Biogazownia rolnicza - potencjał ekoenergetyczny polskiej wsi
Jaki jest potencjał energetyczny polskiej wsi, czy będzie odgrywać jakąś rolę w całej transformacji?
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Realny potencjał energetyczny polskiej wsi jest przede wszystkim niedoceniany i gigantyczny. Jeżeli chodzi o odchody zwierzęce plus biomasę uboczną z rolnictwa czyli część produkowanej słomy i bioodpady z przetwórstwa rolno-spożywczego, to mamy prawie 8 miliardów metrów sześciennych biometanu. To jest ogromna ilość, bo to ekwiwalent prawie ponad 28,5 TWh (terawatogodzin) energii elektrycznej, czyli 28,5 milionów MWh.
A jak to odnieść do produkcji prądu, który stanowi przecież znaczący koszt w każdej gałęzi przemysłu?
Jakby ten potencjał przeliczyć na moc elektryczną, to wychodzi prawie 3,5 tysiąca MW mocy – dostępnej non stop. Mam na myśli jako źródło same tylko i wyłącznie odchody zwierzęce, częściowo biomasę uboczną, czyli część słomy i odpady z przetwórstwa rolno-spożywczego - różnego rodzaju wywary, wytłoki. W stosunku do ubiegłorocznej produkcji energii elektrycznej, ten potencjał z biogazu jest to 17% wyprodukowanej ilości energii w Polsce w 2024 roku.
Gdybyśmy jeszcze dodatkowo do potencjału tych 117 milionów ton biomasy ubocznej i bioodpadów, które możemy wykorzystać, dołożyli 25% wsadu roślinnego pochodzącego od kiszonek roślin energetycznych, na przykład kiszonki z sorgo czy z kukurydzy, to mamy dodatkowo prawie 5 miliardów metrów sześciennych biometanu lub też ponad 2100 MW mocy.
Czyli te dodatkowe paliwo do biogazowni jeszcze bardziej zwiększa możliwości wsi do produkcji energii?
Przypominam, że cała Europa Zachodnia w zasadzie korzysta w biogazowniach, biometanowniach przede wszystkim z kiszonek, bo to jest tam podstawowy substrat do produkcji biogazu. Gdybyśmy to wszystko podsumowali, to w przypadku polskiego rolnictwa możemy osiągnąć produkcję 12,5 miliarda metrów sześciennych biometanu, co stanowi ekwiwalent prawie 6 tys. MW mocy, czyli mniej więcej tyle, ile generowałyby dwie elektrownie atomowe, które planuje się wybudować w Polsce.
Tylko że, to już można osiągnąć na podstawie naszych technologii i części, które są produkowane w Polsce, a nie importowane w całości, jak to będzie w przypadku elektrowni atomowej. Potencjał jest więc gigantyczny, a sektor biogazu rolniczego w naszej energetyce to nadal wielki nieobecny.
W dodatku niedługo między innymi rolnicy będą musieli zmierzyć się z problemem rozliczeń za emisję gazów cieplarnianych.
Trzeba tu podkreślić, że gaz ziemny, z którego korzystamy, ma emisyjność 450 g ekwiwalentu CO2 na każdą kilowatogodzinę, za to produkowany biometan z obornika ma emisyjność – 321 g ekwiwalentu CO2.
To oznacza ujemną emisyjność, a uzyskujemy ją dlatego, że po prostu nie mamy tego etapu składowania obornika na polach, podczas którego przez cały czas dochodzi do emisji gazów cieplarnianych, taki jak metan i podtlenek azotu. Metan ma współczynnik wpływu na efekt klimatyczny 28 silniejszy niż CO2, podtlenek azotu 298 razy – i o tyle razy więcej rolnicy będą płacić za emisje w porównaniu do energetyki czy przemysłu ciężkiego, które teraz już płacą za emitowany dwutlenek węgla.
Jak więc można przeciwdziałać nadmiernej emisyjności?
Obornik jest to bardzo dobry materiał energetyczny dla bakterii, które już w ciągu pierwszych godzin składowania zaczynają pracować. Na przykład temperatura obornika, który wywieziono na pryzmę, w ciągu doby może podnieść się nawet o 30oC. Jest to wynik tego, że bakterie rozkładają tę materię organiczną, a efektem jest wydzielenie się energii w formie ciepła. Z kolei powinno to wyglądać tak, że (w przypadku obory na płytkiej ściółce) codziennie rano obornik od razu trafia do kosza zasypowego biogazowni i stamtąd jest porcjami podawany do komory fermentacyjnej. Chodzi bowiem o to, żeby ten rozkład zaszedł, ale w warunkach kontrolowanych wewnątrz instalacji pod szczelną kopułą fermentora gromadzącą biogaz.
Tylko u większości rolników ten obornik trafia na pryzmy
Krowa dziennie jest w stanie wygenerować mniej więcej tyle biogazu, ile ma wyporności czyli typowa sztuka, która waży pół tony może wyprodukować 500 litrów biogazu dziennie. Ale są już dodatki paszowe obniżające te emisje. Natomiast bardzo dużym źródłem emisji gazów cieplarnianych są też stałe odchody zwierzęce, obornik i pomiot.
Warto zauważyć, że w przypadku standardowego składowania obornika i powiększania takiej pryzmy wciąż dostępny jest tlen i to w różnych jego warstwach. Są to duże ilości, co sprzyja bakteryjnemu rozkładowi materii organicznej. Następuje jej rozkład i wydzielanie się dwutlenku węgla, wody oraz energii w formie ciepła, co podnosi temperaturę pryzmy do 30-50oC. Tlen ze środka pryzmy zostaje zużyty, a rozkład materii organicznej przechodzi w proces beztlenowy. Niestety w wyniku takiego rozkładu obornika tworzy się wówczas metan oraz podtlenek azotu czyli silne gazy cieplarniane. Można powiedzieć, że z pryzmy tworzy się taka naturalna biogazownia, skąd wydzielający się przez wiele tygodni metan i podtlenek azotu, ulatniają się do atmosfery.
To można potraktować jako niewykorzystany potencjał do produkcji metanu, który będzie słono kosztować?
W całej Polsce mamy sto kilkadziesiąt milionów ton takiego materiału, który właśnie na etapie składowania wydziela potężne ilości metanu i podtlenku azotu. To są dwa bardzo silne gazy cieplarnianych, za które niestety nasze rolnictwo po prostu będzie musiało zapłacić gdy zostanie wprowadzony system ETS-3.
Z drugiej strony trzeba pamiętać, że prąd z fermentacji obornika ma ujemną emisyjność. Gdybyśmy ten cały składowany obornik przeznaczyli jako substrat do biogazowni, wówczas emisyjność byłaby ujemna i wyprodukowany prąd oraz ciepło byłyby pozbawione tych obciążeń opłat środowiskowych.
To jest jedyny przypadek OZE (Odnawialnych Źródeł Energii), kiedy energia elektryczna i ciepło lub wyprodukowany biometan, mają ujemną emisyjność, a to czyni prąd z biogazowni niezwykle cennym dla przemysłu.
W tym miejscu chciałbym zwrócić uwagę na fakt, że w 2024 roku Polska miała absolutnie „najczarniejszy” prąd w Europie, który miał współczynnik emisyjności aż 727 g CO2-eq/kWh (gramów ekwiwalentu CO2 na każdą kilowatogodzinę), drugie w UE Niemcy już tylko 393 g CO2-eq/kWh, a Francja, która bazuje na elektrowniach atomowych, tylko 45 gramów. Jest więc spora różnica.
Czy poprzez wykorzystanie obornika można zniwelować tą różnice?
Warto podkreślić, że jesteśmy największym producentem obornika w Europie (w Krajach Zachodnich przeważają systemy oparte na gnojowicy), bo z samych tylko krów i świń w 2019 roku otrzymaliśmy 107 milionów ton obornika. Jakby uwzględnić jeszcze inne rodzaje produkcji zwierzęcej, to produkujemy około 120 milionów ton obornika rocznie.
Tymczasem według ostatnich danych przedstawionych przez KOWR za 2024 rok do biogazowni trafiło około 123 tysiące ton. To zaledwie 0,1% czyli 99,9% obornika leży na polu i produkuje metan oraz podtlenek azotu wydzielając je do atmosfery.
Za chwilę wydarzą się dwie rzeczy, które mogą mocno uderzyć (by nie powiedzieć dosadniej) w polskie rolnictwo i w polski eksport produktów spożywczych: mianowicie wprowadzenie systemu ETS-3 (wspólnotowy rynek uprawnień do emisji dwutlenku węgla z rolnictwa) i obowiązek certyfikacji produktów śladem węglowym (od 2028 r.). To oznacza, że po prostu rolnicy będą musieli w tym nowym systemie płacić za emisje gazów cieplarnianych.
Z naszych analiz wynika, że nie ma w tej chwili takiej marży w produkcji zwierzęcej, która pokryłaby ten podatek. Hodowcy będą po prostu musieli poczynić inwestycje zmniejszające emisje albo likwidować stada.
Czy Pana zdaniem rolnicy są świadomi tych wymogów, które będą miały bezpośredni wpływ na ich przychody z produkcji?
Jeśli chodzi o system ETS-3, który dotyczy emisji z rolnictwa, to moim zdaniem jest dramat, ponieważ praktycznie mało kto w ogóle wie, że taki system wejdzie w życie i czego on dotyczy. Mało tego, słyszałem takie słowa, że ten ETS-3 to jest taka: moda na rok czy dwa i to przeminie.
W 2027 roku kiedy wejdzie w życie system ETS-2, to wtedy za każdą tonę węgla spalonego w gospodarstwie będziemy musieli zapłacić podatek. Dla elektrowni lub cementowni obecnie jest to w granicach 75 euro za tonę CO2. Jednak przewiduje się, że do 2030 roku może dojść do 200 euro, a w 2040 czy 2050 to może nawet do 400 euro. Prąd i ciepło z węgla będą wtedy dramatycznie drogie. Natomiast nie wiemy jeszcze, jak będą kształtowały się uprawnienia do emisji CO2 dla rolników w ramach ETS-3.
Prawdopodobnie będą to podobne kwoty rzędu 100 czy 200 euro za tonę ekwiwalentu CO2. Przypominam, że to dotyczy ekwiwalentu CO2, ale w przypadku gospodarstw hodowlanych będziemy płacić za emisje metanu (CH4) i podtlenku azotu (N2O).To bardzo uderzy hodowców po kieszeniach. Przypomnę, że każda tona N2O, która się wydziela, jest z takich odchodów, to będzie 298 razy stawka za CO2. A w przypadku metanu to będzie 28 razy cena ekwiwalentu CO2, lub więcej. Będą to więc wielokrotnie większe kwoty niż w przypadku zwykłej emisji CO2.
Czy rolnik będzie mógł uniknąć tej opłaty za emisję?
Może odstawiać odchody zwierzęce do biogazowni, wówczas ten obornik czy gnojowica będą tam utylizowane, a rolnik nie będzie obciążany za emisję gazów cieplarnianych. Dlatego wiadomo o dziesiątkach inwestycji przygotowywanych pod zachodnie koncerny w Polsce, zwłaszcza w zachodniej części naszego kraju, gdzie po prostu planuje się budowę ogromnych biogazowni rzędu 3-5 MW ekwiwalentu mocy elektrycznej, ale one mają produkować przede wszystkim biometan, który ma być skroplony i wywieziony na zachód Europy, gdzie jest na niego ogromny popyt.
Tylko gdzie tu miejsce dla polskiego rolnika?
No to proszę sobie wyobrazić, jaki to jest układ. Polski rolnik będzie musiał przywieźć za darmo ten obornik nawet 20-30 km do takiej wielkiej biogazowni, którą wybuduje jakiś inwestor lub konkretny koncern zachodni. Będzie produkował biometan mając bezpłatny surowiec, który w dodatku został za darmo dowieziony.
Ale ja tu widzę wielką szansę dla polskiego rolnictwa, bo zamiast budowy paruset wielkich instalacji w skali kraju, do których te odchody zwierzęce trafiałyby z kilkunastu tysięcy gospodarstw, można zaplanować i wybudować biogazownie o mocy 250-500 kW. Wówczas ten strumień obornika zostanie przerobiony na miejscu i przychody z biogazowni czy biometanowni zostaną w kraju.
Dobrym takim przykładem jest biogazownia wybudowana w 2019 roku w naszym uniwersyteckim gospodarstwie doświadczalnym (120 krów mlecznych) w Przybrodzie, czy też jej kopia wybudowana w zeszłym roku w Śniatach, która funkcjonuje przy gospodarstwie 300 krów, prowadzących uprawy na187 hektarach, gdzie głównym wsadem jest obornik. Jej moc to 499 kW. Taka instalacja jeśli jest dobrze prowadzona - jest w stanie przy obecnych stawkach za prąd wygenerować prawie 4 miliony złotych przychodu z tytułu sprzedaży energii.
Gdybyśmy z kolei do takiej biogazowni jeszcze dołożyli czyszczarkę do biogazu tak, żeby produkować biometan i podłączyli się do sieci PSG lub innego operatora gazowego, to wtedy taka biogazownia z ekwiwalentem mocy 0,5 MW, która ten milion metrów sześciennych biometanu zamienia na gaz, przyniosłaby blisko 5,8 miliona złotych przychodu. To oznacza, że mamy energię elektryczną z gwarantowaną na 15 lat, stałą cenę powiększoną o wskaźnik inflacji, a biometan nawet na 20 lat.
Dzięki zainstalowaniu takiej biogazowni gospodarstwo dostaje tzw. kolejną nogę, bo jeśli jest już produkcja zwierzęca i roślinna, to ta trzecia noga staje się właściwie całkowicie niezależne od wahań na rynku skupu. I co najważniejsze, jeżeli gospodarstwo ma własne odchody czyli też własny substrat, to praktycznie odpada największy koszt eksploatacji biogazowni, jakim jest zakup substratów.
Czy zatem trzeba budować jakiekolwiek biogazownie?
Tradycyjna gospodarka obornikiem (składowanie w pryzmach, rozrzucanie go dwa, trzy razy na polu i przeoranie) będzie obciążona dodatkowymi opłatami i rolnicy zajmujący się produkcją zwierząt nie będą w stanie zrekompensować sobie tych opłat poprzez zwiększenie marży na swoje produkty. Dlatego najlepszym rozwiązaniem i najbardziej ekonomicznie dla rolników jest budowa biogazowni. Jeżeli mamy gospodarstwo, które ma 300 krów i więcej, może myśleć już o własnej biogazowni rzędu 250-500 kW. Jeżeli są gospodarstwa mniejsze, można ewentualnie pokusić się o biogazownię w okolicach 100 kW mocy, tylko, że to jest tak naprawdę już ekstremalnie dolna granica opłacalności. Dobrym rozwiązaniem jest połączenie możliwości 2-3 hodowców i wybudowanie jednej większej biogazowni zamiast kilku mikroinstalacji.
Obsługa biogazowni wielkości 1 MW czy 50 kW zajmuje podobną ilość czasu, a w zasadzie stawka za obsługę jest taka sama. Dla biogazowni 1 MW koszt 5 tysięcy złotych miesięcznie, to zaledwie niewielka część przychodu, ale dla biogazowni o mocy 50 kW to już spory wydatek. Ponadto, jeżeli mamy agregat kogeneracyjny o mocy pół megawata, to około 50% zamienia się na energię cieplną, a na energię elektryczną jakieś 40% W przypadku mikroinstalacji agregat ten jest dużo mniejszy i zamiast produkować 40% energii elektrycznej, to będzie wytwarzał jej 26-28%, zaś 60-70% to będzie po prostu produkcja ciepła, które de facto do niczego nie będzie mogła być wykorzystana.
Co zatem czeka polskie rolnictwo w najbliższym czasie, jest może jakaś szansa na transformację?
Gdy wejdą przepisy związane ze śladem węglowym w 2028 roku, to nasz eksport po prostu może się załamać. Będzie trzeba dodatkowo płacić podatek za emisję gazów cieplarnianych i produkty rolne podrożeją W dodatku i tak wszystkich rolników obejmie system ETS-2, czyli każdy, kto pali węglem w gospodarstwie czy zużywa gaz ziemny, będzie ponosił dodatkowe koszty. Zresztą to samo dotyczy wykorzystania ropy i benzyny oraz oleju napędowego.
W Polsce mamy naprawdę świetne krajowe technologie biogazowe i ja nie znam innego działu gospodarki narodowej, gdzie polskie rozwiązania tak dobrze prezentują się na tle zachodnich. Jesteśmy w stanie zbudować i uruchomić rocznie nawet 1000 i więcej biogazowni, co może być wykonane w ciągu najbliższych kilku lat. Gdyby się na przykład udało się przeznaczyć chociażby środki z KPO na inwestycje w ten sektor, to naprawdę udałoby się wybudować nawet kilka tysięcy instalacji poniżej 0,5 MW do roku 2030 i zachować znaczną część produkcji zwierzęcej w Polsce.
