Energia z biogazu

Biogaz może powstawać w procesie fermentacji beztlenowej która jest złożonym procesem biochemicznym.

Substancje organiczne takie jak:

• odpady zwierzęce w biogazowniach rolniczych,
• osady ściekowe na oczyszczalniach ścieków,
• odpady organiczne na komunalnych wysypiskach śmieci.

Rozkładają wilgotną biomasę przy zamkniętym dopływie powietrza w określonym zakresie temperatury na związki proste - głównie metan i dwutlenek węgla.

Możliwości pozyskiwania i wykorzystywania biogazu

W czasie procesu fermentacji beztlenowej w biogaz zamieniane jest do 60% substancji organicznej. Jego głównym składnikiem jest metan (CH₄) - 55-70%, 32-37% CO₂, 0,2-0,4% N₂ oraz 6g/100m3 H₂S przed odsiarczaniem i poniżej 0,01g/100m3 H₂S po wykonaniu tego zabiegu. Tempo rozkładu zależy w głównej mierze od charakterystyki i masy surowca, temperatury oraz optymalnie dobranego czasu trwania procesu. Prawidłowa temperatura fermentacji wynosi 30-35 stopni Celsjusza dla bakterii mezofilnych i 50-60 stopni dla bakterii termofilnych. Na utrzymanie takich temperatur w komorach fermentacyjnych zużywa się od 20-50% uzyskanego biogazu.

Biogaz o dużej zawartości metanu (powyżej 40%) może być wykorzystany do celów użytkowych, głownie do celów energetycznych lub w innych procesach technologicznych. Typowe przykłady wykorzystania obejmują:

• produkcję energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
• produkcję energii cieplnej w przystosowanych kotłach gazowych,
• produkcję energii elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojarzonych,
• dostarczanie gazu wysypiskowego do sieci gazowej,
• wykorzystanie gazu jako paliwa do silników trakcyjnych/pojazdów,
• wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np. w produkcji metanolu.

W lokalnej elektrociepłowni biogaz można przetwarzać na 3 różne sposoby: spalanie biogazu i uzyskanie tylko ciepła, spalanie biogazu w kogeneratorze (prąd elektryczny + ciepło) oraz uzdatnianie biogazu do postaci biometanu. Coraz bardziej powszechne staje się właśnie bezpośrednie wykorzystanie biogazu w istniejącej sieci gazowej, co wymaga uzdatniania pozyskanego biogazu do jakości gazu naturalnego.

Proces przekształcania substancji organicznych w biogaz obejmuje zasadniczo 4 fazy:

• Faza 1: dostarczenie substratu, jego składowanie, kondycjonowanie w zależności od potrzeb oraz umieszczenie w fermentatorze.
• Faza 2: w fermentatorze zachodzi właściwy proces fermentacji (bez dostępu powietrza).
• Faza 3: obejmuje zagospodarowanie gazu i w razie potrzeby jego kondycjonowanie (usunięcie siarki, sprężanie, suszenie, uzdatnianie do postaci biometanu).
• Faza 4: Równolegle do fazy 3 odbywa się składowanie, przetwarzanie i/lub wykorzystanie pozostałości po fermentacji.

Typy biogazowni:

• typowe biogazownie na nawóz naturalny stosowane przy przetwarzaniu odchodów zwierzęcych, które obecnie dominuje wśród technologii związanych z biomasą . Substraty to głównie nawóz naturalny, do którego częściowo dodaje się surowce odnawialne.
• biogazownie na surowce odnawialne, które w przyszłości zyskają na znaczeniu dzięki wykorzystywaniu roślin energetycznych. Poza substratem w postaci surowców odnawialnych stanowiącym większość (kiszonka kukurydziana) w celu stabilizacji procesu częściowo dodaje się nawóz naturalny (np. w ilości 10%).
• biogazownie na odpady poprzemysłowe (np. wytłoki buraczane, wywary)
• biogazownie na odpady poubojowe wymagające procesu pasteryzacji (1h, 70 ° C)

Schemat procesów zachodzących w biogazowni (fermentacja jednostopniowa)

Jak długo zwraca się inwestycja w budowę biogazowni?

Biogazownia na potrzeby rolnictwa jest inwestycją długoterminową . Przed podjęciem decyzji o budowie należy zatem sprawdzić , czy realizacja projektu jest rzeczywiście opłacalna. Rolę odgrywa tutaj nie tylko dostępny kapitał . Należy uwzględnić także dostępność miejsca do budowy biogazowni, pogłowie zwierząt i dostępny areał , a także siłę roboczą .

Budowa biogazowni wymaga spełnienia następujących warunków:

• powierzchnia upraw (ok. 0,3 -1,0 ha/kW)
• kapitał (3.000-5.000 EUR /kW)
• siła robocza (ok. 1 os./dobę /500 kW)
• miejsce do budowy biogazowni (ok. 1 ha/1 MW)

Aspekty ekonomiczne biogazowni są określone przez:

• koszty inwestycji
• rozmiary biogazowni
• dofinansowanie, odsetki, podatki
• koszty biomasy
• wydajność instalacji
• wykorzystanie pozyskanego ciepła

Przychody z eksploatacji biogazowni

Podstawowym składnikiem przychodu z eksploatacji biogazowni jest sprzedaż energii czarnej, wytwarzanej w procesie spalania biogazu. Lokalny operator energetyczny jest prawnie zobowiązany do zakupu energii elektrycznej wytworzonej z odnawialnych źródeł energii, przyłączonych do sieci znajdujących się w obszarze działania operatora, Zakup ten odbywa się po średniej cenie sprzedaży energii elektrycznej w poprzednim roku kalendarzowym określanej przez Towarową Giełdę Energii (podstawa prawna Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dn. 19 grudnia 2005).

Dodatkowym przychodem jest sprzedaż praw majątkowych wynikających ze świadectw pochodzenia od wytwórców zielonej energii. Prawa majątkowe wynikające ze świadectwa pochodzenia są zbywalne i stanowią towar giełdowy. Rejestr świadectw pochodzenia i ich wycenę prowadzi Towarowa Giełda Energii SA. Wytwórcy energii z biogazowni mają możliwość sprzedaży zielonych certyfikatów, będących potwierdzeniem wyprodukowania energii elektrycznej w OZE. Ponadto po nowelizacji ustawy Prawo Energetyczne z dniem 01.03.2010 doszła również możliwość sprzedaży żółtych i czerwonych certyfikatów, będących potwierdzeniem wyprodukowania energii w wysokosprawnej kogeneracji. Ceny tychże certyfikatów podlegają obrotowi na Towarowej Giełdzie Energii.

*Towarowa Giełda Energii - stan za I kw. 2010

Dodatkowe bonusy

Rentowność instalacji biogazowej można poprawić w znaczący sposób poprzez zużycie na potrzeby własne bądź sprzedaż do sieci ciepłowniczej ciepła, które powstaje jako efekt uboczny spalania biogazu. Trzeba jednak pamiętać o konieczności zainwestowania w odpowiednią infrastrukturę przesyłu ciepła oraz znaleźć lokalnych odbiorców, chętnych kupować to ciepło.

Ważne jest również rozeznanie możliwości sprzedaży nawozu pofermentacyjnego do nawożenia gruntów rolnych. Natomiast należy bardzo poważnie przyjrzeć się możliwości uzyskiwania dodatkowych przychodów poprzez przyjmowanie do utylizacji odpadów z przemysłu rolno-spożywczego. Odpady takie nie tylko mogą zwiększyć wydajność produkcji biogazu, ale również mają swoją cenę na rynku za ich utylizację , co w pozytywny sposób wpływa na rentowność funkcjonowania instalacji biogazowej.

Źródła: http://www.ekologika.com, Europejskie Centrum Energii Odnawialnej, REHAU


Przywileje dla wytwórców biogazu

Od kilku lat Polska stara się promować biomasę i biogaz jako ekologiczną alternatywę dla konwencjonalnej energetyki. Te zwykle małe i rozproszone źródła energii mogłyby zaspokajać potrzeby energetyczne gospodarstw rolnych, zakładów i środowisk lokalnych. Zgodnie z programem rządowym Innowacyjna Energetyka ? Rolnictwo Energetyczne do 2020 r. w każdej gminie powinna działać średnio jedna biogazownia wykorzystująca biomasę pochodzenia rolniczego. Biogazownie mają uzyskać większe niż dotychczas wsparcie. Ministerstwo Gospodarki pracuje nad odrębną od ustawy ? Prawo energetyczne ustawą o odnawialnych źródłach energii. Przy tej okazji co jakiś czas pojawiają się nowe pomysły na przemodelowanie obecnego systemu wsparcia OZE, w szczególności likwidacja zielonych certyfikatów i zastąpienie ich stałą ceną za sprzedaż energii ze źródeł odnawialnych, zróżnicowaną w zależności od źródła (różne wartości za energię z wiatru, słońca, wody i biomasy). Wszyscy czekają na pojawienie się oficjalnego projektu ustawy, który byłby przekazany do konsultacji społecznych. Biogaz rolniczy i inwestycje w tym zakresie jednak już od 1 stycznia 2011 r. korzystają z wielu przywilejów wprowadzonych nowelą z 8 stycznia 2010 r. do ustawy z 10 kwietnia 1997 r. ? Prawo energetyczne (dalej ustawa).

Ułatwieniem dla wytwórców biogazu rolniczego jest zwolnienie z obowiązku uzyskania koncesji na wytwarzanie i sprzedaż energii (art. 32 ust. 1 ustawy) wymaganej dla odnawialnych źródeł energii, niezależnie od zainstalowanej mocy. W miejsce koncesji działalność gospodarcza w zakresie wytwarzania energii elektrycznej z biogazu rolniczego oraz wytwarzania biogazu rolniczego w celu wprowadzania go do sieci dystrybucyjnej gazowej wymaga jedynie wpisu do rejestru producentów biogazu prowadzonego przez prezesa Agencji Rynku Rolnego (art. 9p ustawy). Pozostaje więc także działalnością regulowaną, niemniej jednak znacznie mniej sformalizowaną. Wprowadzono pośrednią formę wsparcia biogazowni w postaci świadectw pochodzenia biogazu rolniczego (art. 9o ustawy) wydawanych przez prezesa Urzędu Regulacji Energetyki potwierdzających wytworzenie oraz wprowadzenie do sieci gazowej biogazu rolniczego. Do nowych certyfikatów, funkcjonujących obecnie obok certyfikatów zielonych, czerwonych, żółtych i fioletowych (świadectwa pochodzenia energii z OZE oraz wysokosprawnej kogeneracji), przypisano kolor brązowy. Podlegają one, analogicznie jak wyżej wymienione świadectwa, obrotowi na towarowej giełdzie energii.

W celu zagwarantowania możliwości sprzedaży biogazu nałożono na operatorów systemu dystrybucyjnego gazowego obowiązek zakupu biogazu rolniczego (art. 9c ust. 6a). Operator systemu dystrybucyjnego gazowego w obszarze swojego działania jest zobowiązany do odbioru biogazu rolniczego o parametrach jakościowych określonych w przepisach wykonawczych wytworzonego w instalacjach przyłączonych bezpośrednio do sieci tego operatora. Zadbano również o należytą jakość biogazu, który podlega obrotowi. Na przedsiębiorstwa energetyczne prowadzące biogazownie nałożono bowiem wymóg wykorzystywania surowców wskazanych w definicji biogazu rolniczego, wymóg prowadzenia dokumentacji dotyczącej m.in. ilości i rodzajów surowców wykorzystywanych do wytworzenia biogazu oraz ilości wytworzonego biogazu, a także obowiązek składania prezesowi Agencji Rynku Rolnego kwartalnych sprawozdań (art. 9 ustawy).

Dzięki wprowadzonym i planowanym rozwiązaniom prawnym udział biomasy i biogazowni w rynku OZE ma szanse znacząco wzrosnąć.