Biomasa zrównoważona energia a zrównoważone rolnictwo

Biomasa zrównoważona energia a zrównoważone rolnictwo Janusz Gołaszewski Centrum Badań Energii Odnawialnej - Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny w Gdańsku Zespół ds. rozwoju OZE na obszarach wiejskich przy MRiRW

Przesłanki wyjściowe: 1. Rozwój zrównoważony wymaga zrównoważonego rozwoju energetyki i rynku paliw transportowych zwiększenie udziału energii wytworzonej ze źródeł odnawialnych, w tym z konwersji biomasy zwiększenie efektywności energetycznej redukcja emisji gazów cieplarnianych 2. Zrównoważony rozwój energetyki i rynku paliw transportowych wymaga zrównoważonego rozwoju rolnictwa zbalansowanie żywnościowej, przemysłowej i energetycznej funkcji rolnictwa, produkcja z poszanowaniem wymagań środowiskowych agroenergetyka (mikro)wytwarzanie i konsumpcja energii w miejscu powstania kompleksy agroenergetyczne (biogazownie, biorafinerie, )

1. Konsumpcja energii systematycznie się zwiększa 1990 => 2008 Konsumpcja energii pierwotnej [TWh] 102 569 => 143 851 Konsumpcja energii elektrycznej [TWh] 11 821 => 20181 2. Paliwa kopalne są wyczerpywalne Paliwo Średnia światowa (liczba lat) OECD Pozostali dostawcy EU Obszar dawnego ZSRR Zależność UE od importu, % (Eurostat) Ropa naftowa 46 14 88 (OPEC) 9 26 84 Gaz 59 15 84 (non OECD) 14 77 64 Węgiel 118 134 92 (non OECD) 108 452 41 Uran 60 główni eksporterzy Australia, Kazachstan Source: BP Statistical Review of World Energy (2011) on the source of reserves data: Survey of Energy Resources, World Energy Council 2010.

3. Produkcja energii pierwotnej miks energetyczny: świat, UE, Polska, 2009 (%, przeliczone z toe) 100% 90% 80% 13.0 5.8 18.3 9.0 1.0 5.5 70% 60% 50% 40% 30% 33.5 20.9 28.4 12.8 19.9 83.5 Źródła odnawialne Energia nuklearna Ropa naftowa Gaz naturalny Paliwa stałe (węgiel) 20% 10% 26.8 20.4 0% Świat EU-27 Polska Source: IEA (World), EUROSTAT 2011 (EU-27, Poland) 53 32 Energia finalna - import netto

MW Polska przyrost nowych mocy w źródłach OZE lata 2005-2011 wydane świadectwa pochodzenia energii elektrycznej (URE 2010) 3000 2500 2000 1500 1000 500 Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Elektrownie na biomasę Elektrownie na biogaz GWh 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 0.36 GWh e.wodna i wiatrowa 2008 2009 2010 Elektrownie słoneczne (2009-1.4 MWh) Współspalanie biomasy Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Elektrownie biomasowe Elektrownie na biogaz

4. Dynamika produkcji energii pierwotnej w UE-27 w latach 1999-2009 (1999=100, przeliczenie z toe) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Energia odnawialna Energia nuklearna Produkcja energii razem Gaz naturalny Paliwa stałe Ropa naftowa OZE - 2011 ½ nowych mocy energii elektrycznej rosnący udział OZE w energetyce cieplnej i paliwach transportowych Source: Eurostat

5. Produkcja i potencjał energii pierwotnej ze źródeł odnawialnych Stałe odpady komunalne Biopaliwa Biogaz E. wodna 100% 90% 80% 70% 1.2 3.9 6.9 19 1.5 3.4 21 7.8 10.9. UE-27 E. wiatru E. słon. E. geot. 60% 50% 40% 30% 69 94.7 8.6 51.7 Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru Energia wodna Energia z biomasy 20% 10% Drewno Biomasa i odpady 0% UE-27 Polska 2040 Source: European Commission. Renewables make the difference. Luxembourg: Publications Office of the European Union 2011 Source: European Commission. Renewables make the difference. Luxembourg: Publications Office of the European Union 2011, GUS 2010, IEA W 2010 r. 98 krajów miało wdrożone programy rozwoju energetyki OZE 87 stanów/prowincji/krajów realizowało politykę cen gwarantowanych w rozwoju OZE (feed-in tariffs)

6. Dekarbonizacja źródła, perspektywy rozwoju technologii energetycznych IEA 2010 Rozważane są dwa zasadnicze scenariusze dekarbonizacji do 2050 r. koncentracja na: 1. odnawialne źródła energii 2. energetyka jądrowa

Struktura emisji gazów cieplarnianych (GHG) wg sektorów gospodarki (%) Wytwarzanie energii 25.9 Przemysł 19.4 Leśnictwo 17.4 Transport 13.1 Budownictwo, odpady 10.7 Rolnictwo 13.5 produkcja nawozów azotowych 0.8 GHG z produkcji (gł. CH 4 ) z wył. N 2 O gleby 8.4 glebowe N 2 O ze źródeł organicznych 3.8 glebowe N 2 O ze źródeł mineralnych 1.3 Zmiana użytkowania gruntów na rolnicze 12.0 Razem rolnictwo 26 (17-32) Bellarby et al. 2008.

Energia końcowa, EJ/rok 7. Zakładane kluczowe zmiany w strukturze konsumpcji energii do 2050 r. (Wg Ecofys) Źródła odnawialne energia elektryczna Źródła odnawialne energia cieplna i paliwa Paliwa kopalne i energia jądrowa Linia bazowa potrzeb ok. 520 EJ/rok Efektywność energetyczna, elektryfikacja Energia ze źródeł odnawialnych Paliwa kopalne World Wide Fund for Nature. The Energy Report. 100% Renewable Energy by 2050. 2011.

Jaki scenariusz rozwoju OZE dla Polski?

DANIA Od 1980 r. energetyka rozproszona (ok. 50% potencjału energetycznego przeniesiono do lokalnych jednostek wytwórczych) certyfikacja zielonej energii i stałe ceny gwarantowane eksport technologii OZE: turbiny wiatrowe, biogazownie, reaktory termozgazowania, enzymy np. hydrolityczne Buzek J. Forum Ekoenergetyczne, Gdańsk 2007.

InnoNET Koncentracja procesów energetycznych i bioproduktów - w tym lignocelulozowa biorafineria demonstracyjna - Örnsköldsvik, Szwecja

InnoNET

Rozwój lokalnych źródeł wytwórczych energii, implementacja prosumenckości - instalacje mikro, małe i średniej skali zabezpieczające potrzeby lokalne - Budowa autonomicznych regionów energetycznych w oparciu o smart-grids

Instalacja Szepietowo Pilotażowy układ kogeneracyjny z silnikiem spalinowym na syngaz dla zakładów przetwórstwa biomasy. ZAKŁAD PRZETWÓRSTWA BIOMASY W SZEPIETOWIE Źródło. Jan Kiciński Program Strategiczny NCBiR, Zadanie nr 4

Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny dla zakładów przetwórstwa biomasy Instalacja obejmuje: zgazowarkę biomasy, układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go do spalania w silniku spalinowym o wydajności 500 Nm 3 /h, silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5 MW, układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika spalinowego na potrzeby suszenia biomasy. Źródło. Jan Kiciński Program Strategiczny NCBiR, Zadanie nr 4

Instalacja pilotażowa - mikrobiogazownia Bałdy 20 kw Projekt kluczowy nr POIG.01.01.02-00-016/08 Modelowe kompleksy agroenergetyczne jako przykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnych źródłach energii Źródło. Mirosław Krzemieniewski i in. Projekt kluczowy POIG, 2011

Biorafineria -> nowy rynek biopaliw, energii i innych bioproduktów Inżynieria genetyczna Biotechnologia zielona (rolnictwo) i czerwona (medycyna) (rynek produktów spożywczych, paszowych, zdrowie człowieka) Biała biotechnologia chemia przemysłowa (bioprodukty i półprodukty przemysłowe wytwarzane z wykorzystaniem mikroorganizmów lub enzymów) Biorafineria Przejście do biopaliw I do II generacji (lingoceluloza!) PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych

Biorafineria lignocelulozowa: eco-piramida wykorzystania biomasy lignocelulozowej Wysoka wartość Farmaceutyki i kosmetyki Komponenty żywności i paszy Bioplastyki & Biopolimery Integracja źródeł i procesów Chemikalia & Biopaliwa Niska wartość Elektryczność & Ciepło PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych Sanders J. Sustainability and climate protection, the role of bio fuels and biorefineries in Europe. Biomotion. Hannover, 12 November 2009.

Koszty biopaliw w długiej perspektywie Szacuje się, że głównym źródłem redukcji emisji GHG w transporcie będzie zwiększona efektywność potencjał redukcji emisji GHG w transporcie przez biopaliwa do 2050 r może wynosić ok. 2.1 Gt ekw. CO 2 Źródło: Brown A. 2011.

Konkurencyjność technologii biomasowych 1. dziś: produkcja etanolu z trzciny cukrowej (Brazylia), wybrane systemy konwersji odpadów do energii, efektywne kotły biomasowe, układy CHP oparte na biomasie 2. w perspektywie 10-20 lat: biopaliwa lignocelulozowe mające na celu zastępowanie benzyny, diesel, paliwa lotnicze; zaawansowane metody generacji energii elektrycznej z paliw biomasowych (ogniwa, bioogniwa paliwowe), biorafinerie. 3. w perspektywie 30-40 lat: połączenie konwersji biomasy z CCS 4. potencjał trudniejszy do określenia: zaawansowane biomateriały z biomasy, potencjał biomasy wodnej obiecująca perspektywa z ekonomicznego punktu widzenia i możliwości redukcji GHG.

Wyzwania rolnictwo musi zwiększyć areał uprawy roślin energetycznych i ich wydajność Rynek biopaliw a wykorzystanie gruntów rolnych Biodiesel I gen. Bioetanol I gen. biojet biometan biodiesel II gen. Bioetanol II gen. Bioetanol (trzcina cukrowa) Globalna powierzchnia gruntów na cele energetyczne wzrośnie jednak zmniejszy się presja na grunty rolne i ryzyko ILUC (Indirect-Land-Use-Chage) poprzez: zwiększenie produktywności zagospodarowanie pozostałości i odpadów wykorzystanie pastwisk i nieużytkowanych gruntów wykorzystanie biomasy lignocelulozowej kaskada biomasy, biorafinerie strefy i zrównoważone systemy zarządzania wykorzystaniem gruntów IEA 2011

ZESPÓŁ DS. ROZWOJU ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII NA OBSZARACH WIEJSKICH Inicjatywa: Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Polska Akademia Nauk Członkowie Zespołu: Elżbieta Czerwiakowska-Bojko sekretarz Antoni Faber Janusz Gołaszewski - przewodniczący Ryszard Górecki Anna Grzybek Jan Kiciński Jan Popczyk Jan Rączka Tomasz Skrzyczyński Mariusz Stolarski Władysław Włosiński Marek Woszczyk Kazimierz Żmuda wiceprzewodniczący Tematyka prac: rozwój koncepcji Autonomicznego Regionu Energetycznego 50% OZE do 2050 założenia wyjściowe do ustawy o OZE Narodowe Centrum Odnawialnych Źródeł Energii i Ekosystemów

AUTONOMICZNY REGION ENERGETYCZNY Koncepcja dyskutowana i ujęcie w formie dokumentu roboczego Założenia wyjściowe: prof. Jan Popczyk, Politechnika Śląska

AUTONOMICZNY REGION ENERGETYCZNY rozproszone źródła wytwarzania energii w oparciu o zasoby lokalne tworzenie obszarów bezemisyjnych/zero-energetycznych/plus-energetycznych oraz budowanie samowystarczalności energetycznej; horyzont czasowy 2050 jednostka skalowalna gmina wiejska > związek gmin wiejskich > powiat o charakterze rolniczym ogniwo reelektryfikacji polskiej wsi bazuje na lokalnej infrastrukturze energetycznej zarządzanej technologią Smart-Grid-u orientowanie rozwoju w kierunku ekonomii konsumenckiej w założeniu działalność prosumencka

Rynek instalacji OZE dzisiaj instalacje pomostowe 1. Agroenergetyka, w tym biogazownie rolniczo-utylizacyjne 2. Instalacje gospodarki odpadami (oczyszczalnie ścieków, wysypiska śmieci), w tym biogazownie, instalacje spalania, termozgazowania 3. Instalacje generowania energii elektrycznej o elektrycznej mocy przyłączeniowej 1. powyżej 1-2 MW, w tym wielkie elektrownie wodne, wiatrowe i słoneczne 2. od 50 kw do 1-2 MW, w tym biogazownia 3. do 50 kw, w tym instalacje mikrogeneracji rynek dynamicznie rozwijany 4. Instalacje wytwarzania energii cieplnej w różnej skali - kolektory słoneczne, kotły/piece/kominki na biomasę stałą, pompy ciepła 5. Instalacje produkcji biopaliw stałych (zagęszczone) oraz transportowych płynnych i wytwarzania biogazu Technologie rozdane karty Potencjał inwestycyjny OZE Energia wiatrowa PV? Instalacje solarne cieplne Bioetanol (I gen.) Biodiesel (I gen.) : dominacja rynkowa : Chiny : Chiny : Niemcy : Chiny : Brazylia, USA : Niemcy, Brazylia Technologie są - wystarczy dopasować do rynku regulacje prawne wspierające rozwój

Technologie pomostowe zrywajmy najpierw jabłka z niższych partii drzewa wodór ogniwa paliwowe mikroturbiny fotowoltaika etanol lignocelulozowy geotermia piroliza Biodiesel F-T zgazowanie wiatr mikro biogazownie bioetanol I generacja spalanie odpadów biodiesel I generacja ekoeneretyka wielkoskalowa OZE

Rozwój cywilizacyjny, wytwarzanie i konsumpcja energii oraz działalność rolnicza stanowią komplementarną całość zrównoważony rozwój potrzebuje zrównoważonej energii, a zrównoważona energia potrzebuje zrównoważonego rolnictwa Gołaszewski J. Konsens między zrównoważoną energią a zrównoważonym rolnictwem. Wieś Jutra. 2011