Biogaz podstawy teoretyczne

BIOGAZ Biogaz podstawy teoretyczne... 2 Biogazownia - jak to działa?... 4 Fermentacja beztlenowa... 4 Środowisko fermentacji... 8 Proces fermentacji parametry... 10 Biogaz... 12 Biogaz, jako paliwo... 13 Substraty dla biogazowni.... 14 Kiszonka kukurydzy... 17 Gnojowica... 18 Odpady poubojowe... 18 Kiszonki traw... 19 Wywar pogorzelniany... 19 Wysłodziny browarniane... 20 Odpady przetwórstwa owocowo- spożywczego... 20 Substancja pofermentacyjna... 20 Lokalizacja i wielkość biogazowni... 22 Ilość substratów... 23 Instalacja biogazowni... 25 Kwestie prawne... 27 Wybór lokalizacji... 27 Wybór technologii... 28 Decyzja środowiskowa... 29 Decyzja lokalizacyjna... 29 Warunki przyłączenia... 30 Projekt budowlany i pozwolenie na budowę... 30 Eksploatacja biogazowni... 31 Biogazownia jako przedsięwzięcie gospodarcze... 31 1

Biogaz podstawy teoretyczne Biogaz jest gazem powstającym w procesie fermentacji metanowej, bez stosowania metod chemicznych i termicznych. Głównym składnikiem biogazu jest metan CH 4. Obecność metanu stwierdzono w gazach powstających w procesie fermentacji odchodów zwierzęcych. Pojęcie biogaz wprowadzono w połowie XX w. dla mieszaniny gazów powstających w fermentacji metanowej odchodów zwierzęcych i odpadów roślinnych. Pomimo tego, iż de facto każdy wie, czym jest biogaz, to brak jest jednoznacznej definicji pojęcia, jak również uszczegółowienia na ew. podgrupy np. biogaz rolniczy. Dla przykładu poniżej zestaw definicji biogazu, które funkcjonują w prawodawstwie polskim: W Ustawie Prawo Energetyczne 1 (dalej: Ustawa PE) ustawodawca w Art. 3 p. 20a uszczegółowił pojęcie biogazu do słów biogaz rolniczy, definiując go, jako paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskanego z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów. Jednocześnie w p. 20 tego samego artykułu do odnawialnego źródła energii zaliczone zostało źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię biogazu pochodzącego ze składowisk odpadów, a także biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczysz-czania ścieków. W Ustawie o biokomponentach i biopaliwach ciekłych 2 w Art. 2 ust. 1 p. 11 lit. d) do biopaliw ciekłych ustawodawca zalicza biogaz, który definiuje jako gaz pozyskany z biomasy. Do dokumentu Polityka energetyczna Polski do roku 2030 3 (dalej: PE 2030) będącego załącznikiem do uchwały nr 202/2009 Rady Ministrów z dnia 10 listopada 2009 r. 4 1 Źródło: http://isap.sejm.gov.pl/detailsservlet?id=wdu19970540348 2 Źródło: http://isap.sejm.gov.pl/detailsservlet?id=wdu20061691199 3 Źródło: http://www.mg.gov.pl/bezpieczenstwo+gospodarcze/energetyka/polityka+energetyczna 4 Źródło: http://www.mg.gov.pl/gospodarka/energetyka/polityka+energetyczna 2

do działań na rzecz rozwoju wykorzystania OZE włączono wdrożenie kierunków budowy biogazowni rolniczych, przy założeniu powstania do roku 2020 średnio jednej biogazowni w każdej gminie. W przypadku województwa lubelskiego daje to liczbę ponad dwustu instalacji, które miałyby/powinny powstać do roku 2020. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego 2009/28/WE 5 (dalej: Dyrektywa 28) w artykule drugim definiuje energię ze źródeł odnawialnych, jako m. in. energię gazu pochodzącego z wysypisk śmieci, oczyszczalni ścieków i ze źródeł biologicznych (biogaz). O ważności zastosowań biogazu w polskiej energetyce, szczególnie wobec zagrożeń środowiskowych, które mogą być powodowane poprzez wielkie instalacje kumulujące celem spalania duże ilości biomasy, przekonuje prognoza oddziaływania na środowisko 6 PE 2030. Rosnąć może również - niedopuszczalna ze względu na walory środowiskowe lasów - presja na leśne zasoby biomasy. Konieczne jest zatem rozważenie kosztów-korzyści środowiskowych wykorzystywania biomasy w procesach współspalania w dużych obiektach energetycznych, które powinny być docelowo wyeliminowane, a co najmniej znacznie ograniczone. Zagrożeń tych można będzie jednak uniknąć, lub znacząco je zredukować, w przypadku stworzenia preferencji dla rozwoju energetyki rozproszonej, wykorzystującej odpadową biomasę roślinną i płynną do wytwarzania biogazu jako źródła energii elektrycznej, a także ciepła wytwarzanego w kogeneracji, głównie na potrzeby lokalne. Nie ulega przy tym wątpliwości, Że lokalne biogazownie, wykorzystujące do produkcji ciepła i prądu w układzie kogeneracji, względnie napędzające tylko generatory elektryczne, mogą zapewnić znacznie większą stabilność dostaw energii, niż inne odnawialne źródła energii, np. energetyka wiatrowa. Pełna realizacja planów w tym zakresie może docelowo zredukować obciążenie sieci systemowej energii elektrycznej na poziomie 15-25 TWh (przy zapotrzebowaniu rzędu 130-160 TWh). Dodatkową korzyścią będzie redukcja emisji metanu towarzysząca działalności rolniczej. Ponadto kreowanie inicjatyw biogazowych w systemie rozproszonym eliminować będzie niskoefektywne indywidualne źródła ciepła, stanowiące dziś jedno z najważniejszych źródeł tzw. niskiej emisji. Nie są to wszystkie pozytywne aspekty 5 Źródło: http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=oj:l:2009:140:0016:0062:pl:pdf 6 Źródło: http://www.mg.gov.pl/galeria/de/prognoza_raport.pdf 3

środowiskowe korzystania z biogazu na cele energetyczne. Rozwój produkcji biogazu powodować będzie natomiast przekształcanie części wytwarzanych w sektorze rolnospożywczym odpadów płynnych (gnojowica, odpady poubojowe itp.) na formy mniej szkodliwe dla środowiska, w tym możliwe do wykorzystania do nawożenia gleby. 7 Dokument ten wskazuje potrzebę kreowania systemu małych, lokalnych biogazowni o mocy poniżej 0,5 MW, których koszt inwestycji oraz eksploatacji były na tyle niski, aby było to przedsięwzięcie opłacalne nie tylko dla dużych inwestorów oraz energetyki zawodowej, ale także dla przedsiębiorstw lokalnych, grup producenckich, czy też poszczególnych indywidualnych rolników (przedsiębiorców rolnych, hodowców itp.). Biogazownia - jak to działa? Proces produkcji w instalacji biogazowej zaczyna się de facto od właściwego przygotowania substratów (w zależności od ich rodzaju inaczej postępuje się z kiszonką kukurydzianą, a inaczej z wywarem gorzelnianym, czy gnojowicą o tym w rozdziale poniżej). Jest to o tyle ważne, gdyż niewłaściwe i niesystematyczne karmienie instalacji spowodować może zahamowanie procesu powstawania biogazu. Odpowiednio przygotowany substrat trafia do części załadowczej systemu, gdzie jest mieszany z innymi substratami oraz wodą (kiszonka do podajnika nasypowego; wywar podlega wcześniej chłodzeniu w specjalnym zbiorniku itp.) Fermentacja beztlenowa Fermentacja jest procesem biochemicznym, w którym mikroorganizmy beztlenowe przekształcając związki organiczne pozyskują energię potrzebną do życia. Produkty ich aktywności są specyficzne dla gatunków i decydują o nazwie rodzaju fermentacji. Wyróżniamy fermentację alkoholową, której produktem są alkohole, fermentację octową prowadzącą do tworzenia kwasu octowego, fermentację mlekową, która generuje 7 Ibid. 4

powstawanie kwasu mlekowego oraz fermentację metanową, która jest procesem tworzenia naturalnego metanu w przyrodzie. Fermentacja metanowa zachodzi w wilgotnych siedliskach bogatych w materię organiczną, pozbawionych dostępu tlenu z powietrza i utrzymujących odpowiednią, stałą temperaturę. Są to m.in. pola ryżowe, torfowiska, dna mórz, wysypiska śmieci, przykryte zbiorniki gnojowicy oraz żwacze przeżuwaczy. W warunkach odpowiednich do ciągłego odtwarzania się populacji bakterii metanotwórczych biogaz może uwalniać się nieprzerwanie, a jego ilość i skład zależy od wielu czynników tworzących zespół warunków środowiska reakcji. Fot. Wizjery zbiornika fermentatora - umożliwiają wizualną kontrolę procesu fermentacji. 8 Poszczególne składniki substratów w różnym stopniu i kolejności podlegają procesowi fermentacji. Najszybciej fermentują węglowodany (zwłaszcza cukry i skrobia), wolniej celuloza. Następnie białka, a najwolniej związki tłuszczowe 9. Węglowodany fermentując tworzą biogaz, w którym stosunek CH 4 i CO 2 wynosi 1:1. Wyższą zawartość metanu dają tłuszcze, a najwyższą białka. W zależności od składu mieszanki substratów, w biogazie mogą występować śladowe ilości innych gazów (np. NH 3, H 2 S). 8 Źródło: materiały własne. 9 W. Podkówka, Uniwersytet Techniczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, 2010 r. 5

Proces fermentacji można podzielić na cztery fazy: Hydroliza (faza hydrolityczna) rozkład nierozpuszczalnych związków organicznych do cząstek rozpuszczalnych (monomery, dimery). Białka rozkładane są do aminokwasów, węglowodany do dwu- i monocukrów, tłuszcze do alkoholi, kwasów tłuszczowych. Bakterie hydrolityczne zdolne do rozkładu złożonych związków organicznych (tj. białka tłuszcze i węglowodany), za pomocą enzymów litycznych trawią substrat na drodze reakcji biochemicznych. Dzięki ich pracy otrzymujemy proste związki organiczne, takie jak aminokwasy, kwasy tłuszczowe i gliceryna oraz cukry, a porcja dodanej biomasy zmienia się w pulpę. Acidogeneza (faza kwasowa) zakwaszanie; produkty hydrolizy przekształcane są do kwasów tłuszczowych krótkołańcuchowych (do C 6 ), alkoholi, aldehydów, CO 2, H 2 i H 2 S. Do drugiej fazy trafia produkcja z fazy I. Tutaj bakterie kwasowe przerabiają aminokwasy, kwasy tłuszczowe i cukry na kwasy organiczne m. in. octowy, propionowy, masłowy oraz pierwsze porcje wodoru i dwutlenku węgla, niewielkie ilości alkoholu i kwasu mlekowego. Produkty tej fazy zmieniają warunki środowiska całej mieszaniny w tym najbardziej odczyn ph, potencjał redukcyjno-oksydacyjny i alkaliczny potencjał buforowy LKT/OWN (potencjał mieszaniny będący wynikiem proporcji zawartości Lotnych Kwasów Tłuszczowych i Ogólnego Węgla Nieorganicznego). Stabilność tej fazy decyduje o stabilności procesu. Acetogeneza (faza octowa) przetwarzanie kwasów tłuszczowych i etanolu do postaci kwasu octowego, CO2 i H2. Przepływ materii przesuwa produkty fazy II do środowiska zasiedlonego przez bakterie octowe, których metabolizm pozwala przekształcić lotne kwasy tłuszczowe w prekursory biogazu tj. kwas octowy, wodór i dwutlenek węgla. Prawidłowe funkcjonowanie tej fazy zależy od stężenia wodoru w środowisku, dlatego szybkie pochłaniane wodoru przez bakterie metanowe zabezpiecza prawidłowy przebieg procesu. Metanogeneza (faza metanowa) produkcja metanu z kwasu octowego (prawie 70%), H2, CO2 i mrówczanów, metanolu. To ostatni etap produkcji, gdzie archebakterie metanogenne tworzą metan i dwutlenek węgla, zużywając kwas octowy i wodór. Bakterie tej fazy są najbardziej wrażliwe na zmiany 6

w środowisku i zakłócenia w poprzednich fazach, dlatego warunki w komorze fermentacyjnej systemu jednofazowego dostosowane są do wymagań tej grupy. Fot. Fermentatory - 2 x 500 kw. 10 Całość substratów podlegająca biodegradacji przekształcana jest na CH 4, CO 2 NH 3 i H 2 S. W całym procesie ważne jest, aby nie nastąpiło zakwaszenie substratów (spadek ph poniżej 7 spowodowany m. in. nagromadzeniem za dużej ilości produktów acidogenezy). Może to powodować zahamowanie rozwoju bakterii, a nawet ich zniszczenie, a co za tym idzie zatrzymanie produkcji biogazu. W celu zapewnienia optymalnych warunków w instalacji, należy zwracać uwagę i mieć cały czas pod kontrolą następujące czynniki procesu: stan bakterii metanowych, temperatura poszczególnych faz procesu, odczyn ph, obecność tlenu i światła (niewskazane), związki mogące powodować zwolnienie/zatrzymanie procesu fermentacji (tzw. inhibitory). 10 Źródło: materiały własne. 7

W prostych technologiach instalacji jednoetapowych wszystkie opisane fazy zachodzą równocześnie w całej przestrzeni jednego fermentatora. Stabilność pracy instalacji zależy od prawidłowego przepływu materii i wahań warunków w mikrośrodowiskach zasiedlonych przez poszczególne grupy bakterii, a wydajność pracy zależy od szybkości rozkładu substratów i tworzenia produktów pomiędzy wszystkimi etapami. Substancja organiczna poddawana procesowi fermentacji metanowej zbudowana jest z wielocząsteczkowych składników: białka, tłuszcze, węglowodany. Działalność bakterii metanogennych powoduje rozkład w/w związków na proste związki chemiczne głównie metan (CH 4 ) i dwutlenek węgla (CO 2 ) oraz śladowe ilości innych gazów. W samym procesie fermentacji około 7% procent energii zawartej w substracie wykorzystywana jest przez bakterie na własne potrzeby 11. Sam proces tworzenie biogazu (patrząc z perspektywy tworzenia się metanu związku, na którym nam najbardziej zależy) jest procesem endogenicznym ok. 90% energii zawartej w substracie, w wyniku przeprowadzenia fermentacji znajduje się w metanie właśnie. Jest to więc proces energetycznie bardziej efektywny niż np. zwykłe spalanie biomasy (brak wytwarzania ciepła). Środowisko fermentacji Woda jest głównym składnikiem środowiska reakcji biochemicznych. Zawartość wody w fermentacji mokrej powinna wynosić ok. 85 92% śm (świeżej masy). Tlen jest gazem niepożądanym w instalacji biogazowej i do prawidłowego funkcjonowania konieczne jest zapewnienie szczelności wszystkich elementów technologicznych, oraz odpowiednie odpowietrzanie porcji dziennego wsadu. Mimo, że część bakterii fazy I i II w fermentacji metanowej może przeżyć w obecności tlenu, jednak bakterie fazy octowej i metanowej są bezwzględnie beztlenowe. Rozruch technologiczny i dochodzenie do maksymalnej wydajność biogazowni trwa tak długo jak szybko, bakterie warunkowo beztlenowe zużyją cały tlen obecny w instalacji i rozpuszczony w mieszaninie fermentacyjnej. Temperatura przebieg i wydajność fermentacji zależy od temperatury mieszaniny fermentacyjnej, a jej zakres określają wymagania temperaturowe bakterii: 11 W. Podkówka, Uniwersytet Techniczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, 2010 r. 8

niskotemperaturowe psychrofilne 12 optimum w zakresie 10 25 o C średniotemperaturowe mezofilne 13 optimum w zakresie 32 38 o C wysokotemperaturowe termofilne 14 optimum w zakresie 52 55 o C Najczęściej stosowana jest fermentacja mezofilowa, lub mieszana termo i mezofilowa z rozdziałem faz. Szczególnie kiedy po higienizacji otrzymujemy substrat o wysokiej temperaturze, lub gorącą wodę procesową, warto wtedy zastosować komorę wstępną z bakteriami termofilnymi. Ze względu na niską wydajność psychrofilne instalacje są nieopłacalne. Odczyn ph ustala się samoistnie w zbilansowanej mieszaninie fermentacyjnej dzięki równowadze zasadowych i kwaśnych produktów reakcji beztlenowych. Jednak równowaga ta jest bardzo niestabilna, a na zmianę wpływa nie tylko każda kolejna porcja substratów, ale również tempo pracy poszczególnych grup bakterii, gdyż: bakterie hydrolityczne i kwasotwórcze są acidofilne optimum w zakresie 4,5 6,3 ph, a produkty ich działalności zakwaszają środowisko reakcji. Mogą przeżyć w bardziej zasadowym ph jednak ich aktywność się obniży. bakterie octowe i metanowe optimum w zakresie 6,8 7,5 ph, nie są w stanie przetrwać szybkiego obniżenia ph, dlatego odczyn mieszaniny fermentacyjnej utrzymuje się w zakresie neutralnym-obojętnym, spowalniając fazę I i II lub stosuje instalacje dwufazowe. Składniki pokarmowe komora fermentacyjna jest hodowlą mikroorganizmów, którą trzeba regularnie dokarmiać. Jakość i prawidłowe zbilansowanie dostarczanego substratu jest podstawą prawidłowego i wydajnego procesu fermentacji. Jednak nie wystarcza odpowiedni zasób białka, tłuszczu 12 Bakterie zimnolubne, liczna grupa bakterii autotroficznych żyjących i rozmnażających się w niskich temperaturach, w zakresie 0 do 25 o C; większość należy do bakterii gramujemnych; żyją w zimnych wodach, pod śniegiem, spotyka się je w żywności konserwowanej w niskiej temperaturze; ich błona komórkowa zawiera liczne nienasycone kwasy tłuszczowe. 13 Bakterie, dla których optymalna temperatura wzrostu i rozwoju mieści się w granicach od 30 C do 40 C. Minimalna temperatura dla tej grupy drobnoustrojów to 10 C, a maksymalna 45 C. 14 Bakterie żyjące w środowiskach o stosunkowo wysokich temperaturach. Kryterium temperatury granicznej jest różnie określane. W najszerszym znaczeniu organizmami termofilnymi nazywane są gatunki wymagające do życia temperatur powyżej 20 C. 9

i węglowodanów. Ważne są również mikroelementy i pierwiastki śladowe, a ten składnik, który wyczerpie się najszybciej limituje aktywność bakterii i spowalnia wydajność fermentacji. Ważnym elementem bilansu składników jest stosunek C:N (węgla do azotu), gdyż w procesie fermentacji azot organiczny z substratu przekształcany jest w azot amonowy, który częściowo wykorzystywany jest do syntezy białka nowo powstających komórek bakterii. Ponadto za dużo węgla, a za mało azotu powoduje obniżenie ilości metanu, w wyniku zakłócenia przemiany węgla. Odwrotnie przy nadmiarze azotu tworzy się amoniak, który już w niewielkich stężeniach hamuje rozwój bakterii. Poziom inhibitorów inhibicja to zjawisko spowolnienia lub całkowitego, odwracalnego lub nieodwracalnego zahamowania procesu. Ogólnie inhibitorem produkcji biogazu mogą być zarówno czynniki fizyczne (tj. przekroczenie zakresu parametrów opisanych powyżej), jak i parametry techniczne komory fermentacyjnej i technologiczne procesu oraz substancje chemiczne dostarczane wraz z substratem lub takie, które powstają jako produkty reakcji na poszczególnych etapach przebiegu procesu fermentacji. Również podawanie substratu w zbyt dużych porcjach, lub za często, może działać hamująco na fermentację. Proces fermentacji parametry Obciążenie suchą masą terminem sucha masa (oznaczenie sm, % świeżej masy) określa się masę pozostałą po odparowaniu wody z próbki świeżej masy. Terminem sucha masa organiczna (oznaczenie smo, % suchej masy) określa się masę pozostałą po wyprażeniu próbki, która powstała w wyniku odparowaniu wody z próbki świeżej masy. Badanie zawartości suchej masy i suchej masy organicznej wykonuje się laboratoryjnie w warunkach określonych Polską Normą (PN): Przyjmuje się, że fermentacja mokra wymaga dostarczania mieszaniny fermentacyjnej o zawartości suchej masy od 8 do 12%, niektóre łatwo pompowalne mieszaniny mogą być obciążone 15% suchej masy. 10

Fermentacja sucha to metoda zgazowywania substratów w postaci niepompowanej o zawartości suchej masy 30% do 45%. Przekroczenie zawartości suchej masy w mieszaninie podawanej do fermentatora znacząco zmienia parametry mieszaniny, a przeciążenie mieszaniny fermentacyjnej suchą masą zakłóca przebieg procesu i może doprowadzić do powstawania kożucha, a przede wszystkim wydłuża czas fermentacji. Obciążenie objętościowe jest to dopuszczalna ilość suchej masy organicznej zawartej w mieszaninie substratów przepływającej przez 1 m 3 11 zbiornika fermentacyjnego w jednostce czasu. Jest to dzienna dawka suchej masy organicznej przypadająca na każdy metr sześcienny czynnej objętości zbiornika. Hydrauliczny czas retencji HRT to parametr określający czas (w dniach), w jakim podawana mieszanina substratów pozostaje w komorze fermentacyjnej. Wartość tę oblicza się dzieląc czynną pojemność komory fermentacyjnej przez dzienną masę mieszaniny substratów dodawaną do komory. Parametr ten może służyć do obliczania teoretycznej objętości czynnej zbiornika fermentacyjnego, przy założeniu optymalnego dla wybranych substratów HRT. Aby zagwarantować pełny rozkład substratu należy dostosować HRT do rodzaju substratów tworzących mieszaninę fermentacyjną. Każdy substrat charakteryzuje się własnym optymalnym czasem aktywności. Im prostsze substancje organiczne i silniejsze rozdrobnienie tym szybszy rozkład i krótsze HRT. Równowaga objętościowa zachowanie właściwych proporcji pomiędzy masą dodawaną i odbieraną w ciągu doby oraz tych proporcji do objętości czynnej komorym fermentacyjnej oraz zawartości suchej masy organicznej. Powinno uwzględniać czas podwojenia ilości kolonii bakterii beztlenowych (ok. 6 do 10 dni). Usuwając porcję zbyt dużą, lub przed podaniem i wmieszaniem świeżej porcji substratów, możnz w krótkim czasie doprowadzić do utraty zbyt dużej liczby kolonii bakterii. Za krótki czas retencji i zbyt duże obciążenie może spowodować zagęszczenie mieszaniny, przeciążenie bakterii i niedofermentowanie mieszaniny. Mieszanie zabezpiecza przed tworzeniem się kożucha. Zapobiega tworzeniu się złogów i sedymentacji mieszaniny na warstwy o różnej gęstości, ułatwia dostęp składników pokarmowych koloniom bakterii i przesuwa produkty reakcji pomiędzy mikrośrodowiskami oraz opadaniu powiększających się, aktywnych kolonii na dno

zbiornika, kiedy biologicznie aktywne składniki mieszaniny unoszą się w warstwie powierzchniowej. Skuteczność mieszania zależy od ilości i umiejscowienia mieszadeł w komorze fermentacyjnej oraz od kształtu mieszadła. Wydajności mieszania nie należy poprawiać poprzez zwiększenie mocy i częstości mieszania, gdyż skupiska aktywne bakterii octowych i metanowych rozrywane na zbyt drobne aglomeraty przestają sprawnie funkcjonować. Skład biogazu proporcja pomiędzy metanem (CH 4 ) i dwutlenkiem węgla (CO 2 ), oraz zanieczyszczeniami, tj. siarkowodór (H 2 S), podtlenek azotu (N 2 O), azot, wodór, tlen. Jest to parametr świadczący o wydajności instalacji i samego procesu fermentacji. Najważniejsza jest procentowa zawartość metanu w pozyskanym biogazie, która w sprawnych instalacjach może wahać się od 45 75%. Biogaz Powstały biogaz poprzez system filtrów (np. węglowe) oczyszczany jest ze zbędnych związków, które mogą negatywnie wpłynąć na instalację silnika, a następnie przesyłany do generatora produkującego energię elektryczną. Dodatkowo, podczas chłodzenia silnika, jak i z jego spalin, odzyskiwane jest ciepło, które również traktowane jest jako energia powstająca w instalacji biogazowej. Nadwyżka biogazu (ponad sprawność silnika) może zostać zmagazynowana w specjalnym zbiorniku, jak również spalona w pochodni, będącej zaworem bezpieczeństwa instalacji. Osad ze zbiornika pofermentacyjnego wykorzystany może być do użyźniania gleby. Należy jednak wcześniej przejść odpowiednie procedury nakładane przez Ustawę o nawozach i nawożeniu 15. Na terenie województwa lubelskiego jednostką badawczą, w której przeprowadzić można niezbędne do tego badania oraz która nadaje niezbędne certyfikaty jest np. Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach 16. 15 Dostęp: http://isap.sejm.gov.pl/download?id=wdu20071471033&type=2 16 http://www.iung.pulawy.pl/ 12

Fot. Filtr węglowy. 17 Biogaz, jako paliwo Biogaz powstały w wyniku fermentacji metanowej składa się z następujących składników: metan (CH4) 45-75 %, dwutlenek węgla (CO2) 25-45 %, woda (H2O) 2-7 %, azot (N2) 2 %, tlen (O2) 1 %, wodór (H2) 1 %, tlenek węgla (CO) 0,5 %, siarkowodór (H2S) 20-200 ppm 18. 17 Źródło: materiały własne. 18 ppm sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych; określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 milion cząsteczek roztworu. 13

Spalając biogaz, z amoniaku tworzą się tlenki azotu (NOx), z siarkowodoru dwutlenek siarki (SO 2 ). Z gazów tych powstawać mogą żrące związki (kwas siarkowy i azotowy), które zakwaszają środowisko, dlatego ważna jest kontrola ich stężenia oraz proces oczyszczania spalin. Siarkowodór działa zaś korozyjnie na silnik podczas procesu spalania. Woda w biogazie występuje pod postacią pary wodnej, która w momencie chłodzenia biogazu skrapla się i osiąga kwaśny odczynnik ph. Sam biogaz (mieszanina wyżej omówionych gazów) jest gazem o ok. 20 % lżejszym od powietrza, a jego temperatura zapłonu wynosi 650-750 C. Przy odpowiednim stężeniu/dostępie powietrza metan zawarty w biogazie powinien spalić się całkowicie. Przyjmuje się, że 1 m 3 metanu potrzebuje 2 m 3 tlenu, aby ulec całkowitemu spaleniu. Z tego wynika, że do spalenia 1 m 3 metanu potrzeba ok. 10 m 3 powietrza. Wartość opałowa czystego metanu wynosi 35,7 MJ/m 3, samego zaś biogazu 16,7-20 MJ/m 3. Do podstawowych możliwości zastosowań biogazu należą: spalanie w kotłach gazowych celem produkcji energii cieplnej, produkcja energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji, zasilenie (po uszlachetnieniu) sieci gazu ziemnego, paliwodo silników spalinowych (produkcja energii mechanicznej). Substraty dla biogazowni. Fot. Kiszonka kukurydzy w silosie przejazdowym. 19 19 Źródło: materiały własne. 14

Biogazownia jest w stanie przetwarzać bardzo zróżnicowane substraty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Podstawowymi grupami substratów są: kiszonki roślin, produkty uboczne przemysłu przetwórczego i przetwórstwa rolno-spożywczego. Rodzaje substratów: monosubstraty - mają zdolność samoczynnego biogazownia, tj. w swoim składzie zawierają odpowiedni bilans składników pokarmowych oraz odpowiednią ilości bakterii metanogennych; kosubstraty - materiały, które wymagają współfermentacji; ich głównym zadaniem jest dociążenie mieszaniny fermentacyjnej suchą masą oraz zwiększenie wydajności procesu; inokulujące - monosubstraty o szczególnych parametrach mikrobiologicznych, m. in. gnojowica krów mlecznych lub osad ściekowy, które są bogate w mikroorganizmy właściwe dla przebiegu wszystkich faz procesu fermentacji. Cechy substratów: rozcieńczające - zawartość suchej masy nie przekracza 8%, a ich funkcją jest rozrzedzenie mieszaniny fermentacyjnej, np. gnojowica, soki owocowe, woda procesowa lub technologiczna, serwatka, mleko itp; zagęszczające - zawartość suchej masy jest wyższa niż 8%. Pozwalają dociążyć rzadkie mieszaniny fermentacyjne zarówno suchą masą, jaki i masą organiczną, np. kiszonki, słoma, pozostałości produkcji rolniczej i przemysłu spożywczego; zwiększające wydajność - substraty dobierane ze względu na szczególne właściwości np. wysoką zawartość białka, tłuszczu lub węglowodanów, które poprawiając uzysk biogazu i zawartość metanu lub redukują inhibitory; stabilizujące - substancje chemiczne, które podawane w stosunkowo niewielkich ilościach pozwalają utrzymać parametry biochemiczne mieszaniny na właściwym poziomie (np.: stabilizują ph, regulują potencjały buforowe i metanotwórcze, obniżają inhibicyjność, obniżają pienistość mieszaniny); inokulujące - obecne są w nich odpowiednie grupy bakterii fermentacji metanowej; nadają się do zaszczepiania mieszanin fermentacyjnych, do zwiększania populacji bakterii w komorze fermentacyjnej, a przede wszystkim do rozruchu technologicznego nowych instalacji; najlepszymi 15

substratami tej kategorii są gnojowice krów mlecznych, bydła, świń, fermentujące osady ściekowe; adhezyjne - o dużej zawartości celulozy, średnio rozdrobnione, które łatwo unoszą się w mieszaninie fermentacyjnej; tworzą unoszące się w strefie aktywnej "platformy", do których aglomeraty bakterii octowych i metanowych mogą przywierać, aby nie opadać na dno zbiornika; bakterie metanowe i octowe nie wykazują pełnej aktywności jeśli nie są przytwierdzone do cząsteczek swobodnie pływających we właściwych strefach fermentacji; łatwo fermentujące - wszystkie te surowce, które w bezpiecznych ilościach nadają się na paszę dla bydła; stosowanie nie powoduje trudności technologicznych, a proces fermentacji jest stabilny i łatwy do sterowania; np.: odchody zwierząt inwentarskich, odpowiednio rozdrobnione pozostałości roślinne produkcji rolniczej i większość pozostałości przemysłu rolnospożywczego; trudno fermentujące i niebezpieczne - II i III kategoria odpadów rzeźnych, obornik kurzy, szczególnie suchy kurzyniec oraz większość odpadów przemysłu rolno-spożywczego; utylizując te substraty w biogazowniach należy zachować zasadę nie więcej niż 6 10 % masy odpadów w stosunku do masy całej mieszaniny fermentacyjnej, chyba że zastosowana technologia gwarantuje stabilność procesu. Fot. Przygotowanie kiszonki w silosie. 20 20 Źródło: materiały własne. 16

Kiszonka kukurydzy Jeden z najbardziej rozpowszechnionych substratów stosowanych w biogazowniach. Szczególnie w Niemczech, które przodują w budowie tego typu instalacji. Tam większość instalacji pracuje na tym substracie, jako podstawowym lub przynajmniej używa go jako kosubstratu. Popularność kiszonki kukurydzy, jako substratu podyktowana jest kilkoma uwarunkowaniami: Kiszonka pochodzi z wielkoobszarowych upraw celowych kukurydzy. Kukurydza posiada wysokie uzyski masy zielonej z hektara i jest stosunkowo prosta w uprawie i zbiorze. Jednocześnie uprawy kukurydzy energetycznej można bez przeszkód nawozić pofermentem uzyskiwanym po procesie biogazowym. Dzięki czemu jednocześnie zagospodarowuje się poferment, co zazwyczaj bywa problemem, oraz dostarczamy dobrego środka nawozowego dla upraw, co zmniejsza koszty uprawy. Z uwagi na to, iż kukurydza jest rośliną jednoroczną, zbiór następuje raz w roku, podczas gdy substrat dla biogazowni jest konieczny przez cały rok. Dlatego w celu umożliwienia przechowywania przez okres całego roku zielonkę zakisza się. Zielonka zbierana z wykorzystaniem sieczkarni posiada już odpowiednie rozdrobnienie i jest magazynowana oraz odpowiednio przygotowywana przez ugniatanie w silosach przejazdowych. Proces zakiszania nie rożni się zasadniczo od zakiszania zielonki na paszę dla zwierząt. Dzięki swojej wysokiej suchej masie (średnio 28% 21 ), suchej masie organicznej (średnio 90% 22 ) kiszonka kukurydzy charakteryzuje się wysokim uzyskiem biogazu. I pomimo tylko ok. 53% 23 zawartości metanu w biogazie wyprodukowanym z tego substratu posiada jeden z wyższych współczynników ilości wyprodukowanej energii elektrycznej z 1 tony substratu. Współczynnik ten osiąga wartość ok. 360 kwh z 1 tony kiszonki 24. 21 Źródło: Biogaz. Produkcja i wykorzystanie; Institut für Energetik und Umwelt ggmbh. 22 Ibid. 23 Ibid. 24 Opracowanie własne. 17

Gnojowica Gnojowica ma bardzo dobry wpływ na stabilizację procesu fermentacji oraz pozwala na rozwadnianie innych substratów, dzięki czemu odprowadza się je do stanu pompowalności oraz uzyskujemy odpowiednią suchą masę w komorach, co pozwala prowadzić proces fermentacji mokrej. Gnojowicę magazynuje się w szczelnych zbiornikach na terenie biogazowni, jednak ich pojemność nie przekracza zazwyczaj tygodniowego zapotrzebowania instalacji. W związku z tym używanie tego substratu wiąże się z koniecznością używania transportu kołowego lub budowy instalacji bezpośrednio przy hodowli. Gnojowica nie ma znacznych wartości energetycznych (uzysk energii elektrycznej z 1 tony ok. 70 kwh 25 ), jednak jest bardzo często stosowana z uwagi na parametry wymienione powyżej. Fot. Pochodnia do spalania nadmiaru biogazu umiejscowiona na kontenerze z układem kogeneracyjnym. Odpady poubojowe Substrat dość korzystny ekonomicznie z uwagi na wysokie uzyski energetyczne nawet do 500 kwh 26 energii elektrycznej z 1 tony, oraz możliwe do uzyskania dodatkowe opłaty 25 Ibid. 26 Ibid. 18

za utylizację. Jednak są substratem dość kłopotliwym technologicznie wymagają wprowadzenia procesu higienizacji oraz specjalnych urządzeń macerujących, co podraża inwestycję. Podobnie jak gnojowica odpady są magazynowane w szczelnych zbiornikach z zapasem najwyżej kilkudniowym. Kiszonki traw Trawy są substratem podobnym w zbiorze i przechowywaniu do kukurydzy. Istnieje możliwość zakiszania tych substratów łącznie. Substrat możliwy do używania na terenach o przeważającym pokryciu terenów rolnych łąkami. Uzyski energetyczne podobne jak w przypadku kukurydzy, jednak znacznie niższe uzyski z hektara. Fot. Zbiornik przy fermentatorze do automatycznego załadunku kiszonki - tzw. system karmienia. Wywar pogorzelniany Na 1 litr wyprodukowanego alkoholu przypada ok. 12 litrów wywaru. Wywar posiada parametry podobne do gnojowicy i w podobny sposób jest przechowywany i podawany. 19

W związku z tym wykorzystanie tego typu susbtaratu jest możliwe jedynie w przypadku położenia jego źródła w niezbyt dużej odległości od lokalizacji inwestycji. Wysłodziny browarniane Stosowanie wysłodzin jest ograniczone z kilku powodów. Wysłodziny są dobra paszą dla zwierząt, w związku z tym jeżeli w okolicy istnieje znaczna liczba hodowli to wysłodziny będą substratem, za który będzie trzeba stosunkowo dużo płacić. Wysłodziny są substratem o pewnej sezonowości, co wiąże się z koniecznością ich magazynowania, najczęściej rękawowania. Są one dość dobre energetycznie, średni uzysk energii elektrycznej z 1 tony 280 kwh 27. Odpady przetwórstwa owocowo- spożywczego Substrat sezonowy, wiąże się z koniecznością magazynowania. Podobnie, jak w przypadku wysłodzin, biogazownia musi konkurować z hodowlami o ten rodzaj substratu. Substrat jest jednak bardzo energetyczny, jedna jego tona pozwala na wyprodukowanie ok. 550 kwh 28 energii elektrycznej. Substancja pofermentacyjna W wyniku przeprowadzenia procesu fermentacji beztlenowej powstaje ciecz pofermentacyjna o zawartości suchej masy średnio 7%. Istnieje kilka sposobów zagospodarowania pofermentu. Najczęściej stosowaną i najtańszą jest nawożenie pól uprawnych. Poferment ma dobre właściwości nawozowe, dzięki wstępnemu rozkładowi biologicznemu podczas fermentacji jest łatwo przyswajalny przez rośliny. Ponadto w wyniku 27 Ibid. 28 Ibid. 20

rozkładu biologicznego substratów podczas fermentacji uciążliwości zapachowe wynikające z nawożenia pofermentem w stosunku do nawożenia nieprzetworzoną gnojowicą są znacznie niższe. Poferment w postaci płynnej transportowany jest na pola z wykorzystaniem specjalnych beczek asenizacyjnych wyposażonych w urządzenie dozujące. Zastosowanie pofermentu z uwagi na koszty transportu i rozlewania musi być lokalne. W celu zmniejszenia ilości wywożonego pofermentu płynnego stosuje się najczęściej separację mechaniczną. Wówczas część stała pofermentu o suchej masie ok. 25% może być transportowana na większe odległości. Zgodnie z ustawą o odpadach poferment biogazowy posiada swoje kody odpadu ex 19 06 05 i ex 19 06 06, dla których przewiduje się odzysk poprzez rozprowadzenie po powierzchni ziemi zgodnie z warunkami odzysku R10. Podstawowe ograniczenia stosowania pofermentu jako nawozu: na obszarach parków narodowych i rezerwatów przyrody, na wewnętrznych terenach ochrony pośredniej stref ochronnych ujęć wody, w pasie gruntu o szerokości 50 m bezpośrednio przylegającego do brzegów jezior i cieków, na terenach zalewowych, czasowo podtopionych i bagiennych, na terenach czasowo zamarzniętych i pokrytych śniegiem, na gruntach o dużej przepuszczalności, stanowiących w szczególności piaski luźne i słabogliniaste oraz piaski gliniaste lekkie, jeżeli poziom wód gruntowych znajduje się na głębokości mniejszej niż 1,5 m poniżej powierzchni gruntu, na gruntach rolnych o spadku przekraczającym 10%, na obszarach zasilania zbiorników wód podziemnych, na terenach objętych pozostałymi formami ochrony przyrody niewymienionymi w pkt 1, jeżeli osady ściekowe zostały wytworzone poza tymi terenami, na terenach położonych w odległości mniejszej niż 100 m od ujęcia wody, domu mieszkalnego lub zakładu produkcji żywności, na gruntach, na których rosną rośliny sadownicze i warzywa, z wyjątkiem drzew owocowych, na gruntach przeznaczonych pod uprawę roślin jagodowych i warzyw, których części jadalne bezpośrednio stykają się z ziemią i są spożywane w stanie surowym - w ciągu 18 miesięcy poprzedzających zbiory i w czasie zbiorów, 21

na gruntach wykorzystywanych na pastwiska i łąki, na gruntach wykorzystywanych do upraw pod osłonami. Istnieją również inne metody zagospodarowywania pofermentu. Są one jednak drogie zarówno w fazie inwestycyjnej, jak i działania instalacji. Wszystkie z nich polegają na separacji, oczyszczaniu powstałej części ciekłej i wprowadzaniu jej do gruntu lub odparowywaniu. Powstała część stała jest koncentratem nawozowym używanym bezpośrednio lub jako domieszka do mieszanek nawozowych. Stosowanie takiej technologii musi być poparte określonymi warunkami, w jakich funkcjonuje dana instalacja, a przede wszystkim brakiem bezpośredniej możliwości zagospodarowania nawozowego w pobliżu lokalizacji. Lokalizacja i wielkość biogazowni Rozpoczynając planowanie inwestycji w biogazowni, należy rozpocząć działania od określenia rodzajów dostępnych substratów, lokalizacji ich źródła, ustalenia ich dostępnej ilości w skali roku (w tym ciągłości dostaw). Lokalizacja głównych substratów lub ew. możliwość/dostęp ich przechowywania jest jednym z trzech głównych czynników determinujących lokalizację samej inwestycji w biogazowni (np. transport substratów o dużej zawartości wody jest nieopłacalny). Należy przy tym zwrócić uwagę na prawne aspekty transportu i przechowywania niektórych substratów (np. higienizator w przypadku odpadów poubojowych). Fot. Zawór bezpieczeństwa fermentatora. 29 29 Źródło: materiały własne. 22

Kolejną funkcją determinującą inwestycję jest możliwość oddania/sprzedaży wyprodukowanej energii (w tym cieplnej). W zależności od mocy wytwórczej źródła elektrycznego, należy podłączyć się do sieci elektroenergetycznej o odpowiednim napięciu. Ważną kwestią jest aby odległość źródła do punktu podłączenia była jak najmniejsza. Dla biogazowni o dużych mocach bardzo ważna jest również zdolność przesyłowa/przepustowość istniejących tzw. GPZ-ów (Głównych Punktów Zasilania), która decyduje o wolne dostępnej mocy źródeł wytwórczych, jakie można podłączyć do sieci na danym obszarze. Ostatnim z głównych czynników wpływających na lokalizację biogazowni jest możliwość zagospodarowania substancji pofermentacyjnej. Zdolność do niskonakładowego usuwania osadu pofermentacyjnego gwarantuje rentowność inwestycji. Dodatkowo w przypadku uzyskania odpowiednich certyfikatów dla osadu, istnieje możliwość zarobkowania na sprzedaży nawozów i polepszaczy właściwości gleby. Ilość substratów Biogazownia o mocy 1 MW jest niewielką inwestycją z punktu widzenia energetyki zawodowej, jednak z punktu widzenia ilości i stałości dostaw substratów staje się dużym przedsięwzięciem wymagającym sporo nakładów pracy ludzkiej oraz sporych wydatków. Sprostanie takim wymaganiom logistycznym jest ponad siły rolników indywidualnych, a nawet producentów rolnych i grup producenckich. Zainteresowani są oni instalacjami mniejszymi poniżej 500 kw, a nawet często poniżej 150 kw. Wielkość produkcji energii w biogazowni wylicza się za pomocą dostępności i jakości substratów, które będą poddawane fermentacji metanowej. Ważnym aspektem jest zawartość suchej masy w mieszance substratów w komorze fermentacyjnej. Za optymalną ilość przyjmuje się zawartość 11-15 % s. m., co wynika z możliwości technicznych mieszania i transportu pneumatycznego. Dla przykładu dla najpopularniejszej mieszanki substratów (gnojowica 7 % s. m. oraz kiszonka z całych roślin kukurydzy 30% s. m.), do każdej tony kiszonki należy dodać ok. 3,7 m 3 gnojowicy (1*0,3=0,3; 3,7*0,07=0,259; 0,3+0,259=0,559:4,7=11,9 %). W ten sposób otrzymamy mieszankę o zawartości 11,9 % suchej masy. Im mniej gnojowicy, 23

tym więcej s. m. Statystyczne gospodarstwo rolne utrzymujące w skali roku 100 DJP 30 produkuje rocznie ok. 2000 m 3 gnojowicy o zawartości 8 % s.m. Do tego należy zabezpieczyć 540 ton kiszonki kukurydzianej. Zakładając straty w produkcji kiszonki na poziomie ok. 7% (odciek soków w procesie kiszenia, straty przy transporcie itp.), można przyjąć, iż należy zabezpieczyć ok. 583,2 tony kukurydzy w okresie zbiorów na kiszonkę. Zakładając średnią wydajność z ha na poziomie ok. 40 t, daje to 15 ha (w zaokrągleniu do pełnego ha) pod uprawę celową na potrzeby biogazowni. Fot. Wnętrze maszynowni biogazowni z silnikami SCANIA 250 kw. 31 Idąc dalej, z ilości 100 DJP oraz 15 ha upraw kukurydzy o wydajności 40 t zielonki można obliczyć zarówno moc instalacji, która byłaby niezbędna do produkcji biogazu, jak i wielkość poszczególnych jej elementów w tym komór fermentacyjnych. Najłatwiej wielkość komory obliczyć jako iloczyn dziennej dawki substratu oraz czas jego fermentowania. Przy 100 DJP i 2000 m 3 gnojowicy dzienna dawka gnojowicy wynosi ok. 5,5 m 3. Do tego co dzień potrzebny jest wsad ok. 1,5 t kiszonki kukurydzianej. Zatem dzienna dawka substratów wyniesie 7 t (przyjmując założenie 1 m 3 = 1 t). 30 Duża Jednostka Przeliczeniowa inwentarza (ang. LU, LSU - Livestock Unit) umowna jednostka określająca liczbę zwierząt w gospodarstwie. W Polsce przyjmuje się, iż 1 DJP oznacza odpowiednik w żywym inwentarzu jednej krowy o masie 500 kg. 31 Źródło: materiały własne. 24

Instalacja biogazowni Typowa instalacja biogazowa (produkująca energię elektryczną i cieplną w kogeneracji) składa się z następujących elementów: Magazyny do składowania (przechowywania i przygotowywania) substratu (w zależności od rodzaju substratu, stosuje się różne formy magazynowania gwarantujące trwałość i jakość substratu np. silosy na kiszonkę, zbiorniki na wywar gorzelniany itp.); System transportu substratów do biogazowni (w przypadku odpadów poubojowych również higienizator); Zbiorniki fermentacyjne (w wersji pojedynczej lub podwójnej fermentator pierwotny i wtórny); Zbiornik na gaz (opcjonalnie, gdyż w niektórych technologiach gaz magazynowany jest w kopułach nad zbiornikami fermentacyjnymi); Zbiornik na substancję pofermentacyjną; Generator do produkcji energii elektrycznej; Pochodnia do spalania nadwyżek biogazu (system bezpieczeństwa); System dystrybucji (utylizacji) osadu pofermentacyjnego. Fot. Układ kogeneracyjny w specjalnym kontenerze wraz z pochodnią bezpieczeństwa. 32 32 Źródło: materiały własne. 25

Dla wyże opisanej mieszaniny 7 t substratów, przy zapewnionych optymalnych warunkach, średni czas pełnego fermentowania wynosi ok. 25 dni. Mnożąc 7 przez 25 wyjdzie 175 m 3 objętości. Do tego należy dodać ok. 15% na gromadzenie się biogazu, co w ostatecznym rozrachunku przyniesie 200 m 3 zbiornika komory fermentacyjnej. Korzystając ze wzoru V= r 2 h (objętość walca) można obliczyć, że może to być przykładowa komora o średnicy 8 m i wysokości 4 m. Potrzebną moc agregatu kogeneracyjnego obliczyć można z ilości biogazu wydzielającego się z substratów załadowanych do fermentatora. Z 1 m 3 gnojowicy uzyskuje się ok. 20 m 3 biogazu (ok. 55 % CH 4 ), a z 1 t kiszonki ok. 200 m 3 biogazu (ok. 55 % CH 4 ). Z wyżej opisanej mieszaniny uzyskuje się 410 m 3 biogazu dziennie o zawartości metanu ok. 55 %. Przyjmując, że z 1 m 3 biogazu o powyższej zawartości metanu uzyskuje się ok. 5,3 kwh energii (elektrycznej i cieplnej), to opisywana instalacja jest w stanie uzyskać ok. 2175 kwh dziennie. Zakładając sprawność układu kogeneracyjnego na poziomie 40%, wyjdzie 870 kwh dobowej produkcji energii. Dzieląc ta liczbę przez 24 otrzymamy potrzebną wielkość silnika w tym przypadku 36,25 kw. Należy więc przyjąć moc agregatu 40 kw. Jednakże do wykonania dokładnych i szczegółowych obliczeń mocy układu, dziennej dawki karmienia instalacji itp., niezbędne są specjalistyczne badania fizykochemiczne substratów oraz produkowanego biogazu i skorelowanie ich z wybraną technologią instalacji produkcyjnej. Opisany powyżej przykład oparty jest na wielkościach, które ze względu na stopień rozdrobnienia gospodarstw rolnych i rodzajów upraw na terenie województwa lubelskiego powinien cieszyć się największym zainteresowaniem zarówno poszczególnych rolników/producentów rolnych, jak i być najbardziej promowany przez wszelkie szczeble władzy. Lubelski rolnik i producent rolno-spożywczy nie jest w stanie samemu udźwignąć logistycznie i finansowo inwestycji nawet na poziomie 500 kw, dlatego też powyższy opis obliczania mocy instalacji i zapotrzebowania na substrat oparty na analizie zdolności wytwórczych rolnictwa lubelskiego obrazuje szanse, przed jakimi stoją zarówno producenci z branży rolnej, jak i władze samorządowe zobligowane do dbania o efektywność i bezpieczeństwo energetyczne na poziomie lokalnym. 26

Kwestie prawne Wybór lokalizacji Wybór lokalizacji jest pierwszym i tak naprawdę najważniejszym etapem całego procesu. Czynniki, na jakie należy na tym etapie zwrócić uwagę, możemy podzielić na dwie grupy: pierwsza to te, bez których realizacja przedsięwzięcia nie będzie możliwa; druga to te, które nie wykluczają możliwości realizacji przedsięwzięcia, ale w znacznym stopniu je ograniczają. Do pierwszej grupy zalicza się: Możliwość pozyskania odpowiedniej działki powinna posiadać odpowiednią wielkość i kształt (nie może być zbyt mała lub zbyt wąska ); nie może znajdować się w bezpośrednim sąsiedztwie zabudowy mieszkaniowej; musi posiadać dobry dojazd drogą utwardzoną. Dostęp do linii średniego napięcia i możliwość uzyskania warunków przyłączeniowych podstawowym produktem, jaki będziemy wytwarzać jest energia elektryczna. W związku z tym musimy zapewnić sobie jej zbyt. Robimy to poprzez podłączenie do ogólnej sieci elektroenergetycznej, więc musimy mieć dostęp do tej sieci. Najlepiej, jeżeli tego typu sieć przebiega przez naszą działkę lub jest w jej najbliższym sąsiedztwie. Muszą istnieć techniczne możliwości przyłączenia źródła o określonej mocy wytwórczej. Możliwość takiego przyłączenia określa lokalny operator. Odpowiedni zasób substratów Możliwość zagospodarowania pofermentu Do grupy drugiej możemy zaliczyć między innymi: Możliwość pozyskania decyzji lokalizacyjnej na danej działce dla inwestycji budowlanej w postaci budowy biogazowni koniecznym jest pozyskanie decyzji lokalizacyjnej. Proces jej uzyskania jest różny w zależności od lokalnych czynników i został opisany poniżej. Jednak dobrze jest rozpatrywać ewentualne trudności w uzyskaniu decyzji lokalizacyjnej na etapie wyboru działki, ponieważ w zależności od indywidualnej lokalnej sytuacji te trudności będą żadne lub bardzo duże. 27

Nastawienie władz lokalnych do tego typu inwestycji Nastawienie społeczności lokalnej do tego typu inwestycji Usytuowanie na tle obszarów chronionych najlepiej, jeżeli działka inwestycyjna leży jak najdalej od wszelkich obszarów chronionych. Oczywiście nie można powiedzieć, że realizacja tego typu przedsięwzięcia nie będzie możliwa na obszarze chronionym, jednak w znacznym stopniu komplikuje to i wydłuża procedurę środowiskową. Przy analizowaniu położenia względem takich obszarów należy wziąć pod uwagę nie tylko samą działkę inwestycyjną, ale i położenie obszarów upraw i wywożenia pofermentu. Możliwość zagospodarowania ciepła nie jest konieczna w każdym przypadku inwestycji biogazowej, jednak podnosi jej efektywność ekonomiczną, a w niektórych przypadkach może przesądzać o jej opłacalności. Waga tego czynnika zwiększyła się, od kiedy istnieje możliwość uzyskania dodatkowych certyfikatów na produkcję energii cieplnej w wysokosprawnej kogeneracji. Wybór technologii Na rynku polskim dostępnych jest kilkadziesiąt różnych technologii wytwarzania biogazu rolniczego. Są to przede wszystkim technologie oparte na doświadczeniu firm niemieckich, które ze względu na nasycenie rynków zachodnich skierowały swoje zainteresowanie na wschód. Istnieje również kilka firm polskich, które próbują wprowadzić na rynek swoje rozwiązania technologiczne. Każda z technologii jest oparta na tym samym procesie, jakim jest fermentacja beztlenowa mokra. Różnią się one od siebie szczegółami technologicznymi, sposobem przygotowania i podawania substratów, wielkością i kształtem komór fermentacyjnych, sposobem mieszania itd. Najważniejszy jest stosunek kosztów inwestycji i eksploatacji do wydajności produkcji i jakości zastosowanych materiałów i urządzeń. Z uwagi na wiele możliwych kombinacji substratów, jakie można zastosować w instalacji biogazowej nie każda z firm posiada doświadczenie w każdym rodzaju substratu. Warto zawsze sprawdzić listy referencyjne i zbadać czy dana firma ma już zrealizowane inwestycje oparte o podobne menu. 28

Decyzja środowiskowa Pierwszy z ważnych dokumentów, jakie należy uzyskać w naszej drodze do realizacji inwestycji biogazowej. Decyzję wydaje wójt gminy (lub prezydent miasta), w której zlokalizujemy inwestycję, po zasięgnięciu opinii Powiatowego Inspektoratu Sanitarnego oraz uzgodnieniu z Regionalną Dyrekcją Ochrony Środowiska. Obecnie, zgodnie rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 9 listopada 2010 r. w sprawie określenia rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko (Dz. U. z 2010 r. Nr 213 poz. 1397), biogazownie rolnicze o zainstalowanej mocy elektrycznej niższej niż 0,5 MW zostały wyjęte z grupy potencjalnie znacząco oddziaływujących na środowisko, jednak instalacje większe, którymi zainteresowanie obecnie jest największe ze względu na ich wyższą rentowność, nadal w niej pozostają. W związku z czym, planując taką inwestycję, musimy się liczyć z koniecznością przejścia pełnej procedury oceny oddziaływania na środowisko. Co prawda zaliczenie biogazowni o mocy ponad 0,5 MW do kategorii potencjalnie znacząco oddziaływujących na środowisko nie oznacza pełnej procedury z automatu, jednak w 90% przypadków obie instytucje opiniujące optują za pełną procedurą, a wójt przychyla się do ich zdania. Przeprowadzenie pełnej procedury wiąże się ze sporządzeniem karty informacyjnej i raportu oddziaływania przedsięwzięcia na środowisko, wspomnianym już uzgodnieniem ze strony RDOŚ i przeprowadzeniem konsultacji społecznych. Czas, jaki zajmuje nam całość tej procedury może być bardzo różny od ok. dwóch miesięcy do nawet znacznie ponad roku. Decyzja lokalizacyjna Najlepszą sytuacją dla inwestora jest posiadanie działki z istniejącym planem zagospodarowania przestrzennego, którego założenia wpisują się w naszą inwestycję. Wówczas całość tego etapu kończy się na otrzymaniu w gminie wyrysu i wypisu z miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego. Niestety obecnie dużo gmin wiejskich, na terenach gdzie najlepiej lokalizować takie przedsięwzięcie, nie ma planu zagospodarowania lub ich zapisy nie pozwolą na budowę biogazowni. Wówczas, jeżeli istnieje plan, który nie przewiduje naszej inwestycji, jedyną możliwością jest jego zmiana. 29

Zmiana jest procedurą bardzo czasochłonną, przeprowadzaną przez gminę i formalnie nie może być rozpoczęta na wniosek inwestora, a jedynie gmina może uwzględnić jego wniosek w momencie rozpoczęcia procedury zmiany planu. W przypadku zmiany planu ważna jest przychylność władz gminnych dla naszego przedsięwzięcia, jednak nawet przy takiej przychylności czas zmiany planu to minimum rok. Jeżeli w gminie nie ma istniejącego planu istnieją dwie drogi uzyskania decyzji lokalizacyjnej. Pierwsza, to ustanowienie planu miejscowego dla naszej działki i tu procedura jest identyczna jak w przypadku zmiany już istniejącego planu. Druga to uzyskanie warunków zabudowy i zagospodarowania terenu. Uzyskanie tych warunków wymaga spełnienia warunków zgodnie z art. 61 ustawy o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym. Zazwyczaj największym problemem jest spełnienie warunku tzw. dobrego sąsiedztwa. Ponadto, jeżeli działka, na której planujemy budowę, posiada status rolny, musimy ją odrolnić. Z uwagi na zmianę przepisów, odralnianie słabych gruntów, (klas VI, V i IVb) stało się znacznie prostsze, jednak w przypadku gleb dobrej jakości, jest to nadal bardzo trudne i wiąże się z bardzo wysokimi opłatami. Warunki przyłączenia Aby otrzymać warunki przyłączenia określające techniczne warunki współpracy biogazowni z siecią elektroenergetyczną, należy złożyć odpowiedni wniosek do lokalnego operatora sieci elektroenergetycznej. Formalne złożenie wniosku, jeśli nie realizuje się inwestycji zgodnej z planem zagospodarowania, możliwe jest dopiero po uzyskaniu decyzji środowiskowej i warunków zabudowy. Projekt budowlany i pozwolenie na budowę Ostatni z etapów przed fizycznym rozpoczęciem inwestycji. Sam projekt budowlany jest wykonany przez osobę posiadającą odpowiednie uprawnienia. Zazwyczaj firma dostarczająca technologię posiada własne biuro projektowe lub stałego partnera w tym względzie. Dobrze jest, kiedy firma zajmująca się wykonaniem projektu budowlanego 30