Wpływ redukcji emisji CO 2 na sektor biopaliw transportowych mgr. inż. Michał Sikora Wykonano w ramach grantu NCN pt. Wpływ redukcji emisji CO 2 na funkcjonowanie sektorów biopaliw transportowych w Polsce
Kryteria Zrównoważonego Rozwoju (KZR) dla biopaliw produkowanych lub importowanych do UE (załącznik V do Dyrektywy 2009/28/WE 1. Ograniczenie emisji CO 2 jakie musi spełnić każde z produkowanych lub importowanych biopaliw: Nie mniej niż 35% od 01.04.2013 r. dla instalacji uruchomionych przed 23.01.2008 Nie mniej niż 50% od 01.01.2017 r. Nie mniej niż 60% od 01.01.2018 r. dla instalacji uruchomionych po 31.12.2016 2. Biopaliwa nie mogą być wytwarzane z roślin uprawianych na terenach o wysokiej wartości przyrodniczej, terenach chronionego krajobrazu. Celem jest zachowanie wysokiego stopnia bioróżnorodności oraz nienaruszalności tych terenów. KRZ do prawa polskiego zostaną zaimplementowane 1 stycznia 2014 w momencie wejścia w życie nowelizacji Ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych Źródło: Załącznik V do Dyrektywy 2009/28/WE Pańczyszyn T., Praktyczne aspekty nowelizacji ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych w kontekście implementacji Dyrektywy 2009/28/WE, Konferencja Biopaliwa. Jaka przyszłość krajowego łańcucha wytwórczego biokomponentów Centrum EXPO XXI w Warszawie,
Zestawienie rodzajów biopaliw w stosunku do spełnienia progów KZR 2018 2017 2013 Źródło: Dyrektywa 2009/28/WE
Obliczanie emisji GHG dla biopaliw transportowych E = e ec + el e sca + e p e ee e ccs e ccr + e td + e u emisje związane z uprawą gruntów e p emisja z procesów technologicznych: emisje związane z procesami produkcyjnymi Składowe e p dla instalacji produkcji bioetanolu Zdecydowanie dominujący udział we wskaźniku e p dla zakładów produkujących bioetanol mają emisje powstające podczas produkcji ciepła Znaczna oszczędność następuje w wyniku produkcji energii w CHP Do obliczania rzeczywistych poziomów redukcji emisji CO 2 dla biopaliw transportowych KE zatwierdziła dn. 30.05.2013 metodykę BioGrace jako kalkulator zalecany w certyfikacji nieobowiązkowej Źródło: Załącznik V do Dyrektywy 2009/28/WE; DECYZJA WYKONAWCZA KOMISJI z dnia 30 maja 2013 r. w sprawie zatwierdzenia systemu narzędzie do obliczania emisji gazów cieplarnianych Biograce w odniesieniu do wykazania zgodności z kryteriami zrównoważonego rozwoju zgodnie z dyrektywami Parlamentu Europejskiego i Rady 98/70/WE oraz 2009/28/WE (2013/256/UE)
Emisja GHG w procesie produkcji bioetanolu Emisja standardowa dla bioetanolu produkowanego z pszenicy (gaz ziemny CHP jako paliwo technologiczne) Emisja dla benzyny bezołowiowej 83,8 gco 2,eq/MJ Standardowa wartość redukcji emisji dla tego biopaliwa 47% Emisja standardowa dla bioetanolu z pszenicy: emisja standardowa z upraw pszenicy: 23,3 gco 2,eq /MJ emisja standardowa dla procesów technologicznych: 18,9 gco 2,eq /MJ emisja z transportu surowców i półproduktów: 1,9 gco 2,eq /MJ Suma: 44,1 gco 2,eq /MJ Maksymalna emisja dla bioetanolu z pszenicy (gaz ziemny CHP) w 2017 r: 33,9 gco 2,eq /MJ Maksymalna emisja procesów produkcyjnych w roku 2017 r, przy zastosowaniu współczynnika redukcyjnego dla emisyjności nawozów azotowych z upraw oraz standardowych wartości dla transportu i dystrybucji: 12,6 gco 2,eq /MJ Aby spełnić wymagania dyrektywy konieczne jest zastosowanie wartości rzeczywistych w obliczaniu emisji GHG dla biopaliw transportowych!!! Źródło: Obliczenia własne na podstawie danych zamieszczonych w narzędziu BioGrace 4.0 c
Omówienie wskaźnika ILUC (Indirect land use change) Wskaźnik ILUC (Indirect land use change) pośrednia zmiana użytkowania gruntów wynikająca z rozwoju upraw na potrzeby biopaliw, które odnoszą się do niezamierzonych konsekwencji zwiększenia emisji dwutlenku węgla ze względu na zmianę sposobu użytkowania gruntów na całym świecie wywołanych przez ekspansję upraw przeznaczonych do produkcji bioetanolu estrów metylowych kwasów tłuszczowych w odpowiedzi na wzrost globalnego zapotrzebowania na biopaliwa. Dodatkowe naliczenia z racji wskaźnika ILUC (model IFPRI MIRAGE International Food Policy Research Institute; Washington, DC) Wartość naliczenia emisji w ramach ILUC [gco2eq/mj] Pszenica 14 Kukurydza 10 Burak cukrowy 7 Trzcina cukrowa 15 Soja 56 Słonecznik 54 Rzepak 55 Palma 54 Ze względu na fakt, iż większość biopaliw w Polsce wytwarzana jest z surowców pochodzenia krajowego, wskaźnik ILUC nie będzie miał zastosowania w odniesieniu do większości polskich zakładów. Źródło: ITWL, Analiza wypełnienia przez biokomponenty, wytwarzane w istniejących instalacjach i wykorzystywane do wytwarzania paliw ciekłych i biopaliw ciekłych, kryteriów zrównoważonego rozwoju zawartych w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, pod kątem wprowadzania w nich zmian technologicznych lub zastąpienia nowymi, zapewniającymi spełnienie powyższych kryteriów, Warszawa 2012
Proponowane zmiany w KZR dla biopaliw transportowych Rezolucja ustawodawcza Parlamentu Europejskiego z dnia 11.09.2013 r. w sprawie wniosku legislacyjnego KE: Ograniczenie celu ilościowego dla biopaliw I-generacji do 6%, Adaptacja pośredniej zmiany sposobu użytkowania gruntów w kalkulacji emisji gazów cieplarnianych ILUC (poprawa współczynników w Dyrektywie), 2.5 % cel pośredni dla biopaliw zaawansowanych w 2020 r., 0.5 % w 2020 r. bez wielokrotnego naliczania (dodatkowa stymulacja rozwoju biopaliw II generacji) Poczwórne naliczanie biopaliw z alg, bakterii, odnawialnych paliw ciekłych i gazowych pochodzenia niebiologicznego, wykorzystania CO 2 na potrzeby transportu Biodiesel produkowany z olejów posmażalniczych i tłuszczy zwierzęcych nie wliczany do biopaliw zaawansowanych 7,5% cel pośredni dla bioetanolu w benzynach Rewizja metodyki wyliczeń ILUC przez KE do 30.06.2016 r. i ich wprowadzenie do kalkulacji emisji GHG z biopaliw I-generacji od 2020 r.
Obliczenia redukcji emisji CO 2 dla zakładu prowadzącego IIfazową produkcję bioetanolu z pszenicy Wariant Wartość dobowej produkcji [dm 3 ] Ilość zużytego węgla kamiennego do opalania kotła parowego w zakładzie [kg] Ilość zużytego owsa do opalania kotła parowego w zakładzie [kg] Wartość emisji CO 2 na 1 MJ bioetanolu [gco 2 eq/mj] Rzeczywista wartość redukcji emisji CO 2 [%] 1. 2237 2553 2239 101,4 2 2. 2237 2553 2239 101,4 0 Standardowa redukcja emisji CO 2 (zał. V do Dyrektywy 2009/28/WE) 17% Kolor czerwony - wartości wyliczone BEZ zastosowania współczynnika rzeczywistej emisyjności dla nawozów azotowych w Polsce zgodnie z metodyką opracowaną przez IUNG - PIB Źródło: Obliczenia własne na podstawie danych rzeczywistych
Obliczenia redukcji emisji CO 2 dla zakładu prowadzącego I-fazową produkcję bioetanolu z melasy Wariant Wartość dobowej produkcji w zakładzie [dm 3 ] Ilość zużytego gazu ziemnego [m 3 ] Emisje powstające podczas produkcji melasy wykorzystanej do wytworzenia bioetanolu [gco2eq] Emisja CO 2 na 1 Mj bioetanolu [gco 2 eq/mj] Wartość redukcji emisji CO 2 dla biopaliwa obliczona w Biograce [%] melasa jako odpad (brak uwzględnionej emisyjności melasy) melasa jako półprodukt (uwzględniona emisyjność melasy, energia wykorzystana do jej wytworzenia pochodziła jedynie ze spalania gazu ziemnego) melasa jako półprodukt (uwzględniona emisyjność melasy, energia wykorzystana do jej wytworzenia pochodziła jedynie ze spalania węgla kamiennego ) Standardowa redukcja emisji CO 2 (zał. V do Dyrektywy 2009/28/WE) 26400 9400 nie uwzględniono 45,96 45 26400 9400 1339888 48,30 42 26400 9400 2252307 49,90 41 52% Źródło: Obliczenia własne na podstawie danych rzeczywistych Emisyjność produkcji melasy obliczona na podstawie: Informacje bezpośredniej od pracowników WIP SGGW
Zestawienie uzyskanych wyników obliczeń: wpływ zastosowanej metody odwadniania etanolu na wartość stopnia redukcji emisji CO 2 Rodzaj metody odwadniania etanolu Ilość energii przypadająca na odwodnienie [MJ/kg bioetanolu] ilość wyprodukowane go bioetanolu [dm3] Emisja CO 2 na produkcję określonej ilości alkoholu [gco 2 eq/mj] Wartość redukcji emisji CO 2 dla biopaliwa obliczona w Biograce [%] Destylacja azeotropowa 12,39 26400 58,63 34 Destylacja ekstrakcyjna 10,70 26400 54,46 37 Perwaporacja (membrana) 7,25 26400 45,96 45 W zależności od metody odwadniania, możliwa zmiana wartości redukcji emisji CO 2 do ok. 11%!! Źródło: Obliczenia własne na podstawie: Sanchez O. J., Moncada J. A., Cardona C.A., Modeling and Simulation Of Ethanol Dehydration by Pervaporation and Energy Analysis of Separation Schemas for Fuel Ethanol Production, 2008
Wpływ KZR na sektor biopaliw transportowych Wprowadzenie KZR wraz z koniecznością sprawozdawczości dla podmiotów realizujących NCW generuje koszty, które obciążą przemysł biopaliwowy Brak jednoznacznego stanowiska w sprawie stosowania ILUC w Polsce (obecnie brak stosowania) Forsowanie rozwoju biopaliw II generacji ograniczenie produkcji i stosowania biopaliw I generacji Przyjęcie w najbliższym czasie maksymalnego stopnia wykorzystania biopaliw I-generacji na poniżej 5% lub mniej odbije się negatywnie na sektorze biopaliwowym Wiele zakładów wytwórczych realizujących obecnie NCW, a nie spełniających kryteriów redukcji emisji CO 2 na lata 2016-17 zostanie wykluczonych z jego realizacji Konieczność natychmiastowej weryfikacji poziomu redukcji emisji CO 2 dla każdego z zakładów osobno uzyskanie wartości rzeczywistych
Szanse poprawy redukcji emisji CO 2 dla zakładów produkujących bioetanol Zaniechanie produkcji II fazowej, w której półproduktem jest etanol wytwarzany w zakładach o wysokiej energochłonności spełnienie KZR możliwe jedynie przy całkowitej zmianie procesu produkcyjnego Zaniechanie stosowania węgla kamiennego/brunatnego do wytwarzania ciepła w zakładach, na rzecz gazu ziemnego (najlepiej w CHP) Wykonanie optymalizacji procesu produkcyjnego w zakładzie pod kątem energetycznym Wykonanie rzeczywistych kalkulacji emisji GHG Zastosowanie podczas kalkulacji emisji GHG współczynników redukcyjnych dla rzeczywistej emisyjności nawozów azotowych produkowanych w Polsce przez IUNG - PIB
Szanse poprawy redukcji emisji CO 2 dla zakładów produkujących bioetanol Wprowadzenie (o ile możliwe) poprawy agrotechniki,podczas uprawy surowców, zmierzającej do zwiększenia sekwestracji węgla organicznego w glebach zgodnie zaleceniami IUNG-PIB, Bio- Energia (publikacja pt. Sekwestracja węgla organicznego w glebach Polski jako sposób na ograniczenie gazów cieplarnianych w cyklu życia bioetanolu i biodiesla (LCA) ) Ograniczenie transportu surowców wykorzystywanych w procesach produkcyjnych (500 km to zmiana wartości redukcji emisji CO 2 o ok. 3 %) Zmiana metody odwaniania etanolu na charakteryzującą się możliwie najniższą emisyjnością (perwaporacja membranowa) Zmiana stosowanego w produkcji surowca na mniej energochłonny, przykład : melasa buraczana
Dziękuję serdecznie za uwagę mgr. inż. Michał Sikora e-mail: mcsikor16@gmail.com Telefon: 513238846