Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa ul. Rakowiecka 32, 02-532 Warszawa tel. 0-22 542 11 00; fax 0-22 542 11 50 www.ibmer.waw.pl

fot. Witold Jan Wardal

PRAWNE, TECHNOLOGICZNE, ĝRODOWISKOWE I EKONOMICZNE UWARUNKOWANIA ROZWOJU PRODUKCJI ODNAWIALNYCH ħRÓDEà ENERGII W POLSCE OPARTYCH NA BIOMASIE POCHODZENIA ROLNICZEGO

Warszawa, listopad 2008

______________________________________________________________________ Ekspertyza v. I 1

EKSPERTYZA Na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 04. 08. 2008r. wykonaá zespóá pracowników Instytutu Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa pod kierunkiem: dr inĪ. Piotra Pasyniuka

Wersja I poprawiona

Ekspertyza v. I

2

SPIS TREĝCI Wprowadzenie .................................................................................................................. 5 1. Ocena technologicznych uwarunkowaĔ rozwoju produkcji energii ze Ĩródeá odnawialnych .................................................................................................................... 7 1.1. Optymalna technologia i dobór surowców do wytwarzania biogazu w biogazowniach rolniczych ............................................................................................ 7 1.2 Optymalna technologia i dobór surowców do wytwarzania biopaliw páynnych na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych ................................................................... 14 1.2.1. Uwarunkowania produkcji biopaliw na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych .................................................................................................................... 14 1.2.2. OkreĞlenie optymalnej technologii wytwarzania biopaliw páynnych na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych.................................................................... 16 1.3. Dobór roĞlin i optymalna technologia przygotowania biomasy do spalania w instalacjach do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej....................................... 29 1.3.1 Metodyka doboru roĞlin ................................................................................ 29 1.3.2. Optymalna technologia przygotowania biomasy do spalania w instalacjach do wytworzenia energii elektycznej i cieplnej........................................................ 33 1.4. Ocena oddziaáywania na Ğrodowisko naturalne energetycznego wykorzystania biomasy pochodzenia rolniczego................................................................................ 43 2. Ocena wpáywu uwarunkowaĔ Ğrodowiskowych i lokalnych zasobów rolniczej przestrzeni produkcyjnej na moĪliwoĞü zaopatrzenia w surowce do produkcji energii. 55 2.1. Potencjaá rolnictwa w zakresie produkcji na cele energetyczne.......................... 55 2.1.1.Rolniczy potencjaá produkcyjny kraju........................................................... 56 2.1.2. Produkcja roĞlin uprawianych specjalnie na cele energetyczne ................... 67 2.2. Potencjaá biomasy bĊdącej produktem ubocznym rolnictwa i przemysáu rolnospoĪywczego............................................................................................................... 91 2.2.1. MoĪliwoĞci pozyskania drewna – produktu ubocznego z upraw rolniczych 91 2.2.2. Produkty uboczne – pozostaáoĞci produkcji roĞlinnej moĪliwe do wykorzystania jako substrat w biogazowniach rolniczych..................................... 91 2.2.3. MoĪliwoĞci pozyskania biomasy na cele energetyczne z trwaáych uĪytków zielonych (po zabezpieczeniu potrzeb paszowych na obecnym poziomie produkcji zwierzĊcej) .................................................................................................................. 92 2.2.4. MoĪliwoĞci produkcji biogazu z biomasy pozyskanej z trwaáych uĪytków zielonych (tuz) ........................................................................................................ 92 2.2.5. Prognozy zapotrzebowania na surowce i powierzchniĊ ............................... 93 2.2.6. Potencjaá biomasy bĊdącej produktem ubocznym rolnictwa i przemysáu rolno-spoĪywczego wedáug analiz prowadzonych zgodnie z metodyką ZPTI Instytutu Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa......................... 95 3. Ocena wpáywu obowiązujących uwarunkowaĔ prawnych na rozwój wykorzystania odnawialnych Ĩródeá energii......................................................................................... 118 3.1 Bariery prawne ograniczające rozwój páynnych paliw ze Ĩródeá odnawialnych .................................................................................................................................. 118 3.2 Bariery prawne wykorzystania na cele energetyczne odpadów przetwórstwa rolno-spoĪywczego ze szczególnym uwzglĊdnieniem biogazowni rolniczych........ 125 3.3. Legislacyjne aspekty finansowego wspomagania produkcji energii ze Ĩródeá odnawialnych ............................................................................................................ 132 3.4. Uwarunkowania i moĪliwoĞci sprzedaĪy energii i jej noĞników....................... 134

Ekspertyza v. I

3

4. Ocena ekonomicznych uwarunkowaĔ wykorzystania biomasy na cele energetyczne w tym w biogazowniach rolniczych ............................................................................. 137 4.1 Koszty inwestycji i produkcji energii z wykorzystaniem odnawialnych noĞników energii....................................................................................................... 137 4.1.1. Koszty inwestycji urządzeĔ do produkcji energii cieplnej z wykorzystaniem odnawialnych noĞników energii ........................................................................... 137 4.1.2 Koszty inwestycji urządzeĔ do produkcji energii elektrycznej z wykorzystaniem odnawialnych noĞników energii................................................ 140 4.2 Jednostkowe koszty energii wytwarzanej z biomasy na tle kosztów energii uzyskiwanych z innych Ĩródeá OZE ......................................................................... 142 4.2.1. Energia cieplna z biomasy .......................................................................... 142 4.2.2. Energia elektryczna z biomasy ................................................................... 143 4.1.3. Koszty ciepáa pochodzącego z pompy ciepáa ............................................. 144 4.1.5. Elektrownie wiatrowe i wodne ................................................................... 148 4.1.6. Zestawienie zbiorcze kosztów produkcji ciepáa ......................................... 150 4.1.7. Zestawienie zbiorcze kosztów produkcji energii elektrycznej ................... 151 4.3 Konkurencja pomiĊdzy wykorzystaniem przestrzeni produkcyjnej w rolnictwie na cele energetyczne i ĪywnoĞciowe ............................................................................. 153 5. Ocena uwarunkowaĔ produkcji energii ze Ĩródeá odnawialnych we wáasnym gospodarstwie rolnym z uwzglĊdnieniem biogazowni................................................. 168 5.1. Zasoby surowcowe i produkty uboczne z produkcji rolnej przydatnej do wytworzenia energii.................................................................................................. 168 5.1.1. NoĞniki energii wykorzystywane w gospodarstwie.................................... 170 5.1.2. ZuĪycie noĞników energii w gospodarstwie modelowym.......................... 172 5.2 KonkurencyjnoĞü wytwarzanej energii z energią dostĊpną na rynku................. 175 5.2.1 Koszty energii z paliw konwencjonalnych .................................................. 175 5.2.2 Koszty energii moĪliwej do wytworzenia w gospodarstwie z surowców i produktów ubocznych........................................................................................... 177 5.3. Optymalne kierunki wykorzystania noĞników energii dostĊpnych w gospodarstwie ........................................................................................................... 181 Bibliografia ................................................................................................................... 182 Wykaz tabel i rysunków ............................................................................................... 185

Ekspertyza v. I

4

Wprowadzenie „Polityka energetyczna Polski do roku 2025” przewiduje nastĊpujące zaáoĪenia: -

Udziaá energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych Ĩródeá energii na poziomie 7,5 % oraz udziaá biokomponentów i biopaliw w strukturze paliw ciekáych 5,74% w 2010 roku;

-

Wspieranie rozwoju energetyki lokalnej (na poziomie gminy), zwáaszcza kogeneracji (energia elektryczna + ciepáo) z biogazu;

-

DąĪenie do dywersyfikacji zaopatrzenia w noĞniki energii. W warunkach polskich podstawowym noĞnikiem energii mającym odnawialny

charakter pozostaje biomasa w róĪnej postaci. Jej energetyczne wykorzystanie odbywa siĊ najczĊĞciej poprzez bezpoĞrednie spalanie, czyli przetworzenie na energiĊ cieplną. Jedna z zasadniczych wad takiego wykorzystania biomasy jest brak moĪliwoĞci gromadzenia tak wytworzonej energii. Zachodzi wiĊc koniecznoĞü róĪnicowania sposobów wykorzystania energii zawartej w biomasie poprzez jej przetwarzanie do postaci paliw páynnych i gazowych. Wskazane jest przy tym stosowanie technologii, która w najwyĪszym stopniu pozwoli na wykorzystanie do produkcji energii wszelkich produktów ubocznych, a nawet odpadowych, które są uciąĪliwe i czĊsto szkodliwe dla Ğrodowiska naturalnego. PowyĪsze warunki speánia przetwarzanie na energiĊ elektryczna i cieplną produktów bezpoĞrednich i ubocznych rolnictwa i przetwórstwa rolno-spoĪywczego poprzez gazyfikacjĊ w biogazowniach rolniczych. NaleĪy w tym miejscu podkreĞliü, Īe pojĊcie „biogazownia rolnicza” nie jest jednoznacznie zdefiniowane. MoĪna wiĊc zaproponowaü nastĊpującą definicjĊ: Biogazownia rolnicza „jest to instalacja do pozyskiwania biogazu w procesie fermentacji beztlenowej, w której podstawowym wsadem poddawanym fermentacji są roĞliny na ten cel uprawiane, produkty uboczne produkcji roĞlinnej i zwierzĊcej oraz produkty uboczne przetwórstwa rolno-spoĪywczego. Wsad biogazowni rolniczej moĪe byü uzupeániany o osady z lokalnej oczyszczalni Ğcieków, zaĞ powstaáy osad pofermentacyjny wykorzystywany jako nawóz mineralny. Biogazownia rolnicza zlokalizowana jest na terenie wiejskim zaĞ efekty jej pracy, czyli pozyskany biogaz

Ekspertyza v. I

5

oraz wytworzona energia elektryczna i cieplna w pierwszej kolejnoĞci sáuĪy zaspokojeniu potrzeb energetycznych lokalnej spoáecznoĞci”. Z biogazowni czerpią profity nie tylko jej wáaĞciciele oraz odbiorcy nawozu. Dla lokalnej spoáecznoĞci biogazownia to m.in. moĪliwoĞü utylizacji niektórych odpadów, powstanie nowych miejsc pracy, przychody z tytuáu podatków od dziaáalnoĞci gospodarczej dla gminy i powiatu oraz moĪliwoĞü pozyskiwania taĔszej energii (szczególnie energii cieplnej) z niezaleĪnego Ĩródáa. Przetwarzanie na biogazowni naturalnych nawozów organicznych, np. gnojowicy, prowadzi do redukcji uciąĪliwych zapachów. Produkcja energii z biogazu umoĪliwia ponadto – w przeciwieĔstwie do elektrowni wiatrowych i wodnych czy kolektorów sáonecznych – nieprzerwane, staáe dostawy energii (brak skoków lub przerw). Powoduje to znaczne uáatwienia dla operatora sieci elektrycznej oraz staáe zaopatrzenie w prąd i ciepáo obszarów wiejskich. Produktem, który opuszcza kaĪdą rolniczą biogazowniĊ, poza biogazem, jest wysokowartoĞciowy nawóz, który w porównaniu do powszechnie stosowanej gnojowicy charakteryzuje siĊ mniejszą agresywnoĞcią wobec roĞlin („wypalanie” roĞlin przez gnojowicĊ) i zawartoĞcią azotu w formie lepiej przyswajalnego dla roĞlin azotu amonowego, lepszymi wáaĞciwoĞciami hydraulicznymi (páynnoĞü) oraz zredukowaną objĊtoĞcią (koszty transportu). Realizacja zadaĔ wynikających z przyjĊtej polityki energetycznej wymaga rzetelnego przygotowania programu wszechstronnego wsparcia dla inwestorów i uĪytkowników instalacji produkcji energii ze Ĩródeá odnawialnych. Konieczne są zmiany legislacyjne, stworzenie systemu doradztwa inwestycyjnego i technologicznego, technologicznego takĪe stworzenie systemów wsparcia finansowego. Szczególnie wspierane winny byü inwestycje wykorzystujące w najwyĪszym stopniu produkty uboczne przemysáu rolno-spoĪywczego i odpady komunalne bĊdące w wiĊkszoĞci niebezpiecznymi lub co najmniej uciąĪliwymi dla Ğrodowiska naturalnego.

Ekspertyza v. I

6

1. Ocena technologicznych uwarunkowaĔ rozwoju produkcji energii ze Ĩródeá odnawialnych 1.1. Optymalna technologia i dobór surowców do wytwarzania biogazu w biogazowniach rolniczych Zasadnicze powody, dla których biogazownie są budowane to:  utylizacja odpadów;  stosowanie przetworzonych (bezpiecznych) nawozów naturalnych;  produkcja biogazu na cele energetyczne. Budowanie instalacji biogazowych o znacznych pojemnoĞciach, na terenach o rozdrobnionej strukturze rolnej, wiąĪe siĊ ze wzrostem kosztów transportu. OpáacalnoĞü moĪe byü czynnikiem mniej branym pod uwagĊ, gdy priorytetem staje siĊ sprostanie standardom ochrony Ğrodowiska. Wydaje siĊ oczywistym, Īe podstawowy skáadnik substratu dla biogazowni powinien znajdowaü siĊ w jej bezpoĞrednim sąsiedztwie. Transport wsadu powinien byü ograniczany, ze wzglĊdu przede wszystkim na koszty, ale równieĪ ze wzglĊdu na jego szkodliwy wpáyw na Ğrodowisko. OdlegáoĞü graniczna transportu musi byü kaĪdorazowo obliczana przy projektowaniu inwestycji (biogazowni), gdyĪ zaleĪy od bardzo wielu czynników. Na opáacalnoĞü transportu bowiem, oprócz odlegáoĞci, mieü bĊdą równieĪ wpáyw nastĊpujące czynniki: zysk z zastosowanego surowca wynikający ze zwiĊkszonej produktywnoĞci, koszt lub dopáata do surowca. Podstawową substancją wyjĞciową (substratem) stosowaną w technologii produkcji biogazu w rolnictwie jest gnojowica. W tabeli 1.1. podano szacunkowe wielkoĞci produkcji odchodów zwierzĊcych w Polsce na tle pozostaáych krajów UE. Gnojowica jest materiaáem trudnym do przechowywania i zagospodarowania ze wzglĊdu na swe wáaĞciwoĞci fizykochemiczne, zapachowe oraz znaczną zawartoĞü bakterii chorobotwórczych. Ponadto surowcem do fermentacji metanowej mogą byü prawie wszystkie odpady organiczne z produkcji rolnej, przemysáu spoĪywczego. Poszczególne materiaáy róĪnią siĊ jednak znacznie, jeĞli chodzi o szybkoĞü ich rozkáadu oraz wydajnoĞü produkcji metanu (tab. 1.2., 1.3.).

Ekspertyza v. I

7

Tabela 1.1. Szacunkowe roczne iloĞci odchodów zwierzĊcych w 27 krajach Unii Europejskiej (na postawie Faostat, za: Nielsen, 2007)

Kraj

Pogáowie zwierząt (sztuki fizyczne) u 1000

IloĞü odchodów [106 ton]

Ogóáem [106 ton]

2051 2695 672 57 1397 1544 250 950 19383 600 6700 3862 7000 792 184 371 18 13035 5483 1443 2812 580 451 1619 723

Trzoda chlewna 3125 6332 931 498 2877 13466 340 1365 15020 1000 25250 11153 1758 1073 85 436 73 26858 18112 2348 6589 1300 534 1823 4059

10378

4851

6628

405

146

9

155

6314 91364

9272 160530

4032 58348

774 13399

89 1284

17 295

106 1578

Bydáo Austria Belgia Buágaria Cypr Czechy Dania Estonia Finlandia Francja Grecja Hiszpania Holandia Irlandia Litwa Luksemburg àotwa Malta Niemcy Polska Portugalia Rumunia Sáowacja Sáowenia Szwecja WĊgry Wielka Brytania Wáochy EU-27

IloĞü duĪych jednostek przeliczeniowych DJP u 1000 Trzoda Bydáo chlewna 1310 261 1721 529 429 78 36 42 892 240 986 1124 160 28 607 114 12379 1254 383 83 4279 2107 2466 931 4470 147 506 90 118 7 237 36 11 6 8324 2242 3502 1512 922 196 1796 550 370 109 288 45 1034 152 462 339

29 38 9 1 20 22 4 13 272 8 94 54 98 11 3 5 01) 183 62 20 40 8 6 23 10

Trzoda chlewna 6 12 2 1 5 25 1 3 28 2 46 20 3 2 01) 1 01) 49 48 4 12 2 1 3 7

35 49 11 2 25 46 4 16 300 10 140 75 102 13 3 6 01) 232 110 25 52 11 7 26 18

Bydáo

1)

– wielkoĞci pomijalne ħródáo: Faostat, za: Nielsen, 2007 Roczna iloĞü nawozów naturalnych powstających w Polsce od bydáa i trzody chlewnej stanowi w przybliĪeniu 7% áącznej produkcji krajów Unii Europejskiej. Gáównym Ĩródáami biomasy stosowanej do fermentacji metanowej są odpady pochodzenia zwierzĊcego, roĞlinnego i przemysáowego tj. gnojowica obornik, serwatka odpady gorzelniane, browarniane, odpady wysypiskowe i osady z oczyszczalni Ğcieków komunalnych. Odpady te charakteryzują siĊ niską wydajnoĞcią metanu z jednej tony suchej masy i powinny byü traktowane jako dodatkowe Ĩródáo biomasy - bardziej istotne ze wzglĊdu na potrzebĊ ich utylizacji. Podstawowym zaĞ Ĩródáem biomasy mogą

Ekspertyza v. I

8

byü uprawy roĞlin charakteryzujące siĊ duĪą wydajnoĞcią wytwarzania z nich biometanu, takie jak buraki pastewne, trawy, w tym „spartina preriowa”, a takĪe uprawy wiązane, których gáównym celem jest produkcja ziarna, ziemniaków, cukru, zaĞ sáoma, áodygi, áĊty, liĞcie i odpady z buraków cukrowych stanowią ogromne Ĩródáo biomasy do wytwarzania biogazu. Dane zawarte w tabelach 1.2. i 1.3. wskazują na celowoĞü stosowania kofermentacji zwiĊkszającej ponad trzykrotnie produktywnoĞü biogazu. Tabela 1.2. Charakterystyczne stopnie produktywnoĞci gazu dla reaktorów beztlenowej fermentacji odpadów [Langhans 1997].

ProduktywnoĞü gazu, w Materiaá obrabiany

odniesieniu do pojemnoĞci reaktora w m3 STP/(m3 ×d)

Gnojowica  bydlĊca

0,9 - 1,3

 ĞwiĔska

0,8 - 1,3

 mieszana (bydlĊca + ĞwiĔska)

1,1 - 1,6

Poáączona fermentacja (kofermentacja):  gnojowica, subst. táuszczowe

5,5 - 6,0

 rolnicze i przemysáowe pozostaáoĞci odpadowe (obrzynki buraków,

4,0 - 5,0

wysáodki, odpady przemysáu kosmet. i farmaceut.) STP – standardowe warunki ciĞnienia i temperatury

Ekspertyza v. I

9

Tabela 1.3. Wykaz potencjaáu produkcyjnego biogazu dla wybranych odpadów organicznych [Biogazownia „Poldanor”, 2005].

Produkcja metanu [m3/t] suchej masy organicznej

Rodzaj substratu  osad z rzeĨni

700

 kukurydza

410

 korzenie buraków

425

 liĞcie buraków

450

 ziemniak

418

 áĊty ziemniaczane

550

 tkanka táuszczowa

700

 odpady owocowe

400

 pulpa jabáeczna

330

 wysáodziny browarniane

380

 melasa

300

 sáoma zbóĪ

450

 sáoma kukurydzy

650

 sáoma rzepakowa

340

 trawa

600

 gnojowica od bydáa

347

 gnojowica od trzody

450

 lucerna

400

ħródáo:Biogazownia „Poldanor”, 2005 Jednak dobór rodzaju surowca w poszczególnych przypadkach musi byü uzasadniony ekonomicznie. Niektóre surowce, pomimo ich wiĊkszej produktywnoĞci, aby moĪna byáo je stosowaü, wymagają dodatkowych urządzeĔ, np.: pasteryzatorów. Inne czynniki ograniczające stosowanie niektórych surowców to: duĪe koszty transportu, brak ciągáoĞci dostawy. Istotnym problemem są zróĪnicowane wymagania wobec

surowców

bĊdących

odpadami

rolniczymi

a

inne

wobec

odpadów

przemysáowych. Problemów tych unika siĊ w przypadku stosowania biomasy z roĞlin i odpadów roĞlinnych wytwarzanych w gospodarstwie.

Ekspertyza v. I

10

Zastosowanie optymalnej technologii wytwarzania biogazu wiąĪe siĊ z wieloma czynnikami, a mianowicie w rejonie kraju, w którym rozwiniĊty jest przemysá spoĪywczy, optymalne wydaje siĊ zastosowanie kofermentacji, co pozwala na efektywną produkcjĊ biogazu (stosunkowo krótki czas przetrzymywania wsadu w zamkniĊtej komorze fermentacyjnej), a dodatkowo utylizowane są odpady z przemysáu spoĪywczego, odpady ĪywnoĞci oraz inne odpady organiczne: resztki ze stoáówek, restauracji, odpady paszy, warzyw, odpady z produkcji Īelatyny, chleba, ciast z piekarni, táuszcze i sery, wytáoki owocowe, wywar gorzelniany, jak równieĪ odpadki poubojowe. Podsumowując – optymalnym skáadem substratu są odchody zwierzĊce w poáączeniu z biomasą, w skáad, której wchodziü powinny wszelkie odpady i nadwyĪki roĞlinne. Dodatkową jednak trudnoĞcią w takich biogazowniach jest koniecznoĞü higienizacji lub pasteryzacji czĊĞci substratu ze wzglĊdu na wątpliwy jego stan higieniczny. RównieĪ w tym przypadku przy projektowaniu i eksploatacji takich obiektów naleĪy uwzglĊdniü aspekty bezpieczeĔstwa pracy (Rys.1.1.) oraz kontroli

fot. Witold Jan Wardal

stabilnoĞci procesu fermentacji.

Rysunek 1.1. Instalacja alarmowa w przypadku zagroĪenia bezpieczeĔstwa - ulatniania siĊ biogazu

Ekspertyza v. I

11

Zastosowanie wysokowydajnych energetycznie substratów ze wzglĊdu na ich niskie koszty inwestycyjne (mniejsze objĊtoĞci komór fermentacyjnych), moĪe dodatkowo stworzyü korzystne ekonomicznie inwestycje. W niektórych rejonach Polski optymalną moĪe siĊ okazaü biogazownia pracująca na odpadach rolniczych oraz specjalnie do tego celu uprawianych roĞlinach energetycznych. Zaletą tego typu biogazowni jest zastosowanie substratów o stosunkowo maáych wymaganiach odnoĞnie kontroli samego procesu, jak równieĪ maáa uciąĪliwoĞü ich skáadowania i przeróbki. Przed wybraniem optymalnej w danych warunkach technologii i doborze odpowiednich surowców zaleĪnie od regionu Polski i prowadzonej w danym miejscu produkcji, naleĪy stworzyü niezbĊdne i okreĞlone dziaáania wspierające i propagujące na szczeblu regionu, a nawet kraju. Jako dobre dziaáanie moĪe nam posáuĪyü przykáad Niemiec, gdzie juĪ w roku 2000 i 2004 wprowadzono znowelizowaną ustawĊ o energii odnawialnej oraz róĪne programy zachĊcające do inwestowania w produkcjĊ biogazu. Przyczyniáo siĊ to do prawdziwego boomu w produkcji energii z biogazu. Biorąc pod uwagĊ tylko ostatnie kilka lat, moĪna stwierdziü, Īe stan liczebny 750 biogazowni funkcjonujących w 1999 r., do 2003 r. wzrósá do ok. 1700, a w 2005 r. liczba ta doszáa do 2800. Wedáug danych UrzĊdu Regulacji Energetyki w Polsce w roku 2005 dziaáaáy 64 biogazownie zasilające swym produktem – biogazem – elektrownie. Byáy to biogazownie na oczyszczalniach Ğcieków oraz wysypiskach odpadów organicznych. Przykáad istniejącej instalacji biogazowej w Pawáówku: x

Produkcja biogazu o zawartoĞci 65% biometanu i 35% dwutlenku wĊgla.

x

Surowcem energetycznym jest gnojowica pochodząca z fermy w Pawáówku i Dobrzyniu (ok. 24.090 t/rok) oraz odpady z zakáadów miĊsnych (3500 t/rok)

x

Odpady z zakáadów miĊsnych poddane są procesowi higienizacji w higienizatorze (70°C). Surowiec przez zbiornik retencyjny trafia do komór fermentacyjnych skąd po procesie fermentacji odprowadzony jest do przykrytych zbiorników na gnojowicĊ.

x

W sezonie wegetacyjnym przerobiony surowiec rozprowadzany jest na polach uprawnych jako nawóz organiczny.

Ekspertyza v. I

12

x

Substratem uzupeániającym produkcjĊ biometanu mogą byü dodatkowo odpady z produkcji roĞlinnej, kiszonki roĞlin energetycznych oraz odpady organiczne pozyskane na rynku lokalnym.

x

Produkcja biometanu: 790.000 m³/rok

x

Zakáadana produkcja biometanu z gnojowicy: 1269 m³/d, z odpadów poubojowych: 751 m³/d i gaz pozyskany z przykrytych zbiorników na gnojowicĊ: 199 m³

x

Zakáadana produkcja energii elektrycznej 1.424 400 kWh i cieplnej 2.590 350 kWh.

x

Technologia duĔska

x

Biogazownia dziaáa od czerwca 2005 r.

x

Koszty inwestycji: 4,3 mln zá.

Model matematyczny optymalizacji produkcji biogazu Na etapie projektowania biogazowni konieczna jest przeprowadzenie analizy biochemicznej substratu w celu dokonania oceny ekonomicznej. NarzĊdziem pomocnym w przewidywaniu przyszáych zysków moĪe byü model matematyczny opracowany przez np. badaczy niemieckich. ProduktywnoĞü gazu zaleĪy [Langhans, 1997] od iloĞci gazu wytwarzanej w teoretycznie nieograniczonym czasie fermentacji i relatywnie odnosi siĊ do czasu retencji hydraulicznej (t), etapu fermentacji, wspóáczynnika wzrostu bakterii (Pmax), i zredukowanego czynnika hamowania (K), zdeterminowanego przez wáasnoĞci substratu i przemiany metaboliczne.

GN YVSS u bR, VSS u §¨1  ©

· K ¸ t u Pmax  1  K ¹

GN - produktywnoĞü biogazu (wydajnoĞü z komory biogazowej) [m3 STP/(m3ud)]; STP - warunki normalne ciĞnienia i temperatury (ang. standard temperature and pressure); YVSS - jednostkowa produkcja (uzysk) biogazu [m3STP/kgVSS]; bR,VSS - áadunek organicznej przestrzeni reaktora [kgVSS/(m3ud)]; VSS - zawiesina staáych czĊĞci lotnych (ang. volatile suspendend solids).

Ekspertyza v. I

13

1.2 Optymalna technologia i dobór surowców do wytwarzania biopaliw páynnych na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych 1.2.1. Uwarunkowania produkcji biopaliw na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych Ustawa „O biokomponentach i biopaliwach ciekáych oraz o systemie monitorowania i kontrolowania jakoĞci paliw”1 weszáa w Īycie z dniem 1 stycznia 2007 r. Obiecujący rynek dla wykorzystania biopaliw stanowią pojazdy rolnicze i ciĊĪarowe. Dla gospodarstw rolnych, dostĊpne są w maáej skali urządzenia i systemy táoczenia nasion umoĪliwiające produkcjĊ biopaliw z upraw roĞlin oleistych. Innym obszarem dla wykorzystania biopaliw są autobusy zarządzane przez wáadze gminne i firmy prywatne, w związku z czym mogą z áatwoĞcią przestawiü siĊ na biopaliwa. Jednak podaĪ roĞlin energetycznych, w tym upraw rolnych ma kluczowe znaczenie dla sukcesu strategii w sprawie biopaliw. W ustawie zdefiniowano biopaliwa ciekáe i biokomponenty. Do biopaliw ciekáych miĊdzy innymi zaliczono: x

benzyny silnikowe zawierające powyĪej 5,0% objĊtoĞciowo biokomponentów lub powyĪej 15,0% objĊtoĞciowo eterów,

x

olej napĊdowy zawierający powyĪej 5,0% objĊtoĞciowo biokomponentów,

x

ester, bioetanol, biometanol, dimetyloeter oraz czysty olej roĞlinny - stanowiące samoistne paliwa; w rozumieniu ustawy są to równieĪ biokomponenty;

Ustawa reguluje: x zasady

wytwarzania,

magazynowania

i

obrót

biokomponentami

i

biopaliwami ciekáymi, wyszczególniając zasady wytwarzania przez rolników biopaliw ciekáych na wáasny uĪytek, x

zasady wykorzystania surowców rolniczych do produkcji biokomponentów,

x

zasady wprowadzania do obrotu biokomponentów i biopaliw ciekáych,

x

zasady sporządzania sprawozdawczoĞci i tryb przedkáadania sprawozdaĔ.

W Ustawie okreĞlono, Īe dziaáalnoĞü gospodarcza w zakresie wytwarzania, magazynowania lub wprowadzania do obrotu biokomponentów jest dziaáalnoĞcią regulowaną w rozumieniu przepisów o swobodzie dziaáalnoĞci gospodarczej i wymaga wpisu do rejestru wytwórców. Organem prowadzącym rejestr wytwórców jest Prezes 1

Dz.U. z 2006 r. Nr 169

Ekspertyza v. I

14

Agencji Rynku Rolnego. Wytwórca przed rozpoczĊciem produkcji musi speániü szereg warunków szczegóáowo wymienionych w Ustawie. Wytwarzane przez rolników biopaliwa ciekáe na wáasny uĪytek powinny speániaü wymagania jakoĞciowe okreĞlone w przepisach o systemie monitorowania i kontrolowania jakoĞci paliw. JednoczeĞnie nakáada siĊ sankcje na wprowadzanie do obrotu biopaliw ciekáych wytworzonych na wáasny uĪytek przez rolników. W przetwarzaniu nasion rzepaku na biopaliwo upatruje siĊ szansy rolników na uzyskanie wáasnego paliwa z rozszerzonego areaáu uprawy rzepaku, a w konsekwencji moĪliwoĞci intensyfikacji produkcji rolnej. Wedáug obliczeĔ uprawa rzepaku na 1 ha, przy wydajnoĞci rzepaku 2,6 t/ha umoĪliwia otrzymanie 804,86 l biopaliwa. O opáacalnoĞci produkcji biopaliw decyduje cena ziarna rzepaku. W prezentowanej pracy przeanalizowano dwa surowce do wytwarzania biopaliw ciekáych: nasiona rzepaku i olej rzeepakowy. Olej roĞlinny jest poddawany estryfikacji by obniĪyü jego lepkoĞü do wartoĞci akceptowalnej do rozpylenia w silniku. Proces technologiczny otrzymywania biopaliwa na bazie roĞlin oleistych skáada siĊ z nastĊpujących grup czynnoĞci: x

zabezpieczenia nasion rzepaku na okres caáorocznej produkcji biopaliwa,

x

tzw. zimnego wytáaczania oleju na linii táoczenia w skáad której wchodzą urządzenia

czyszczące

(chwytacz

magnetyczny

i

sitowy

separator

zanieczyszczeĔ organicznych), prasa Ğlimakowa z podajnikiem, zbiornik wytáoczonego oleju, przenoĞnik Ğlimakowy wytáoków, zasobnik wytáoków, zespóá filtrów z ukáadem pomp i odbieralnikiem oczyszczonego oleju oraz zbiornik magazynowy oleju, x

wytwarzania biopaliwa z oleju na linii estryfikacji skáadającej siĊ z reaktora estryfikatora wspóápracującego z mieszalnikiem katalizatora i metanolu, zespoáu specjalnych odstojników z ukáadem pomp, myjni wodnej wspóápracującej z podgrzewaczem wody i pojemnikami na wody myjące, zbiornika adsorbera, wirówki do pracy ciągáej i zbiornika magazynowego biopaliwa,

x

dystrybucji biopaliwa - biopaliwo wydawane jest ze zbiorników magazynowych.

Zabezpieczenie nasion rzepaku na caáoroczną produkcjĊ wymaga wykorzystania odpowiedniej bazy magazynowej, bądĨ przechowywania rzepaku u producentów rolnych, w warunkach zabezpieczających jego jakoĞü. Efektem produkcji w opisanym procesie technologicznym jest estryfikowany olej rzepakowy i odpad z tej produkcji faza glicerynowa.

Ekspertyza v. I

15

JakoĞü biopaliwa produkowanego na wáasny uĪytek zostaáa okreĞlona w Rozporządzeniu Min. Gospodarki

z dn 22 01 2007r. (Dz. Ustaw nr 24 ). W tym

dokumencie okreĞlono jedynie dwa parametry: x

zawartoĞü siarki nie wiĊksza niĪ 10 mg /kg,

x

minimalna temperatura zapáonu 25 0C. Faza glicerynowa po procesie transestryfikacji oleju rzepakowego, zawiera 30 –

40 % gliceryny, 10 – 20 % metanolu i okoáo 50 % mieszaniny skáadającej siĊ z mydeá, estrów metylowych kwasów táuszczowych, mono- i digliceroli, fosfolipidów, tokoferoli, substacji barwnych, wody i innych. Pod wzglĊdem ekologicznym faza glicerynowa moĪe stanowiü duĪe zagroĪenie dla Ğrodowiska, z powodu duĪego áadunku BZT, jak równieĪ toksycznoĞci ze wzglĊdu na zawarty w niej metanol.

Na rynku wystĊpują

producenci urządzeĔ dla maáej skali. Sprecyzowanie kryteriów wyboru optymalnej technologii na podstawie ofert budĪetowych jest zadaniem niemoĪliwym, poniewaĪ oferty budĪetowe posiadają nieporównywalny stopieĔ uszczegóáowienia. Dlatego teĪ jako kryteria do wyboru optymalnej technologii okreĞlono: x

produkowane biopaliwo spelnia wymogi normy,

x

koszty produkcji są najniĪsze.

1.2.2. OkreĞlenie optymalnej technologii wytwarzania biopaliw páynnych na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych W celu wyboru optymalnej technologii analizowano koszt produkcji oleju rzepakowego i biokomponentu (biopaliwa rzepakowego) na wáasne potrzeby gospodarstw rolnych.

x

Produkcja oleju rzepakowego W wyniku táoczenia ziaren rzepaku otrzymuje siĊ okoáo 33% oleju roĞlinnego i

67% makuchów. Makuchy są doskonaáym dodatkiem do paszy stosowanej w hodowli zwierząt. Dochód ze sprzedaĪy makuchów do celów paszowych jest waĪnym czynnikiem wpáywającym na koszty wytwarzania biopaliwa. Koszt wytáaczania oleju z ziaren rzepaku moĪna przeĞledziü na przykáadzie táoczni TLS-30 (o przerobie 25 ton rzepaku na dobĊ) i TLS-60 (o przerobie 50 ton rzepaku na dobĊ) firmy Gajek

Ekspertyza v. I

16

Engineering2. Koszt táoczenia jednego litra oleju rzepakowego przy uĪyciu táoczni TLS30 wynosi 2 876,51 zá/t (2,65 zá/l). Koszt táoczenia obliczono wedáug wzoru: Koszt táoczenia = (Suma kosztów materiaáów, energii i pracy – WartoĞü sprzedanych makuchów)/IloĞü wytáoczonego oleju Odpowiednie dane i wyniki obliczeĔ nakáadów dla materiaáów, energii i pracy wáoĪonej w wytáaczanie oleju zawarte są w Tabeli 1.4. Wynik obliczeĔ dla wartoĞci sprzedanego makuchu powstaáego podczas táoczenia przedstawione są w Tabeli 1.4. Struktura nakáadów poniesionych na táoczenie przedstawiona jest na Rysunku 1.2.

Koszt táoczenia oleju przy pomocy táoczni TLS-30 Praca ludzka 0,48% Energia elektryczna 1,80%

Koszt rzepaku 97,72%

Rysunek 1.2. Struktura nakáadów poniesionych na táoczenie oleju rzepakowego przy pomocy táoczni TLS-30

ħródáo: Obliczenia wáasne Tabela 1.4. Odpowiednie wskaĨniki i ceny jednostkowe niezbĊdne do obliczeĔ Materiaáy, energia, praca Koszt rzepaku3 Energia elektryczna4 Praca ludzka5 (interwencyjnie)

WskaĨnik Jednostka IloĞc/dobĊ 25 t/dobĊ 1214 2 880 kW 0,1942 1 osoba 150 Razem

WartoĞü 30 350,00 zá 559,30 zá 150,00 zá 31 059,30 zá

ħródáo: obliczenia wáasne

2

http://www.geg.pl/ Cena jednostkowa rzepaku z Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Rynek RoĞlin Oleistych 44/2008 4 Enion Energia Taryfa G11 paĨdziernik 2008 5 Szacunek 3

Ekspertyza v. I

17

Tabela 1.5. Wyniki obliczeĔ wartoĞci sprzedanych makuchów Nazwa IloĞü makuchu

WskaĨnik Jednostka Cena 6

16,75

t/dobĊ

437,5 zá/t

WartoĞü 7 328,13 zá

ħródáo: obliczenia wáasne Koszt táoczenia jednego litra oleju rzepakowego przy uĪyciu táoczni TLS-60 wynosi 2 850,47 zá/t (2,62 zá/l). Odpowiednie dane i wyniki obliczeĔ dla materiaáów, energii i pracy wáoĪonej w wytáaczanie oleju zawarte są w Tabeli 1.4. Wynik obliczeĔ dla wartoĞci sprzedanego makuchu powstaáego podczas táoczenia przedstawione są w Tabeli 1.5. Struktura kosztów táoczenia przedstawiona jest na Rysunku 1.3.

Koszty táoczenia rzepaku przy pomocy táoczni TLS-60 Praca ludzka 0,24% Energia elektryczna 1,36%

Koszt rzepaku 98,40%

Rysunek 1.3. Struktura nakáadów poniesionych na táoczenie oleju rzepakowego przy pomocy táoczni TLS-60

ħródáo: obliczenia wáasne

6

Cena jednostkowa makuchów z Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Rynek RoĞlin Oleistych 44/2008

Ekspertyza v. I

18

Tabela 1.6. Odpowiednie wskaĨniki i ceny jednostkowe niezbĊdne do obliczeĔ Materiaáy, energia, praca Koszt rzepaku7 Energia elektryczna8 Praca ludzka9 (interwencyjnie)

WskaĨnik Jednostka IloĞc/dobĊ 50 t/dobĊ 1214 4 320 kW 0,1942 1 osoba 150 Razem

WartoĞü 60 700,00 zá 838,94 zá 150,00 zá 61 688,94 zá

ħródáo: obliczenia wáasne

Tabela 1.7. Wyniki obliczeĔ wartoĞci sprzedanych makuchów Nazwa IloĞü makuchu

WskaĨnik Jednostka 10

33,5

t/dobĊ

Cena

WartoĞü

437,5 zá/t 14 656,25 zá

ħródáo: obliczenia wáasne Z wyników obliczeĔ wynika, Īe róĪnica kosztów táoczenia dla przerobu rzepaku 25 ton na dobĊ i 50 ton na dobĊ jest nieznaczna. W obydwu przypadkach koszt táoczenia zaleĪy od kosztów rzepaku (97,72% dla przerobu 25 t/d i 98,40% dla przerobu 50 t/d). NaleĪy siĊ spodziewaü, Īe dla innych typów táoczni struktura nakáadów poniesionych na táocznie bĊdzie podobna i zaleĪeü bĊdzie od kosztów rzepaku.

Przygotowanie mieszaniny katalitycznej ReakcjĊ estryfikacji przyspiesza katalizator (zwykle jest to KOH lub NaOH). Miesza siĊ go z metanolem by uáatwiü póĨniej zmieszanie z olejem. W ten sposób powstaje mieszanina katalityczna.

Reakcja estryfikacji ReakcjĊ estryfikacji przeprowadza siĊ mieszając olej rzepakowy z mieszaniną katalityczną. ReakcjĊ tą naleĪy przeprowadziü w temperaturze okoáo 35qC. Wymaga to podgrzewania mieszaniny podczas jej mieszania.

7

Cena jednostkowa rzepaku z Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Rynek RoĞlin Oleistych 44/2008 8 Enion Energia Taryfa G11 paĨdziernik 2008 9 Szacunek 10 Cena jednostkowa makuchu z Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Rynek RoĞlin Oleistych 44/2008

Ekspertyza v. I

19

Technologia PIMR11 (http://www.wir.org.pl/raporty/biopaliwo.htm) W technologii PIMR (Przemysáowego Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu) stosuje siĊ olej rzepakowy. W koszcie produkcji biopaliwa zostaá przyjĊty obliczony wczeĞniej koszt oleju rzepakowego (2,62 zá/l) w którym uwzglĊdniono sprzedaĪ makuchów i pracĊ ludzką. Zakáada siĊ, Īe ten sam pracownik, który nadzoruje táoczniĊ bĊdzie nadzorowaá produkcjĊ biopaliwa. Dane do obliczeĔ i ich wyniki wraz z procentową strukturą zostaáy przedstawione w Tabeli 1.8. StrukturĊ kosztów przedstawiono na Rysunku 1.4. Koszty zostaáy odniesione do rocznej produkcji. Zwykle są káopoty z zagospodarowaniem fazy glicerynowej z agrorafinerii. PrzyjĊto, Īe nie ma dochodu ze sprzedaĪy tej fazy. Obliczenia nie uwzglĊdniają podatków.

Tabela 1.8. Dane do obliczeĔ, ceny jednostkowe i wyniki obliczeĔ IloĞü

Nazwa Olej12

Jedn.

IloĞü

Cena Jedn.

jedn.

101 200

l

101 200

l

2,62

1 526

kg

1 526

kg

6,04

13,1

m3

13 100

l

5,57

20

Wh/l

2 024

13

KOH

14

Metanol

15

Energia elektryczna

kWh 0,1942 Razem

WartoĞü

%

265 144,00 zá 76,25% 9 217,04 zá

2,65%

72 967,00 zá 20,98% 393,06 zá

0,11%

347 721,10 zá 100,00%

ħródáo: obliczenia wáasne Koszt produkcji 1 l biopaliwa = Koszt produkcji/WielkoĞü produkcji

Koszt produkcji 1 l biopaliwa wg. technologii PIMR = 347 721,10 zá zá/84 500 l = 4,12 zá/l

11

http://www.wir.org.pl/raporty/biopaliwo.htm Obliczenia wáasne 13 Stanlab 14 Chempur 15 Cena jednostkowa makuchu z Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Rynek RoĞlin Oleistych 44/2008 12

Ekspertyza v. I

20

Struktura kosztów produkcji biopaliwa wg. technologii PIMR

Metanol; 20,98%

Energia elektryczna; 0,11%

KOH; 2,65%

Olej; 76,25%

Rysunek 1.4. Struktura kosztów produkcji biopaliwa wg. technologii PIMR

ħródáo: obliczenia wáasne Technologia Hydrapress W40016 (http://www.hydrapres.pl/26,wytwornia-estrowmetylowych-biopress.html) W technologii Hydrapress obliczenia przeprowadzono dla linii technologicznej W400 o wydajnoĞci 420 litrów w ciągu jednego cyklu produkcyjnego. W koszcie produkcji biopaliwa zostaá przyjĊty obliczony wczeĞniej koszt oleju rzepakowego w którym uwzglĊdniono sprzedaĪ makuchów i pracĊ ludzką. Zakáada siĊ, Īe ten sam pracownik, który nadzoruje táoczniĊ bĊdzie nadzorowaá produkcjĊ biopaliwa. Dane do obliczeĔ i ich wyniki wraz z procentową strukturą zostaáy przedstawione w Tabeli 1.9. StrukturĊ kosztów przedstawiono na Rysunku 1.6. Koszty zostaáy odniesione do jednego cyklu produkcji. Zwykle są káopoty z zagospodarowaniem fazy glicerynowej z agrorafinerii. PrzyjĊto, Īe nie ma dochodu ze sprzedaĪy tej fazy. Obliczenia nie uwzglĊdniają podatków.

16

http://www.hydrapres.pl/26,wytwornia-estrow-metylowych-biopress.html

Ekspertyza v. I

21

Tabela 1.9. Dane do obliczeĔ, ceny jednostkowe i wyniki obliczeĔ wg. technologii Hydrapress W400 IloĞü

Nazwa Olej roĞlinny17 18

KOH

19

Metanol

20

En. elektryczna

Cena Jedn.

440

l

7,2

kg

64 8,8

jedn.

WartoĞü

%

2,62 zá 1 152,80 zá 6,04 zá 43,49 zá

74,16%

l

5,57 zá

356,48 zá

22,93%

kWh

0,19 zá

1,67 zá

0,11%

2,80%

Razem 1 554,44 zá 100,00%

ħródáo: obliczenia wáasne Koszt produkcji 1 l biopaliwa = Koszt produkcji/WielkoĞü produkcji

Koszt produkcji 1 l biopaliwa wg. technologii Hydrapress W400 = 1 554,44 zá/420 l = 3,70 zá/l

Struktura kosztów produkcji biopaliwa wedáug technologii W-400 firmy Hydrapress

Metanol 22,93%

En. elektryczna 0,11%

KOH 2,80%

Olej roĞlinny 74,16%

Rysunek 1.5. Struktura kosztów produkcji wg. technologii Hydrapress W400

ħródáo: obliczenia wáasne

17

Obliczenia wáasne Stanlab 19 Chempur 20 Enion Energia Taryfa G11 paĨdziernik 2008 18

Ekspertyza v. I

22

Technologia IMX21 (linia BK 1300L; http://www.biopaliwaon.com.pl/) W technologii IMX obliczenia przeprowadzono dla linii technologicznej BK 1300L o wydajnoĞci 1 000 litrów w ciągu jednego cyklu produkcyjnego. W koszcie produkcji biopaliwa zostaá przyjĊty obliczony wczeĞniej koszt oleju rzepakowego, w którym uwzglĊdniono sprzedaĪ makuchów i pracĊ ludzką. Zakáada siĊ, Īe ten sam pracownik, który nadzoruje táoczniĊ bĊdzie nadzorowaá produkcjĊ biopaliwa. Dane do obliczeĔ i ich wyniki wraz z procentową strukturą zostaáy przedstawione w Tabeli 1.10. StrukturĊ kosztów przedstawiono na Rysunku 1.6. Koszty zostaáy odniesione do jednego cyklu produkcji. Zwykle są káopoty z zagospodarowaniem fazy glicerynowej z agrorafinerii. PrzyjĊto, Īe nie ma dochodu ze sprzedaĪy tej fazy. Obliczenia nie uwzglĊdniają podatków.

Tabela 1.10. Dane do obliczeĔ, ceny jednostkowe i wyniki obliczeĔ wg. technologii IMX dla linii technologicznej BK 1300L Nazwa

IloĞü Jedn.

Olej roĞlinny22

1000

l

1,55 160

23

KOH

24

Metanol

25

En. elektryczna

Cena

WartoĞü

%

2,62 zá

2 620,00 zá

74,34%

kg

6,04 zá

9,36 zá

0,27%

l

5,57 zá

891,20 zá

25,29%

0,19 zá

3,80 zá

0,11%

20 kWh

jedn.

Razem

3 524,36 zá 100,00%

ħródáo: obliczenia wáasne Koszt produkcji 1 l biopaliwa = Koszt produkcji/WielkoĞü produkcji

Koszt produkcji 1 l biopaliwa wg. technologii IMX BK 1300L = 3 524,36 zá /1 000 l = 3,52 zá/l

21

http://www.biopaliwaon.com.pl/ Obliczenia wáasne 23 Stanlab 24 Chempur 25 Enion Energia Taryfa G11 paĨdziernik 2008 22

Ekspertyza v. I

23

Struktura kosztów produkcji biopaliwa wg. technologii IMX En. elektryczna 0,11% Metanol 25,29%

KOH 0,27%

Olej roĞlinny 74,34%

Rysunek 1.6. Struktura kosztów produkcji biopaliwa wedáug technologii IMX

ħródáo: obliczenia wáasne

Wyniki obliczeĔ kosztów produkcji biopaliw Struktura kosztów produkcji biopaliwa wskazuje, Īe w zaleĪnoĞci od technologii najwiĊkszą pozycją kosztów jest olej roĞlinny. Jego udziaá w kosztach waha siĊ od 74,16% (Hydrapress) do 76,25% (PIMR). Wskazuje to na bardzo duĪe podobieĔstwo tych technologii. Od strony chemicznej posiadają one tą samą recepturĊ chemiczną. Pewne podobieĔstwa wykazuje tu równieĪ sprzĊt zastosowany do produkcji. Obliczone koszty produkcji biopaliwa to: 4,12 zá/l (PIMR), 3,70 zá/l (Hydrapress) i 3,52 zá/l (IMX).

Olej roĞlinny jako biopaliwo Olej roĞlinny jest poddawany estryfikacji by obniĪyü jego lepkoĞü do wartoĞci akceptowalnej do rozpylenia w silniku. By zmniejszyü lepkoĞü oleju i zastosowaü go w silniku (bez przeprowadzania reakcji transestryfikacji) moĪna zastosowaü ukáad dwuobwodowy z podgrzewaniem oleju gazami spaliwnowymi. Wymaga on montaĪu pewnych

dodatkowych

Ekspertyza v. I

urządzeĔ,

które

są

dostĊpne

na

rynku

(np.

24

http://www.4kolka.pl/-c-69.html). Wtedy zwykáy olej rzepakowy moĪe byü stosowany jako paliwo. Koszt tego oleju jest równy kosztowi jego táoczenia i wynosi ok. 2,62 zá/l (bez uwzglĊdnienia podatków). Jest to prawie o poáowĊ mniej od kosztu produkcji estrów z tego samego oleju rzepakowego.

Zestawienie poszczególnych kosztów produkcji i nakáadów inwestycyjnych Wyniki obliczeĔ kosztów produkcji dla poszczególnych technologii są przedstawione w Tabeli 1.11. i graficznie na Rysunku 1.6.

Tabela 1.11. Zestawienie wyników obliczeĔ kosztów produkcji biopaliwa dla poszczególnych technologii Lp.

Technologia

Koszt biopaliwa 4,12 zá

1

PIMR

2

Hydrapress

3,70 zá

3

IMX

3,52 zá

4

Podgrzewanie oleju

2,62 zá

ħródáo: obliczenia wáasne Koszt produkcji 4,5 4 3,5 Koszt [zá/l]

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 PIMR

Hydrapress

IMX

Podgrzewanie oleju

Technologia

Rysunek 1.7. Graficzne przedstawienie wyników obliczeĔ kosztów produkcji biopaliwa dla poszczególnych technologii

ĩródáo: obliczenia wáasne Ekspertyza v. I

25

Nie przeprowadzono dalszych rachunków dotyczących akcyzy gdyĪ przyjĊto, Īe akcyza w jednakowym stopniu wpáynie na koszt caákowity produkcji biopaliwa.

Do rozwaĪaĔ przyjĊto nakáady inwestycyjne potrzebne do produkcji biopaliwa bez zakupu táoczni. Koszty zakupu táoczni są zróĪnicowane w zaleĪnoĞci od producenta i wielkoĞci produkcji. UwzglĊdnienie poszczególnych producentów táoczni i ich wydajnoĞci niepotrzebnie zaciemniáoby obraz analizy technologii produkcji biopaliwa. Urządzenia do produkcji biopaliwa zwykle pochodzą od innych producentów niĪ producenci táoczni. Do analizy wyboru najtaĔszej technologii wystarczy znaü nakáady inwestycyjne urządzeĔ do produkcji biopaliwa. Nakáady te w cenach netto i brutto zawarte są w Tabeli 1.12. i graficznie przedstawione na Rysunku 1.8.

Tabela 1.12. Nakáady inwestycyjne na urządzenia do produkcji biopaliwa Lp.

Technologia

Nakáad inwestycyjny Nakáad inwestycyjny instalacji (netto)

instalacji (brutto)

1 PIMR

28 689,00 zá

35 000,00 zá

2 Hydrapress

20 900,00 zá

25 500,00 zá

3 IMX

20 000,00 zá

24 400,00 zá

652,00 zá

796,00 zá

4 Podgrzewanie oleju

ħródáo: obliczenia wáasne

Ekspertyza v. I

26

Nakáady inwestycyjne brutto dla poszczególnych technologii

Nakáad inwestycyjny brutto [zá]

35 000,00 zá 30 000,00 zá 25 000,00 zá 20 000,00 zá 15 000,00 zá 10 000,00 zá 5 000,00 zá 0,00 zá PIMR

Hydrapress

IMX

Podgrzewanie oleju

Technologia

Rysunek 1.8. Nakáady inwestycyjne brutto dla poszczególnych technologii

ħródáo: obliczenia wáasne Nakáady te moĪna odnieĞü do produkcji 1 000 litrów paliwa jako pewnego wskaĨnika porównawczego. Przedstawione to zostaáo w Tabeli 1.13. i graficznie na Rysunku 1.9.

Tabela 1.13. Nakáady inwestycyjne odniesione do produkcji 1 000 litrów biopaliwa

Lp.

Technologia

Nakáad inwestycyjny

Nakáad inwestycyjny

instalacji (netto) na

instalacji (brutto) na

1 000 l

1 000 l

1 PIMR

28,69 zá

35,00 zá

2 Hydrapress

20,90 zá

25,50 zá

3 IMX

20,00 zá

24,40 zá

0,65 zá

0,80 zá

4 Podgrzewanie oleju

ħródáo: obliczenia wáasne

Ekspertyza v. I

27

Nakáady inwestycyjne odniesione do 1 000 litrów biopaliwa

Nakáad inwestycyjny [zá/1 000 l]

35,00 zá 30,00 zá 25,00 zá 20,00 zá 15,00 zá 10,00 zá 5,00 zá 0,00 zá PIMR

Hydrapress

IMX

Podgrzewanie oleju

Technologia

Rysunek 1.9. Nakáady inwestycyjne odniesione do produkcji 1 000 litrów biopaliwa

ħródáo: obliczenia wáasne

Ekspertyza v. I

28

1.3. Dobór roĞlin i optymalna technologia przygotowania biomasy do spalania w instalacjach do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej

1.3.1 Metodyka doboru roĞlin Przy

wspóáczesnym

poziomie

rozwoju

gospodarczego

podstawowymi

czynnikami przyrodniczymi w warunkach naturalnych wpáywającymi na plony kaĪdej uprawianej roĞliny jest klimat i gleba. Stąd teĪ podstawowym zadaniem kaĪdego producenta jest maksymalne dopasowanie wymagaĔ uprawianych roĞlin do istniejących warunków przyrodniczych. Dopiero speánienie tego wymogu bĊdzie gwarantem uzyskania satysfakcjonujących plonów przy najmniejszych kosztach materiaáowych oraz nakáadach pracy mechanicznej i Īywej. WystĊpuje zaleĪnoĞü, Īe im wyĪsza jest klasa gleby tym wiĊcej roĞlin znajduje optymalne warunki do wzrostu i wydaje wyĪszy iloĞciowo i jakoĞciowo plon. W skali wskaĨników klimatycznych najbardziej niestabilnym czynnikiem są opady. O wyborze roĞlin na cele energetyczne decyduje sprawnoĞü energetyczna, czyli stosunek energii zawartej w biomasie do energii potrzebnej na jej wytworzenie.Z dotychczasowych doĞwiadczeĔ wynika, Īe w warunkach Polski najwiĊkszą wydajnoĞü energetyczną mają roĞliny wieloletnie, takie jak wierzba krzewiasta (Salix ssp.), topole (Populus) miskanty (np. olbrzymi - sinesis giganteus), czy Ğlazowiec pensylwaĔski (Sida hermaphrodita Rusby), a takĪe niektóre trawy np. mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea). Nie wymagają one corocznego przeprowadzania intensywnych zabiegów agrotechnicznych związanych z zakáadaniem plantacji. Przy wyborze szczególną uwagĊ naleĪy zwróciü na jakoĞü i przydatnoĞü gleby do uprawy wybranego gatunku roĞliny, stosunki wodne (poziom wody gruntowej i opad atmosferyczny), rozkáad temperatury i dáugoĞü sezonu wegetacyjnego. SpoĞród drzew, najwiĊkszym zainteresowaniem jako materiaá na plantacje energetyczne cieszą siĊ wierzby i topole. Topole naleĪą do rodziny wierzbowatych. Wiele odmian tworzonych na bazie wierzby wiciowej- Salix viminalis moĪna uprawiaü na uĪytkach rolnych caáej Polski. Od depresyjnych terenów ĩuáaw do terenów podgórskich o wysokoĞci 350-550 metrów n.p.m. (Grzybek, Dubas i inni 2003) Do uprawy tych wierzb najbardziej przydatnymi są gleby III, IV i V klasy bonitacyjnej. Koniecznym warunkiem powodzenia udatnoĞci uprawy jest dostateczna iloĞü opadów. Ekspertyza v. I

29

Niedostateczna iloĞü opadów w okresie: maj- czerwiec moĪe powodowaü wypadanie nasadzeĔ ze wzglĊdu na niedostateczny rozwój systemu korzeniowego máodych roĞlin. Ma to miejsce, przede wszystkim na gruntach mineralnych, glebach sáabych, áatwo przepuszczalnych. WaĪnym jest, aby plantacje wierzby zakáadane byáy na uĪytkach rolnych dobrze uwodnionych. Optymalny poziom wód gruntowych przeznaczonych pod uprawĊ wierzby energetycznej to: 100 - 300 cm dla gleb piaszczystych, 160 – 190 cm dla gleb gliniastych (Grzybek A. Dubas J.i inni 2003). Krótkotrwaáe przymrozki nie przekraczające - 10°C nie wywierają wiĊkszego wpáywu na wzrost i rozwój powszechnie wystĊpujących odmian wierzb. Wybrane stanowiska glebowe pod uprawĊ wierzby powinny byü przebadane przez StacjĊ Chemiczno- Rolniczą, stwierdzającą zasobnoĞü i kwasowoĞü gleby. Odpowiednim dla wikliny sadzonej na glebach mineralnych i organicznych odczynem jest pH pomiĊdzy 5,5 a 6,5, a wiĊc gleby nieznacznie kwaĞne. Spektrum dla niektórych odmian moĪe byü szersze i ksztaátowaü siĊ pomiĊdzy 5,5 a 7,5 pH, jednak odczyn powyĪej pH 7,5 jest przez wierzbĊ Ĩle tolerowany. W uprawie na jednym stanowisku jest od 15-20 lat, przy plonie 8 – 20 t/ha rocznie, przy 24 – 60 t/ha w 3 – letniej rotacji. ProduktywnoĞü z 1 hektara zalezna jest od

stanowiska uprawowego,

rodzaju gleby, poziomu wód gruntowych,

przygotowania agrotechnicznego. Dobór klonu, genotypu, odmiany do konkretnych warunków uprawy, takĪe sposób i iloĞü rozmieszczenia sadzonek na powierzchni 1 hektara ma równieĪ wpáyw na produktywnoĞü.W krajowym doborze topoli do uprawy plantacyjnej znalazáo siĊ osiem odmian z grupy mieszaĔców euramerykaĔskich i amerykaĔskich. Odmiany uprawiane na masĊ drzewną mają szczególnie duĪe wymagania w stosunku do warunków klimatycznych, glebowych i wodnych (Bugaáa 1973; Zabielski 1998).Do osiągniĊcia wysokiej produktywnoĞci topole wymagają dáugiego okresu wegetacyjnego (minimum 180 dni) i wysokiej temperatury zwáaszcza w okresie czerwiec-wrzesieĔ , w którym Ğrednia powinna wynosiü 17˚C (Špalek i Mott, 1960; Lange 1966). Wytyczne (NZLP 1986) pod uprawĊ topól zalecają nastĊujące gleby wg malejącej przydatnoĞci: mady rzeczne lekkie, Ğrednie oraz piaszczyste na terenach zalewowych i nadzalewowych; wytworzone ze spiaszczonych utworów pyáowych lessowatych i pochodzenia wodnego; wytworzone z lessów; rĊdziny gáĊbokie o skale wĊglanowej poniĪej 1 m; wytworzone z glin lekkich i Ğrednio spiaszczonych oraz piasków gliniastych na glinach lekkich i Ğrednich zalegających na gáĊbokoĞci od okoáo 1,5 m. W przypadku zakáadania plantacji o skróconym cyklu na gruntach rolnych jako najbardziej przydatne uwaĪa siĊ Īyzne gleby rolnicze o dobrych stosunkach Ekspertyza v. I

30

powietrzno- wodnych (utrzymujące dostateczny zasób wilgoci w sezonie wegetacyjnym ale nie za mokre, dobrze przewietrzane) umoĪliwiające przerastanie korzeni do gáĊbokoĞci nie mniej niĪ 1 m (Mitchell i in. 1999). Wedáug Zajączkowskiego i in. [2001a] dotychczasowe badania w warunkach polskich dokumentują zadowalającą produktywnoĞü plantacji topolowych o skróconym cyklu na glebach II, III i IVa klas bonitacji rolniczej. WaĪny jest takĪe odczyn gleb. Topole euramerykaĔskie wymagają stosunkowo wysokiego pH gleby, w granicach 6,0 – 7,5 (Zabielski 1998). Topole mają duĪe wymagania w stosunku do wody. Poziom wód gruntowych powinien byü na gáĊbokoĞci 50 – 200 cm, a woda musi byü dobrze natleniona, przepáywowa. Mizerne przyrosty i wypadanie drzew na stokach lessowych obserwowano na plantacji topoli w Steniatynie koáo Tomaszowa Lubelskiego (KoĞcik B. 2001). O wielkoĞci zuĪycia wody Ğwiadczy wspóáczynnik transpiracji okreĞlający iloĞü wody zuĪytej na wyprodukowanie 1 kg suchej masy roĞlinnej. Królikowski i BaraĔski (1962) podają, Īe dla topoli wynosi on 500 litrów. W Polsce badania moĪliwoĞci produkcyjnych drewna w plantacjach topolowych o skróconym cyklu prowadziL Instytut Badawczy LeĞnictwa ( Zajączkowski i in. 2001a ). Na podstawie wyników tych badaĔ, spoĞród testowanych 17 odmian do uprawy rekomendowane są trzy: Populus x euramericana (Dode) Gunier ‘Dorskamp’;

Populus x interamericana Van Broekhuizen ‘Barn’; Populus x

interamericana Van Broekhuizen

‘Beaupre’. Odmiany te w dobrych warunkach

siedliska umoĪliwiają uzyskanie Ğredniego rocznego plonu ponad 8 ton s.m. z 1 ha. Jednym z nowych gatunków uprawnych jest Ğlazowiec pensylwaĔski (Sida hermaphrodita Rusby) ĝlazowiec pensylwaĔski (Sida hermaphrodita Rusby) naleĪy do rodziny

Ğlazowate

(Malvaceae). Dotychczasowe

nasze

obserwacje

i

wyniki

doĞwiadczeĔ wskazują, Īe Ğlazowiec moĪe byü uĪytkowany przez 15-20 lat (Borkowska H., Styk B. 1997). DziĊki zakáadaniu pączków wzrostowych na korzeniach w strefie przyáodygowej, roĞlina corocznie odrasta, zwiĊkszając liczbĊ áodyg od jednej, w pierwszym roku, do 20-30 w czwartym i nastĊpnych latach ZawartoĞü suchej masy w áodygach Ğlazowca moĪe przekraczaü 70 % ĝlazowiec nie ma specjalnych wymagaĔ w stosunku do klimatu i gleby. Udaje siĊ nawet na glebach piaszczystych V klasy bonitacyjnej byle dostatecznie uwilgotnionych. DziĊki gáĊbokiemu systemowi korzeniowemu jest to roĞlina odporna na okresowe susze, doskonale nadająca siĊ do uprawy chyba we wszystkich rejonach kraju. OczywiĞcie, Īe na glebach ĪyĨniejszych wytwarza wiĊkszą masĊ nadziemną, wyrastając do ponad 4 m. wysokoĞci, zaĞ na glebach ubogich i przy niedostatku opadów wysokoĞü roĞlin i masa bĊdą znacznie Ekspertyza v. I

31

niĪsze. Na glebach kl. IV i V, na których przy odpowiedniej agrotechnice moĪe zostaü wiodącym gatunkiem pod wzglĊdem trwaáoĞci plantacji i wysokoĞci corocznych plonów biomasy. WilgotnoĞü zbieranych áodyg moĪna regulowaü odpowiednio dobierając termin zbioru roĞliny. Zbierana w paĨdzierniku masa zawieraáa Ğrednio 43 % wody, zaĞ Ğrednia wilgotnoĞü áodyg zbieranych w grudniu spadaáa do 28 %. Wysoka zawartoĞü suchej masy (63-77 %) w áodygach zbieranych zimą wskazuje na moĪliwoĞü zastosowania ich do bezpoĞredniego spalania. Miskant olbrzymi – Miscanthus sinesis giganteu s- charakteryzuje siĊ fotosyntezą typu C-4, która jest bardziej wydajna od fotosyntezy C-3 charakterystycznej dla roĞlin z naszej strefy klimatycznej. W warunkach klimatycznych Ğrodkowej Europy miskant olbrzymi tworzy pĊdy o wysokoĞci 2-3,5 m (El Bassam N. 1996), trawa ta nie ma szczególnych wymagaĔ co do typu gleby, poniewaĪ moĪe to byü nawet V, VI klasa ale jej pH powinno wynosiü okoáo 6,5. Poza tym szczególnie w pierwszych dwóch latach sadzonki są bardzo wraĪliwe na poziom wody gruntowej, który nie powinien byü niĪszy niĪ 2 m. Powszechnie podaje siĊ, Īe roczna suma opadów powinna oscylowaü wokóá 600 mm Wymagania te są zbliĪone do naszych parametrów klimatycznych. Z 1 ha plantacji miscanta olbrzymiego moĪna otrzymaü do 30 t · ha-1 suchej masy (Deuter M., JeĪowski S. 1997). Maksymalny plon miskantów uzyskuje siĊ po zakoĔczeniu wegetacji. Jednak, jak wynika z wáasnych obserwacji, w okresie zimowym nastĊpuje obniĪenie plonu suchej masy w wyniku straty czĊĞci liĞci przez roĞlinĊ. Jest to proces szczególnie widoczny w czasie wystepowania silnych wiatrów. Stąd teĪ wyniki doĞwiadczeĔ polskich skáaniają do zalecania zbioru jesienią z uwagi na to, Īe juĪ we wrzeĞniu roĞliny są juĪ caákowicie zaschniĊte, a liĞcie na tyle kruche, Īe dáuĪsze pozostawienie ich na polu powodowaáoby powaĪne straty plonu. Mozga trzcinowata – Phalaris arundinacea - jest to trawa trwaáa typu ozimego. Dobrze roĞnie w siedliskach umiarkowanie wilgotnych i mokrych o glebach Īyznych mineralnych oraz torfowych, znosi okresowe zalewy ale tylko wtedy kiedy jest to woda przepáywająca. W korzystnych warunkach moĪna zebraü od 10 do ponad 15 t · ha-1 suchej masy (El Bassam N. 1996). ZawartoĞü krzemu w plonie waha siĊ w granicach 0,3-2,3% w s.m. i zaleĪy od warunków siedliskowych. Jest to typowa trawa stosowana do mieszanek na wilgotne áąki koĞne ale z uwagi na wysokie plony i zajmowane siedliska jest to obiecująca trawa energetyczna. Zatem w zakresie uprawy roĞlin na cele energetyczne moĪna stwierdziü, Īe wystepują technologie zbioru porównywane do zbioru sáomy i siana oraz porównywane do drzew leĞnych.

Ekspertyza v. I

32

DuĪe przestrzenne zróĪnicowanie warunków przyrodniczych, w tym gáównie glebowych, wodnych i klimatycznych stanowi znaczne ograniczenie w wyborze lokalizacji plantacji roĞlin energetycznych. Niska produkcyjnoĞü gleb lekkich lub niedobór wody w okresie intensywnego wzrostu niesie ryzyko znacznego zmniejszenia plonów biomasy i moĪe mieü negatywny wpáyw na wyniki ekonomiczne przedsiĊwziĊcia energetycznego. WáaĞciwoĞci fizykochemiczne wybranych roĞlin energetycznych podano w tabeli 1.14. Tabela 1.14. WáaĞciwoĞci fizykochemiczne wybranych roĞlin energetycznych

Wyszczególnienie

Jednostki

Wierzba wiciowa

ĝlazowiec pensylwaĔski

Miskant olbrzymi

Topinambur

WilgotnoĞü Popioáu WĊgiel Tlen Wodór Chlor Azot Siarka Fosfor Sód WartoĞü opaáowa WartoĞü opaáowa w stanie suchym Ciepáo spalania

% % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. MJ/kg

45 1,3-1,9 49-51 44,3 6,1