biomasa w Polsce.pdf

Dr inż. Lesław Janowicz

Zespół Systemów Bioenergetycznych i Biopaliw, Centralne Laboratorium Naftowe w Warszawie

Biomasa w Polsce

Racjonalne wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych,

takich jak energia rzek, wiatru promieniowania słonecznego,

energia geotermalna lub biomasa, jest jednym z istotnych kom-

ponentów zrównoważonego rozwoju, do którego odwołuje się

konstytucja RP. Wzrost udziału odnawialnych źródeł energii w bi-

lansie energetycznym przyczynia się do poprawy efektywności wy-

korzystania i oszczędzania zasobów surowców energetycznych,

poprawy stanu środowiska w wyniku redukcji zanieczyszczeń

atmosferycznych i wód, a także ilości wytwarzanych odpadów.

Znaczny wzrost zainteresowania alternatywnymi źródłami

energii nastąpił w latach 90. ubiegłego wieku. W najbliższych

latach należy się spodziewać dalszego wzrostu stopnia wyko-

rzystania tych źródeł energii. Korzyści, jakie przynosi stosowanie

tego rodzaju energii mają zarówno charakter lokalny (zwiększenie

poziomu bezpieczeństwa energetycznego, stworzenie nowych

miejsc pracy, promowanie rozwoju regionalnego), jak i globalny ze

względu na korzyści ekologiczne, przede wszystkim ograniczenie

emisji dwutlenku węgla, wpływającego na pogłębiający się efekt

cieplarniany. Czynnikiem stymulującym rozwój odnawialnych

źródeł energii (OZE) jest przede wszystkim realizacja zobowiązań

międzynarodowych, wynikających z Ramowej Konwencji Narodów

Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu oraz Protokółu z Kioto

do tej konwencji, odnośnie do redukcji dwutlenku węgla.

Inwestycje w OZE uważa się za inwestycje o najniższym

stopniu ryzyka w długim okresie. Odnawialne źródła energii mogą

stanowić istotny udział w bilansie energetycznym poszczególnych

gmin czy nawet województw Polski. Mogą przyczynić się do zwięk-

szenia bezpieczeństwa energetycznego regionu, a zwłaszcza do

poprawy zaopatrzenia w energię na terenach o słabo rozwiniętej

infrastrukturze energetycznej. Prawdopodobnie największym

biorcą energii ze źródeł odnawialnych stanie się rolnictwo i miesz-

kalnictwo. Szczególnie dla regionów, dotkniętych bezrobociem,

odnawialne źródła energii stwarzają nowe możliwości, w zakresie

powstawania nowych miejsc pracy. Natomiast tereny rolnicze,

które ze względu na silne zanieczyszczenie gleb nie nadają się do

uprawy roślin jadalnych, mogą być wykorzystane do uprawy roślin

energetycznych – przeznaczonych do produkcji biopaliw.

W kraju są coraz większe obszary ziemi odłogowanej

(2,3 mln ha w 2002 r. wg Spisu rolnego) oraz zdegradowanej

ziemi uprawnej (645 tys. ha w 2002 r.), które powinny być wyłą-

czone spod upraw rolnych. Zakładając, że tereny te przeznaczo-

ne zostaną pod szybko rosnące plantacje energetyczne, moż-

na pozyskać ok. 424 PJ energii pierwotnej (zakładając średni

plon 8 ton suchej masy z hektara). Polskie rolnictwo produkuje

rocznie ok. 25 mln ton słomy (głównie zbożowej i rzepakowej)

oraz siana. Słoma ta jest częściowo wykorzystywana jako ściółka

i pasza w hodowli zwierząt oraz do nawożenia pól. Od 1990 r.

rosną nadwyżki słomy, które obecnie szacuje się na 11,8 mln ton

rocznie (195 PJ).

Lasy stanowią 28,8% powierzchni kraju (około 8,9 mln ha),

z czego lasy państwowe zajmują powierzchnię 7,4 mln ha. Zakłada

się dalszy wzrost lesistości do 32% w 2020 r.

Generalna Dyrekcja Lasów Państwowych szacuje, że całko-

wity potencjał techniczny drewna z leśnictwa możliwy do bezpo-

średniego wykorzystania na cele energetyczne wynosi ok. 6,1 mln

m 3 drewna, co jest odpowiednikiem 41,6 PJ,. Znaczne potencjalne

ilości odpadów drzewnych powstają w przemyśle drzewnym.

Według analiz Instytutu Technologii Drewna, potencjał techniczny

drewna odpadowego z przemysłu drzewnego oraz innych źródeł

szacować można na ok. 58,1 PJ (8,3 mln m 3 ).

Potencjał techniczny biogazu wynosi ok. 34 PJ, w tym najwięk-

szy jest udział biogazu rolniczego (15,2 PJ) oraz wysypiskowego

(11,5 PJ).

Podsumowując powyższe dane cząstkowe, oszacować można

obecny potencjał techniczny biomasy w warunkach krajowych

na ok. 755 PJ/rok. Zaktualizowany szacunek zasobów biomasy

daje wartość porównywalną z danymi przytoczonymi w Strategii

rozwoju energetyki odnawialnej . Istotną cechą wcześniejszych

ocen możliwości rozwoju sektora energetycznego wykorzystania

biomasy było bazowanie na niestandaryzowanych biopaliwach

i niekomercyjnych surowcach odpadowych (obecnie w znacz-

nym zakresie zagospodarowanych także na inne cele): odpady

drzewne z lasów, sadów, tartaków czy niewykorzystywaną rolniczo

słomę.

W przyszłości, po wyczerpaniu prostych rezerw, największe

możliwości wzrostu potencjału technicznego daje wprowadzanie

nowych odmian roślin energetycznych i zwiększanie areału prze-

znaczanego pod plantacje energetyczne.

Pod pojęciem biomasy rozumiemy biodegradowalne frakcje

produktów, odpadów i pozostałości z rolnictwa (włączając roślinne

i zwierzęce substancje), leśnictwa i pokrewnych przemysłów,

jak również biodegradowalne frakcje odpadów przemysłowych

i rolniczych.

Oszacowanie potencjału biomasy w Polsce

Potencjał techniczny biomasy dostępnej na cele energetyczne

jest wypadkową przyjętego modelu gospodarki leśnej oraz modelu

rolnictwa i tempa wprowadzania coraz wydajniejszych plantacji

roślin energetycznych oraz konkurencji o dostępną przestrzeń

pod alternatywne sposoby jej użytkowania.

sierpień 2006

www.e-energetyka.pl

strona 601

W warunkach krajowych znaczenie mają następujące źródła

biomasy:

 drewno pochodzące z lasów, przesiek, sadów, specjalnych

upraw oraz odpadowe z przemysłu drzewnego,

 plantacje roślin uprawnych z przeznaczeniem na cele ener-

getyczne,

 nasiona roślin oleistych przetwarzane na estryﬁkowane oleje

stanowiące materiał pędny,

 ziemniaki, zboża etc. przetwarzane na alkohol etylowy doda-

wany do benzyn,

 organiczne pozostałości i odpady:

 słoma i inne pozostałości roślinne stanowiące materiał od-

padowy przy produkcji rolniczej,

 odpady powstające w przemyśle rolno-spożywczym,

 gnojowica lub obornik wykorzystywane do fermentacji

metanowej,

 organiczne odpady komunalne,

 organiczne odpady przemysłowe, np. w przemyśle papier-

niczo-celulozowym.

Podstawowe ilości biomasy z odpadów drzewnych powstają w

przemyśle drzewnym. Szacuje się, iż ze 100 m 3 drewna pozyski-

wanego z gospodarki leśnej otrzymuje się po przeróbce do 60%

odpadów, w tym 10 m 3 kory, 15 m 3 drobnicy gałęziowej, 20 m 3

odpadów kawałkowych (ścinki, obrzyny), 19 m 3 trocin i zrębków,

36 m 3 tarcicy oraz 20–25 produktów ﬁnalnych z grubizny. Przy

założeniu pozyskiwania 15,5 mln m 3 drewna w ciągu roku na po-

trzeby produkcyjne, z czego ok. 60 % będzie odpadami. Udziały

poszczególnych rodzajów odpadów powstających w różnych

gałęziach przemysłu drzewnego przedstawiono w tabeli 1.

Przewiduje się, że w najbliższej przyszłości istotnym uzupeł-

nieniem bilansu podaży biomasy na rynku energetycznym będą

wieloletnie plantacje roślin energetycznych zakładane i prowadzo-

ne na gruntach rolnych. Ocena dotychczasowej sytuacji pozwala

na stwierdzenie, że powierzchnia uprawy wierzby energetycznej

będzie w Polsce rosła.

Czynnikiem potencjalnie sprzyjającym rozwojowi upraw ener-

getycznych jest wprowadzony w Polsce obowiązek dotyczący

wytworzenia „zielonej” energii elektrycznej i ciepła. W wyniku tego

zobowiązania wytwórcy energii, m.in. w elektrowniach i elektro-

ciepłowniach węglowych dostarczających energię do odbiorców

końcowych (korzystających z zasady TPA), poszukują biomasy

głównie do procesów współspalania z węglem.

Wierzba krzewiasta (Salix viminalis) zajmuje obecnie naj-

większy areał wśród upraw energetycznych. Całkowity areał

plantacji wierzby na cele energetyczne szacuje się na około

3000 ha, z czego większość służy do komercyjnej produkcji

sadzonek, natomiast uprawy użytkowane bezpośrednio na cele

energetyczne nie przekraczają 1000 ha. Plantacje mają w więk-

szości charakter kilkuhektarowych upraw z przeznaczeniem na

potrzeby własne lub rzadziej na potrzeby lokalnych niewielkich

odbiorców, np. komunalne kotłownie na biomasę. Poza wierzbą,

powstały plantacje: malwy pensylwańskiej, topinambura, mi-

skanta olbrzymiego i róży bezkolcowej, jednak ich łączny areał

jest znacznie mniejszy niż wierzby. Największe areały upraw

energetycznych zlokalizowane są w województwach: lubuskim,

pomorskim, śląskim i zachodniopomorskim i dotyczą przede

wszystkim wierzby.

Ilość przemysłowej biomasy powstających

w przemyśle drzewnym w tys. m 3 (Źródło: opracowanie EC BREC)

Tabela 1

Wykorzystanie biomasy

Rodzaj

biomasy

Przemysł

tartaczny

Przemysł

stolarki

budowlanej

otworowej

Przemysł płyt

drewno-

pochodnych

Przemysł

meblarski

Łącznie

W warunkach polskich naturalnym kierunkiem rozwoju

wykorzystania biopaliw stałych jest i będzie produkcja ciepła.

W dłuższej perspektywie przewiduje się wykorzystanie biopaliw

stałych w skojarzonych systemach wytwarzających energię ciepl-

ną i elektryczną (kogeneracja). Rozwój sektora biopaliw płynnych

zależeć będzie od przyjętych rozwiązań polityczno-legislacyjnych,

które obecnie są ponownie rozważane w Sejmie RP.

Struktura energetycznego wykorzystania biomasy w UE wg

obliczeń Europejskiego Towarzystwa Biomasy AEBIOM jest

następująca: 92% bioenergii wykorzystywane jest do produkcji

ciepła (ciepło procesowe dla przemysłu oraz ciepło niskotempe-

raturowe), 7% do produkcji energii elektrycznej, a 1% do produkcji

paliw transportowych. Wykorzystanie biomasy zwiększa lokalne

bezpieczeństwo energetyczne poprzez uniezależnianie się od

zewnętrznych dostawców paliw kopalnych oraz wprowadzanie

dywersyﬁkacji nośników energii.

Opłacalność stosowania technologii bioenergetycznych zależy

od stopnia ich zaawansowania oraz wielkości instalacji. Generalnie

technologie te wymagają stosunkowo większego początkowego

nakładu inwestycyjnego (w porównaniu ze znacznie wcześniej roz-

winiętymi i dopracowanymi technologiami paliw kopalnych), przy

czym koszty eksploatacji są zwykle niższe. Kluczowym elementem

decydującym o opłacalności są najczęściej koszty pozyskania

paliwa. W miarę rozwoju rynku biopaliw należy spodziewać się

obniżania kosztów ich pozyskania i przetwarzania, natomiast

Kawałkowe 2575

437

760 3803

Trociny

i wióry

1805

145

70 2092

Pył

drzewny

220 315

Kora

300

280

580

Łącznie

4680

105

955

1050 6790

Zastosowanie przemysłowe to przemysł drzewny. Naj-

większym odbiorcą biomasy odpadowej (87%) ma przemysł

płyt drewnopochodnych, gdzie drzewne odpady przemysłowe

stanowią aż 44% zużytego surowca drzewnego ogółem. Na ten

cel użytkowane są głównie odpady kawałkowe oraz mniejszym

stopniu trociny i wióry pochodzące przede wszystkim z przemysłu

tartacznego.

Ocenia się, że w skali krajowej rynek drzewnych odpadów

przemysłowych jest zrównoważony, czyli powstające odpady są

całkowicie zagospodarowywane głownie w przemyśle przerobu

drewna oraz przemysłach przetwórczych. Ewentualne nadwyżki

odpadów maja charakter lokalny i okresowy.

strona 602

www.e-energetyka.pl

sierpień 2006

w przypadku paliw kopalnych prognozowany jest wzrost cen, co

w dłuższej perspektywie jeszcze bardziej uatrakcyjni wykorzysta-

nie lokalnie dostępnych odnawialnych źródeł energii.

Biomasa może być używana na cele energetyczne w pro-

cesach bezpośredniego spalania biopaliw stałych (np. drewno,

słoma, osady ściekowe), przetwarzana na paliwa ciekłe (np. estry

oleju rzepakowego, alkohol) bądź gazowe (np. biogaz rolniczy,

biogaz z oczyszczalni ścieków, gaz wysypiskowy). Konwersja

biomasy na nośniki energii może odbywać się metodami ﬁzycz-

nymi, chemicznymi, biochemicznymi. Możliwości produkcji energii

z surowców roślinnych przedstawiono na rysunku 1.

Dla biomasy stałej, takiej jak drewno czy słoma największe

obecnie znaczenie mają technologie oparte na procesie spalania.

Pod pojęciem procesu spalania rozumiana jest tutaj reakcja utle-

niania substancji będącej paliwem, której towarzyszy uwolnienie

energii zawartej w tym paliwie.

Oprócz procesu bezpośredniego spalania biomasy i pozyska-

nia energii chemicznej w niej zawartej za pomocą medium grzew-

czego odbierającego ciepło z komory spalania, istnieje możliwość

konwersji termochemicznej biomasy na paliwo charakteryzujące

się większą przydatnością z punktu widzenia końcowego kon-

sumenta energii. W zależności od tego czy głównym produktem

tego procesu jest gaz, paliwo płynne, czy paliwo stałe, mówimy

odpowiednio o zgazowaniu, pirolizie lub karbonizacji biomasy.

Technologie energetyczne wykorzystujące wspomniane trzy

procesy znajdują się zwykle we wcześniejszej fazie rozwoju niż

technologie oparte na procesie spalania.

Na cele energetyczne przeznaczane jest 44% ogólnej ilości

biomasy odpadowej produkowanej przez przemysł drzewny.

Są to przede wszystkim trociny i wióry pochodzące głównie

z przemysłu tartacznego oraz w mniejszym stopniu z przemysłu

meblarskiego i płyt drewnopochodnych (rys. 2).

Pozostała ilość odpadów przeznaczana jest na eksport oraz

wykorzystywana w ogrodnictwie i rolnictwie – jest to przede

wszystkim kora. Zieleń miejska i osiedlowa zajmuje około 65 000

ha na terenie całego kraju. Przyjmując 5 ton rocznej produkcji

masy roślinnej z hektara otrzymuje się około 325 tys. ton surowca

o zawartości około 1,5% azotu. Zdecydowana większość odpa-

dów organicznych – biomasy – jest bezpowrotnie marnowana

na składowiskach.

Źródło: opracowanie EC BREC

Rys. 2. Struktura zagospodarowania

drzewnych odpadów przemysłowych według ich rodzaju

Rys. 1. Produkcja energii z surowców roślinnych

sierpień 2006

www.e-energetyka.pl

strona 603

Standaryzacja biopaliw stałych

W ramach tego Komitetu został powołany Komitet Techniczny

(TC) 335 „Biopaliwa stałe”, który przyjął do realizacji to zadanie.

Utworzony w maju 2000 r. Komitet jest jedną z wielu jednostek

działających w strukturze CEN, która zajmuje się rozwiązywaniem

problemów standaryzacji i normalizacji dla wybranych gałęzi

produkcji. Przewodnią rolą polityki tego Komitetu jest formu-

łowanie standardów będących podwaliną europejskiej polityki

gospodarczej. Działalność tego Komitetu w zakresie normalizacji

wpływa na zmniejszenie barier handlowych i wzrost bezpieczeń-

stwa powodując polepszenie współpracy w obszarze produkcji i

usług. Wprowadzone standardy stanowią bazę dla projektantów

i inżynierów stwarzając pewność i wspólny punkt odniesienia

dla ich prac.

Działalność Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego oparta

jest na zespołach narodowych wchodzących w skład Komitetów

Technicznych, których prace i ekspertyzy stanowią podstawę

wprowadzanych standardów i których zadaniem jest wdrażanie

ich na polu narodowym.

Komunikat Komisji Europejskiej – Biała Księga nr COM(97)599

z dnia 26 listopada 1997 stwarza warunki rynkowe dla rozwoju

odnawialnych źródeł energii bez nadmiernych obciążeń ﬁnanso-

wych. Podstawowym dokumentem prawnym wspierającym ten

rozwój jest „Dyrektywa w sprawie promocji energii elektrycznej

wytworzonej w źródłach odnawialnych na wewnętrznym rynku

energii elektrycznej” (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i

Rady nr 2001/77/EC z dnia 27 września 2001) oraz „Dyrektywa

w sprawie promocji biopaliw w transporcie” (Dyrektywa Parla-

mentu Europejskiego i Rady z dnia 8 maja 2003 nr 2003/30/EC).

Przedmiotem tych Dyrektyw są zasady promocji i wsparcia dla

odnawialnych źródeł, w tym biopaliw stałych.

Wykorzystanie biopaliw stałych w skali europejskiej pomaga

zwiększyć niezależność europejskiej gospodarki od importu paliw,

zmniejszyć emisję CO 2 oraz ograniczyć zużycie paliw kopalnych

przyczyniając się do poprawy stanu środowiska i bezpieczeń-

stwa energetycznego w Europie. Umożliwia stworzenie nowych

miejsc pracy w nowym sektorze inżynierii produkcji i dystrybucji

urządzeń, technologii i biopaliw stałych, produkcji energii i dzie-

dzinach pokrewnych.

Obecna wiedza na temat właściwości ﬁzycznych i cieplnych

jest wciąż poszerzana stając się kluczowym problemem krajów

europejskich, które znacznie efektywniej wykorzystują biopaliwa

stałe jako źródło energii. Coraz doskonalsze metody badawcze i

specjalistyczny sprzęt laboratoryjny ułatwiają poznanie tych cech.

Jednakże biopaliwa ze względu na organiczne pochodzenie,

zróżnicowany skład chemiczny, właściwości ﬁzykochemiczne

oraz mocno zróżnicowane właściwości mechaniczne stanowią

grupę niejednorodną. Powoduje to szereg utrudnień w opisie

ich właściwości i cech cieplnych. Ze względu na to w krajach

UE rozpoczęto intensywny rozwój mechanizmów powodujących

lepsze poznanie tych własności według standardów i metodyk

powszechnie przyjętych i uznawanych.

Realizacja tych zamierzeń jest możliwa po stworzeniu warun-

ków, w których biopaliwa stałe staną się paliwami handlowymi o

znanych i akceptowanych na rynku wskaźnikach jakościowych.

Z tego powodu ważny stał się problem opracowania i wdrażania

jednoznacznych standardów w zakresie próbkowania, testowania,

kwaliﬁkacji biopaliw stałych, jak również określenia procesów

technologicznych w zakresie poprawy ich jakości.

Zadanie to zostało powierzone przez Komisje Europejską do

realizacji Europejskiemu Komitetowi Normalizacyjnemu (CEN).

LITERATURA

[1] BIO-PRO New Burner Technologies for Low Grade Biofuels to

Supply Clean Energy for Processes in Bioraﬁneries, dokumentacja

projektu, 2003

[2] Communication From The Commision To The Council And The

European Parliament. The share of renewable energy it the EU.

Commision Report in accordance with Article 3 of Directive

2001/77/EC, evaluation of the effect of legislative instruments and

other Community policies on the development of the contribution

of renewable energy sources in the EU and proposal for concrete

actions. Brussels 2004

[3] Commision staff working document: The share of renewable energy

in EU. County proﬁle. Overview of Renewable Energy Sources in

the Enlarged European Union. Brussels 2004

[4] Eurostat: Waste generated and treated in Europe. Data 1990–2001.

European Communities 2003

[5] Główny Urząd Statystyczny: Rocznik statystyczny przemysłu.

GUS, Warszawa 2001

[6] Directive 2001/77/EC of European Parliament and of the Council

on the Promotion of Electricity Produced From Renewable Energy

Sources in the Internal Electricity Market

[7] Kaltschmitt M., Hartmann H.: Energie aus Biomasse: Grundlagen,

Techniken und Verfahren, Springer-Verlag 2001

[8] Oniszk-Popławska A., Zowsik, M. 2004. State of the art and

perspectives for development of different biogas technologies in

Poland w Proceedings of the 2nd World Conference and Tech-

nology Exhibition on Biomass for Energy. Industry and Climate

Protection. Rzym, 10–14 maja 2004

[9] GUS 2003: Raport z wyników Powszechnego spisu ludności

i mieszkań. Warszawa 2003

strona 604

www.e-energetyka.pl

sierpień 2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: