,2 CaO 5,1 14,5 11,2 43,1 MgO 2,2 1,9 3,4 4,1 Na 2 O 0,5 0,5 1,6 0,6 K 2 O 5,0 34,6 4,97 8,6 P 2 O 5 2,5 5,6 12,1 5,9 Fouling index F u - 1,32 62,03 4,02 25,14 Charakterystyczne temperatury popiołu Temperatura spiekania o C 870 900 860 920 Temperatura mięknięcia o C 1000 1190 1115 1230 Temperatura topnienia o C 1330 1235 1230 1400 Temperatura płynięcia o C 1400 1335 1290 1420 Przede wszystkim PKS Z przedstawionych danych wynika, że import biomasy z krajów pozaeuropejskich dotyczy przede wszystkim PKS i nadal rośnie. Jaka może być przyczyna takiego stanu rzeczy? PKS to rozdrobniona pestka owocu olejowca gwinejskiego, zwanego także palmą olejową. Palma pochodzi z Afryki, a uprawiana jest w krajach o klimacie tropikalnym. Owocostan palmy liczy tysiące drobnych owoców, dostarcza tłuszczu określanego jako olej palmowy 2. PKS kwalifikowany jest jako biomasa nieleśna, a sam w sobie stanowi produkt uboczny produkcji oleju. PKS znany jest również jako paliwo o bardzo korzystnych cechach, łączący niskie zawartości chloru i siarki z korzystnym składem chemicznym popiołu. Dodatkowo, paliwo jak na wyrób niepoddany pelletyzacji cechuje się korzystną wartością opałową, na średnim poziomie 15 MJ/kg i jest też dosyć odporne na namakanie. Porównanie PKS z innymi paliwami jeszcze wyraźniej wskazuje jego zalety (tabela 1). Po porównaniu parametrów PKS z innymi biomasami stałymi okazuje się, że paliwo to charakteryzuje się najniższą zawartością siarki, a także chloru. Również skład chemiczny popiołu należy ocenić jako korzystny. Do oszacowania potencjału danego typu biomasy do sprawiania problemów eksploatacyjnych posłużono się jednym z indeksów opisujących zachowanie biomasy w palenisku, w oparciu o znane parametry paliwa Fouling index (F u ). Indeks ten zdefiniowany jest jako stosunek zawartości kluczowych tlenków, obecnych w popiele z biomasy 3. Przedstawione w tabeli 1 wartości indeksu F u potwierdzają korzystne cechy PKS, który to charakteryzuje się najniższą wartością indeksu, spośród zestawionych paliw z biomasy stałej. Na tle zaprezentowanej biomasy PKS prezentuje się korzystnie, z najniższą wartością współczynnika F u, porównywalną do wartości tego współczynnika dla typowych węgli krajowych (0,3 1,25). Również charakterystyczne temperatury popiołu są zadowalające. Można zatem postawić pierwszą tezę import PKS ma miejsce ze względu na korzystne parametry tego paliwa, przy jednocześnie cenie niewiele wyższej bądź porównywalnej do biomasy krajowej. Ze względu na problemy eksploatacyjne ma miejsce obserwowane, przedstawione na rys. 2, zmniejszenie importu wytłoków z oliwek to paliwo charakteryzowało się najwyższą wartością indeksu F u. 12
Import Biomasy M a g a z y n Co ze środowiskiem? Przejdźmy jednak do aspektów środowiskowych całego przedsięwzięcia importu. Transport biomasy na duże odległości bywa przedmiotem krytyki, w szczególności jeżeli chodzi o emisyjne aspekty takiej działalności. Jak wygląda to w rzeczywistości? Aby znaleźć odpowiedź na pytanie posłużono się rzeczywistym przykładem statku o nośności 30 000 DWT, którym biomasa sprowadzana jest z Indonezji do Polski. Najważniejsze zagadnienie dotyczy emisji CO 2 uproszczoną analizę transportu z punktu widzenia emisji tego gazu cieplarnianego przedstawiono w tabeli 2. Obliczenia uwzględniają transport statkiem i dalej za pomocą transportu kolejowego, przyjmując w kraju odległość 800 km, czyli pokrywającą prawie jego terytorium. Wykonane obliczenia prowadzą do ciekawych wniosków całkowita emisja CO 2 z procesów takiego transportu stanowi 5,36 proc. emisji unikniętej dzięki spaleniu transportu biomasy importowanej. Jest to niewielka wartość w stosunku do innych typowych procesów transportu. Przykładowo w procesie samochodowego transportu pelletu ze słonecznika z Ukrainy do elektrowni zlokalizowanej w zachodniej Polsce, emisja CO 2 wynosi 3,6 9,7 proc. emisji unikniętej, w zależności od przyjętego scenariusza 4. Dla danych zestawionych w tabeli 1, wskaźnik emisji z transportu morskiego wyniósł 7,41 g CO 2 /t*mm (emisja ditlenku węgla na tonę ładunku i milę morską). W celu porównania i weryfikacji skorzystano również z narzędzia prezentowanego na stronie www.shippingefficiency.org, która w oparciu o rozbudowany kalkulator emisji CO 2 i bazę danych w zakresie istniejących jednostek pływających, przyporządkowuje dla danego statku klasę emisji gazów cieplarnianych, proponując przy tym klasyfikację znaną np. ze sprzętu AGD, w skali A-G. Dla omawianego przypadku kalkulator wskazał nieco niższą, aczkolwiek porównywalną wartość emisji wynoszącą 6,18 g CO 2 /Mg*Mm. Po przyjęciu takiego wskaźnika emisja związana z transportem morskim byłaby jeszcze niższa, wynosząc 4,12 proc. unikniętej emisji. W świetle zaprezentowanych obliczeń należy zatem odrzucić tezę, jakoby transport morski biomasy stawiał pod znakiem zapytania cały wysiłek związany z ograniczaniem emisji CO 2 dzięki spalaniu lub współspalaniu biomasy w takim scenariuszu logistyki. Bardzo istotne jest, aby nie ograniczać aspektów emisyjnych jedynie do kwestii związanych z gazami cieplarnianymi. Kolejnym istotnym aspektem środowiskowym jest także emisja tlenków siarki z transportu wodnego. Jak można zauważyć, wyniki dla SO 2 są nieco gorsze, wskazując, że transport morski przyczynia się do pogorszenia efektu środowiskowego o około 10 proc.. Wciąż jest to jednak niewiele w stosunku do emisji porównanej do spalania samego węgla. Ponadto, emisji związków siarki ze spalania biomasy nie można rozpatrywać w oderwaniu od rzeczywistości, ale trzeba mieć pełną świadomość złożoności tego zagadnienia, jak chociażby faktu dodawania do biomasy, w niektórych kotłach energetycznych granulowanej siarki. Praktyka ta ma na celu poprawę bilansu siarki w stosunku do chloru w palenisku, dzięki czemu zamiast nisko topliwych chlorków powstają bardziej odporne temperaturowo związki siarki. Nie zmienia to jednak faktu, że zwiększa się w ten sposób emisję tlenków siarki do atmosfery. Zatem teoretycznie zastosowanie PKS jako paliwa może dodatkowo zmniejszyć konieczność dodawania siarki, ze względu na niskie zawartości chloru w tym paliwie (tabela 1). 13
M a g a z y n Nr 4 (11) 2015 kwiecień 2015 Tabela 2. Analiza emisji CO 2 z procesu transportu biomasy importowanej. Masa ładunku biomasy na statku Parametr Odległość Dumai, Indonezja Świnoujście, Polska Zużycie paliwa, przy prędkości 10,5 węzła Zużycie ciężkiego oleju opałowego na całej trasie statku Wskaźnik emisji dla ciężkiego oleju opałowego (HFO) Wartość 30 000 Mg 8 665 Mm 18 Mg/dzień 619 Mg 3,114 Mg CO 2 /Mg HFO z transportu morskiego 1 927,4 Mg CO 2 Odległość transportu kolejowego, na terenie Polski Wskaźnik emisji dla transportu kolejowego, zelektryfikowanego 800 km 15 gco 2 /Mg*km z transportu kolejowego 360 Mg CO 2 Średnia wartość opałowa biomasy importowanej 15 GJ/Mg Energia chemiczna w transporcie biomasy Wskaźnik emisji dla węgla kamiennego Uniknięta emisja CO 2, przy spaleniu ładunku biomasy, w porównaniu do węgla kamiennego (100 proc.) związana z transportem statkiem związana z transportem kolejowym Emisja związana z transportem loco Elektrownia, w stosunku do emisji unikniętej Jak ocenić import biomasy na cele energetyczne? Analiza emisji wskazuje, że transport niweczy ekologiczne efekty spalania importowanej biomasy jedynie w niewielkim stopniu. Zdaniem Roberta Bieńkowskiego z MMB System, który zajmuje się importem PKS, korzystne własności PKS wynikają z cech samej rośliny, niemniej istotny jest również fakt, że uprawy palmy olejowej prowadzone są przede wszystkim na glebach, które nie są nawożone nawozami sztucznymi. Odnosząc się do aspektów środowiskowych podkreśla, że profesjonalni dostawcy zwracają uwagę na zabiegi mające zminimalizować ewentualny negatywny wpływ importowanej biomasy na środowisko. Cały transport PKS jeszcze w ładowni statku jest odkażany za pomocą grzybobójczego gazu. Zupełnie innego zdania jest Mariusz Detko z Wood Energy, dostarczyciel krajowej biomasy. Jak podkreśla, import biomasy nie ułatwia życia polskim plantatorom. Co więcej, import nie daje możliwości powstania żadnych miejsc pracy związanych z wytwarzaniem biomasy. Zdaniem Karola Teligi, prezesa Polskiego Towarzystwa Biomasy POLBIOM, pozyskiwanie biomasy importowanej w wielu przypadkach związane jest z dewastacją gleb i karczowaniem lasów i nie ma nic wspólnego z zasadą zrównoważonego rozwoju. Szacunki wskazują, że potrzeba będzie 700 lat na regenerację uszkodzonych w ten sposób ekosystemów. W sprowadzanej biomasie znajduje się obca fauna, która może okazać się inwazyjna. Jak podkreśla Karol Teliga, elementem, który pogarsza sytuację na polskim rynku biomasy jest brak wizji i spójnej koncepcji pozyskiwania krajowej biomasy. - Od lat postulujemy domknięcie ciągów ekologicznych, poprzez nasadzanie pasów osłonowych dróg, cieków wodnych, połączenie nimi kompleksów leśnych, co umożliwi migrację zwierzynie, wobec ciągle zmniejszających się obszarów naturalnych siedlisk mówi. I dodaje: Pielęgnacja takich ciągów mogłaby być znakomitym źródłem krajowej biomasy, pozyskiwanej w całkowitej harmonii z przyrodą. Szereg błędów popełnianych jest przy produkcji rolniczej. To właśnie zastępowanie nawozów naturalnych sztucznymi powoduje zaburzenie biosekwestracji węgla i jest przyczyną podwyższonych zawartości niektórych pierwiastków w biomasie. Dlaczego sprowadzamy? Sprowadzanie PKS na pewno stymulowane jest jego korzystnymi właściwościami, co wynika z dążenia przez wytwórców energii do zapewnienia jak najwyższej dyspozycyjności bloków opalanych biomasą. Trudno jest zanegować taką motywację, tym bardziej, że problemy eksploatacyjne związane z wykorzystaniem biomasy stałej są bardzo szeroko dyskutowane w gronie energetyków, praktycznie od momentu uruchomienia współspalania w Polsce. Ponadto wolumen importu biomasy pozaeuropejskiej jest pomimo tendencji wzrostowej w dalszym ciągu zdecydowanie mniejszy niż np. biomasy typu agro i leśnej z Ukrainy, Rosji i pozostałych państw wschodnich. Tylko w ubiegłym roku, sprowadzono jej stamtąd ponad 1 mln ton. 450 000 GJ 94,85 kg CO 2 /GJ 42 682 Mg CO 2 4,52 proc. 0,84 proc. 5,36 proc. Tabela 3. Analiza emisji SO 2 z procesu transportu wodnego biomasy importowanej. Parametr Odległość Dumai, Indonezja Kanał Sueski, jako paliwo stosowany HFO Odległość Kanał Sueski Świnoujście, Polska, jako paliwo stosowany IFO Zużycie paliwa, przy prędkości 10,5 węzła Całkowite zużycie HFO na trasie Całkowite zużycie IFO na trasie Zawartość siarki w HFO (maksymalna) Zawartość siarki w IFO (maksymalna) Emisja SO 2 na całej trasie Zawartość siarki w węglu kamiennym, dla celów porównawczych Wartość opałowa węgla kamiennego Zawartość siarki w biomasie importowanej Wartość opałowa biomasy Uniknięta emisja SO 2, przy spaleniu ładunku biomasy, w porównaniu do węgla kamiennego (100 proc.) Emisja SO 2 związana z transportem statkiem, w stosunku do emisji unikniętej Wartość 4 981 Mm 3 774 Mm 18 Mg/dzień 349 Mg 270 Mg 3,5 proc. 1,0 proc. 29,8 Mg 0,8 proc. 23 MJ/kg 0,02 proc. 15 MJ/kg 274 Mg 10,89 proc. 1 Baza danych handlu zagranicznego GUS 2 Kalinowska M., Global Eco Energy, Palm Kernel Shell jako surowiec energetyczny, www.drewno.pl 3 Praca zbiorowa pod red.: Ściążko M., Zuwała J., Sobolewski A., Przewodnik metodyczny Procedury bilansowania i rozliczania energii wytwarzanej w procesach współspalania, Wydawnictwo Towarzystwa Gospodarczego Polskie Elektrownie i Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze Warszawa, 2007 4 Rajczyk R., Srokosz K., Wybrane zagadnienia spalania i współspalania biomasy stałej w energetyce i ciepłownictwie, Paliwa i Energetyka 3, 2013. 14