W Polsce posiadamy duży potencjał substratowy do produkcji biogazu i biometanu, pochodzący nie tylko z sektora rolniczego i przemysłu spożywczego, ale także z odpadów przemysłowych i komunalnych. Dlatego Grupa Kapitałowa PGNiG podejmuje szereg działań w obszarze zielonych paliw gazowych odpowiadających wyzwaniom, przed którymi stoi krajowy rynek gazu w związku z koniecznością dalszej redukcji poziomu emisyjności krajowej gospodarki. Grupa wspiera wytwórców m. in. biometanu tak, aby rynek tego gazu mógł się rozwijać i był możliwie najbardziej przewidywalny. W dłuższej perspektywie jest to jedno z podstawowych paliw alternatywnych dla GK PGNiG.
Przyjęty w grudniu 2019 r. Zielony Ład zakłada szeroko zakrojoną transformację energetyczną, mającą na celu przekształcenie Unii Europejskiej do 2050 r. w pierwszy neutralny klimatycznie kontynent. Kraje członkowskie zobligowały się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do 55% do 2030 r. Powoduje to konieczność sprawnego wdrażania, na szeroką skalę, rozwiązań wykorzystujących odnawialne źródła energii. Jednym z nich jest produkcja biogazu i biometanu w procesie fermentacji metanowej. Produkcja metanu wiąże się z koniecznością przetwarzania biodegradowalnych materiałów, których pozyskanie na cele energetyczne konkuruje z innymi sposobami ich zagospodarowania. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku np. kiszonki z kukurydzy czy gnojowicy, które od lat są zagospodarowywane w rolnictwie w sposób tradycyjny – kolejno paszowy i nawozowy. Konsekwencją takich zależności jest coraz częstsze sięganie po substraty odpadowe, których wykorzystanie w procesie fermentacji metanowej wpisuje się w „Strategię redukcji emisji metanu”, przedstawioną przez Komisję Europejską 14 października 2020 r. Komisja wskazała właśnie na produkcję biogazu i biometanu, jako na jeden ze sposobów rozwiązania problemu niekontrolowanej emisji metanu w sektorach rolnym i odpadowym.
Strategia ta wpisuje się w długookresowe plany PGNiG. Prace badawcze nad produkcją biometanu z bioodpadów, pozwalają na zdobycie know-how z zakresu wykorzystania zbieranej selektywnie biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych, a także na opracowanie formuły wielkoskalowych inwestycji związanych z produkcją między innymi bioCNG, czyli skompresowanego gazu wysokometanowego. Jest to zwłaszcza istotne pod względem rosnącego zapotrzebowania na sprężony gaz w transporcie, który w coraz większym zakresie będzie napędzany zielonymi paliwami. Rezultaty projektu wpłyną także na dywersyfikację portfela produktów na poziomie całej Grupy Kapitałowej PGNiG
Rozwiązanie, nad którym pracują specjaliści z Polskiego Górnictwa Naftowego i Gazownictwa oraz naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, oparte jest o założenia gospodarki obiegu zamkniętego. Ma umożliwić konkurencyjną i skuteczną utylizację biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych w oparciu o technologię fermentacji beztlenowej i produkcję gazu fermentacyjnego, którego wskaźniki jakości będą pozwalały na dostosowanie go do standardów technicznych biometanu, a następnie sprężania go do standardów odnawialnej alternatywy dla CNG, czyli bioCNG. Zaprojektowana technologia zostanie sprawdzona w warunkach rzeczywistych, a następnie poddana pełnej komercjalizacji.
Jednym z materiałów odpadowych możliwych do zagospodarowania w technologii fermentacji metanowej są właśnie selektywnie zbierane bioodpady. Jest to materiał, którego selektywna zbiórka zgodnie z zapisami Rozporządzenia Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 10 maja 2021 r. w sprawie sposobu selektywnego zbierania wybranych frakcji odpadów jest obligatoryjna. Ustawa o odpadach z dnia 14 grudnia 2012 r. definiuje bioodpady, jako ulegające biodegradacji odpady z ogrodów i parków, odpady żywności i kuchenne z gospodarstw domowych, gastronomii, w tym restauracji, stołówek oraz zakładów zbiorowego żywienia, biur, hurtowni i jednostek handlu detalicznego, a także podobne odpady z zakładów produkujących lub wprowadzających do obrotu żywność. Ustawa definiuje również fermentację, jako jedną z metod przeznaczonych do utylizacji omawianego odpadu. W związku z brakiem szczegółowych wytycznych dotyczących sposobu zbiórki tych odpadów, możliwa jest zbiórka bioodpadów „kuchennych i ogrodowych” razem oraz oddzielnie. Odpady kuchenne ulegające biodegradacji o kodzie 20 01 08, w związku z ich składem chemicznym i łatwością rozkładu, zdają się być lepszym substratem dającym wyższe wyniki produkcji biogazu względem odpadów zielonych.
Aby szacować potencjalną ilość bioodpadów możliwych do zagospodarowania, należy rozważyć ogólną ilość odpadów produkowanych w Polsce, która w ostatnich latach wzrasta i w 2020 r. wynosiła ponad 13 mln Mg (Rys. 1). Ilość odpadów kuchennych w składzie morfologicznym zmieszanych odpadów komunalnych, w zależności od wielkości obszaru, na którym prowadzono badania, wynosi od 28,9% do 40%. Uwzględniając powyższe dane, potencjał ilości bioodpadów wynosi w skali kraju od 3,9 do 5,2 mln Mg, co jest tożsamym wynikiem do średnio 172 kg/M/a dla krajów UE 27.
Rys. 1. Ilość wyprodukowanych oraz zebranych selektywnie odpadów komunalnych (GUS 2021)
W związku z powyższym, substrat ten został wybrany do badań w projekcie „Badania przemysłowe i prace eksperymentalno-rozwojowe nad innowacyjnym zagospodarowaniem biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych – prototyp” finansowanym przez PGNiG a realizowanym na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu.
Rys. 2. Uproszczony skład morfologiczny odpadów
Aspektami, jakie poruszano w trakcie realizacji projektu, było kompleksowe zagospodarowanie substratu w fermentacji metanowej, odpadów generowanych w trakcie przygotowywania substratu na cele energetyczne oraz produkowanego pofermentu, zgodne z zasadami gospodarki obiegu zamkniętego.
Jednym z wyników szeroko zakrojonych prac badawczych była dokładna parametryzacja substratu pod kątem jego czystości, właściwości jak i potencjału produkcji biogazu, bazująca na przebadanych 27 próbkach o masie każdorazowo ponad 1 Mg pobranych w okresie 21 miesięcy z 2 miast wojewódzkich, w których realizowana była selektywna zbiórka rozłączna odpadów kuchennych i zielonych.
Analizując skład morfologiczny odpadów wykorzystanych w badaniach należy zwrócić uwagę na bardzo wysoki udział odpadów kuchennych w selektywnie zbieranej frakcji bioodpadów, wynoszący średnio 83%, przy relatywnie niskim, jak na odpady komunalne, współczynniku zmienności wynoszącym 12% (Rys. 2). Tak wysokie wartości świadczą o relatywnie dobrej zbiórce odpadów wykonywanej przez mieszkańców, jak i o potencjalnie wysokiej wydajności biogazowej zbieranych bioodpadów. Kolejnymi grupami wyszczególnionymi w składzie morfologicznym były odpady zielone, których udział wynosił średnio 4% przy wysokim poziomie zmienności wynoszącym 195% oraz pozostałe zanieczyszczenia, których średnia ilość wynosiła 13%. Wysoki poziom zmienności odpadów zielonych był związany z sezonem wegetacyjnym, gdzie w okresie wiosenno-letnim ich występowanie było znacząco częstsze. Na zanieczyszczenia składały się głównie odpady opakowaniowe i worki foliowe, w których odpady były zbierane szczególnie w zabudowie wielorodzinnej.
Tab. 1. Parametry substratów
[table id=30 /]
Wszystkie substraty poddano analizie podstawowych parametrów (Tab. 1). Wykazano, że zarówno zawartość suchej masy organicznej, jak i procentowy udział węgla oraz stosunek węgla do azotu, potwierdzają słuszność założenia o wysokim potencjale substratu do przetwarzania w procesie fermentacji metanowej. Relatywnie niska sucha masa (23%) powoduje, że przy zastosowaniu odpowiedniej obróbki wstępnej substrat z powodzeniem może być stosowany w wysokowydajnej technologii fermentacji mokrej.
Założenia te potwierdzają wyniki wydajności biogazowej substratu (Tab. 2). Przeprowadzone badania wykazały, że substrat charakteryzuje się bardzo wysoką wydajnością biogazową wynoszącą ponad 600 m3/Mg s.m.o., osiągając wartości zbliżone do kosztowej kiszonki z kukurydzy, a jednocześnie znacząco wyższe aniżeli substraty tradycyjnie wykorzystywane
w biogazowniach rolniczych, takie jak obornik czy gnojowica.
Tab. 2. Średnia wydajność biogazowa substratów
[table id=31 /]
Wyniki prowadzonych prac badawczych potwierdzają duże znaczenie prawidłowo prowadzonej selektywnej zbiórki odpadów kuchennych, dzięki której istnieje możliwość uzyskania wysoko jakościowego substratu dla produkcji biogazu i biometanu. Dzięki opracowywanym rozwiązaniom możliwy jest wzrost dostępności biometanu wytwarzanego z odpadów komunalnych, a tym samym uzyskanie pozytywnego wpływu na sektor gospodarki odpadami i jednoczesne ograniczenie stosowania wyspecjalizowanych produktów rolnych (np. kiszonki kukurydzy) w procesach fermentacji metanowej.
Źródło: POLSKIE GÓRNICTWO NAFTOWE I GAZOWNICTWO SA
