Monosubstratowe mikrobiogazownie jako rozwiązanie problemu gnojowicy?

W powszechnym przekonaniu gnojowica uważana jest za najbardziej uciążliwy odpad biologiczny powstający w rolnictwie. Jest to przede wszystkim związane z nieprzyjemnym zapachem odchodów, moczu i resztek pokarmowych, które ulatniają się do środowiska z powodu wysokiej zawartości siarkowodoru, amoniaku, kwasów tłuszczowych itp. To istotny problem społeczny, budzący liczne obawy, najczęściej wyrażane w protestach lokalnych społeczności.

Takie przejawy niezadowolenia i braku akceptacji pojawiają się prawie przy każdej próbie budowy rolniczych biogazowni wykorzystujących gnojowicę i kiszonkę jako podstawowe substraty fermentacyjne. W rzeczywistości problem gnojowicy jest znacznie większy i bardziej złożony niż powszechnie się wydaje. Najlepiej widać to na przykładzie hodowli bydła, gdzie dynamiczny rozwój i wysoka koncentracja hodowli zwierząt wiąże się z powstawaniem znacznej ilości odchodów i problemem ich zbierania oraz utylizacji bez negatywnego wpływu na równowagę biologiczną otoczenia. Według ostatniego spisu rolnego z 2010 roku w Polsce było 453,902 gospodarstw, w których utrzymywano krowy, a łączna populacja wynosiła 2,657,365. Z tej liczby aż 79,325 to gospodarstwa wykorzystujące nowoczesne obory wolnostanowiskowe lub uwięziowe (Raport z wyników Powszechnego Spisu Rolnego 2010). Pamiętajmy, że przez ostatnie sześć lat liczba ta nieustannie rośnie, a hodowla się koncentruje. W swoich analizach eksperci branżowi wskazują na Polskę jako jeden z nielicznych krajów, które po zniesieniu kwot mlecznych będą nadal notować wzrost produkcji i pogłowia stad. Te informacje należy połączyć z wynikami badań wskazującymi, że z jednej hodowli bydła mlecznego do atmosfery emitowane jest aż 19.4 kg CH4, tylko z odchodów. Przypomnijmy, że wpływ metanu na globalny efekt cieplarniany jest 25 razy wyższy niż CO2. Metanowi towarzyszy także amoniak, który z kolei prowadzi do zakwaszenia atmosfery i gleby. Tradycyjna i najczęściej stosowana metoda utylizacji gnojowicy to jej użycie jako naturalnego nawozu biologicznego, zwiększającego efektywność plonów. Jednakże metoda ta nie eliminuje emisji zapachów i szkodliwych substancji do najbliższego otoczenia i atmosfery. Ponadto może powodować nadmiar fosforu i związków azotu w wodach i glebie, prowadząc do eutrofizacji wód powierzchniowych. Problem ten jest szeroko uwzględniony w Strategii UE dla Regionu Morza Bałtyckiego, co powinno być istotne dla nas wszystkich, ponieważ aż 99.7 procent polskich rzek, niosących związki przenikające do gleby, należy do zlewni Morza Bałtyckiego.

Dzięki zastosowaniu monosubstratowych mikrobiogazowni, czy gnojowica przestanie być postrzegana jako obciążający dla środowiska składnik biomasy? Odpowiedź brzmi tak. Doświadczenia krajów tzw. starej Unii Europejskiej wskazują, że optymalnym sposobem zagospodarowania „wygodnej biomasy” nie jest jej składowanie czy bezpośrednie stosowanie do gleby, ale jej energetyczne wykorzystanie w procesach fermentacji metanowej. Proces ten może odbywać się w sposób kontrolowany i wysoko efektywny, np. w rolniczych biogazowniach. Obecnie w Polsce rozwój segmentu rolniczych biogazowni wspierają zarówno przepisy wprowadzone po nowelizacji ustawy o OZE, jak i proponowane zmiany w trybie obrotu masą pofermentacyjną z rolniczych biogazowni. Wprowadzenie tych regulacji to zdecydowany krok w bardzo dobrym kierunku na przyszłość. A jaka jest sytuacja obecnie? „Polska ma ogromny potencjał do produkcji biogazu rolniczego.” To stwierdzenie jest umieszczone w cudzysłowie, ponieważ cytuje opinie wielu ekspertów. W pełni się z tym zgadzam. Jednak powinniśmy zapytać: dlaczego, skoro ten potencjał sięga aż 10 miliardów m3, my, społeczeństwo, nie dostrzegamy go jeszcze w realnych inwestycjach i strukturze produkcji energii w Polsce? Dlaczego w Centralnym Rejestrze Wytwórców Biogazu Rolniczego na dzień 4 stycznia 2017 roku figuruje tylko 85 podmiotów o łącznej zainstalowanej mocy zaledwie 101.3 MWe? To mniej niż 2% zainstalowanej mocy elektrycznej w całej polskiej OZE. Dlaczego przez cały 2015 rok wszystkie tzw. elektrownie na biomasę ubiegały się o zielone certyfikaty na wolumeny tylko do 4.49 TWh? (URE 2016). Dlaczego te instalacje łącznie mogą produkować jedynie do 0.4 miliarda m3 biogazu rolniczego rocznie? W bilansie tym nie uwzględniono mikrobiogazowni rolniczych, ale w tym przypadku sytuacja jest jeszcze gorsza, ponieważ ich liczba w Polsce wynosi zaledwie kilka działających jednostek i w żaden sposób nie wpływa na bilans energetyczny kraju.

Istnieje wiele przyczyn tej sytuacji, które były analizowane wielokrotnie w wielu publikacjach. Problem jest jednak głębszy, co potwierdza bardzo niskie zainteresowanie podmiotów działających w branży biogazowej uczestnictwem w pierwszej aukcji OZE, która odbyła się 30 grudnia 2016 roku. W ostatnich latach nie tylko wybudowano niewiele nowych biogazowni rolniczych, ale wiele z istniejących znacząco zmniejszyło poziom produkcji, co staje się coraz mniej opłacalne, m.in. z powodu ograniczonej dostępności i cen substratów, licznych protestów społecznych, niedogodności transportowych i zbyt niskiej rentowności sprzedaży energii. Prawdziwe zainteresowanie uruchamianiem nowych biogazowni wśród podmiotów sektora rolniczego również słabnie. Coraz częściej można przeczytać, że „pozyskiwanie lub produkcja biomasy nie może prowadzić do konkurencji o przestrzeń produkcyjną rolną i mieć negatywnego wpływu na bioróżnorodność, inwestycje powinny być ukierunkowane na zagospodarowanie odpadów z rolnictwa i hodowli” (cytat z dokumentu pt. „Szczegółowy Opis Osi Priorytetowych” Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podlaskiego na lata 2014-2020).

Monosubstratowe biogazownie

Jednym z rozwiązań tej sytuacji mogą być rolnicze, monosubstratowe mikroinstalacje biogazowe zlokalizowane bezpośrednio na gospodarstwie. Wtedy jest to również miejsce neutralizacji negatywnego wpływu gnojowicy i bezpośredniego wykorzystania niemal całej wytworzonej energii elektrycznej i ciepła skojarzonego. Instalacja tego typu, z głównym wyróżnikiem, że jest zasilana „własną” gnojowicą z „własnego” gospodarstwa, eliminuje najważniejsze bariery zwiększenia potencjału produkcji biogazu rolniczego:

• niestabilna dostępność i wysoka cena substratu, ponieważ gnojowica nie generuje kosztów związanych z jej zakupem i transportem,
• ryzyko protestów społecznych prowadzących do zablokowania inwestycji, ponieważ instalacja znajduje się w granicach już działającego gospodarstwa hodowlanego i stanowi jedynie rozszerzenie istniejącego cyklu technologicznego,
• ryzyko zmienności notowań zielonych certyfikatów lub obecnie nieokreślonego poziomu cen osiąganych na aukcjach, ponieważ średnio 80 procent energii elektrycznej jest zużywane na miejscu produkcji, tj. na zmechanizowanym gospodarstwie wielkotowarowym. Kwestia odsprzedaży nadwyżek energii została również uregulowana prawnie.
  
  

Mikrobiogazownia o mocy około 20 kWe, zasilana wyłącznie lokalnie pozyskiwaną gnojowicą, jest w stanie zneutralizować negatywny wpływ na środowisko do 3,000 m3 gnojowicy rocznie.

W całej analizie korzyści wynikających z zastosowania monosubstratowych rolniczych mikrobiogazowni zlokalizowanych bezpośrednio przy gospodarstwie, na szczególną uwagę zasługuje możliwość poprawy procesu zarządzania gnojowicą. Poferment, jako pozostałość po fermentacji metanowej, staje się w pełni płynną substancją nadającą się do bezpośredniego zastosowania do gleby, zachowując przy tym bardzo wysokie parametry nawozowe. Na przykład podczas procesu fermentacji beztlenowej organiczny azot zawarty w gnojowicy przekształca się w azot mineralny, który jest lepiej przyswajalny przez rośliny. Natomiast siarkowodór, ze względu na procesy technologiczne, jest absorbowany w filtrach i neutralizowany. W efekcie emisja zapachów jest znacząco redukowana (nawet do 70%).

Jak wskazują praktyczne rozwiązania, mikrobiogazownia o mocy około 20 kWe, zasilana wyłącznie lokalnie pozyskiwaną gnojowicą od 120 krów, jest w stanie zneutralizować negatywny wpływ na środowisko do 3,000 m3 gnojowicy rocznie, generując przy tym do 160 MWhe oraz do 200 MWhth/rok. Biorąc pod uwagę skalę rolnictwa w Polsce i realną możliwość zastosowania mikrobiogazowni w zakresie do 40 kWe, można z pełnym przekonaniem stwierdzić, że gnojowica nie musi być obciążającą dla środowiska biomasą. Co więcej, może stać się źródłem rewolucji w pozyskiwaniu energii ze źródeł odnawialnych. Niektórzy eksperci wskazują nawet na istnienie potencjału surowcowego, zbudowanego wyłącznie z odpadów powstających w rolnictwie i przemyśle spożywczym, umożliwiającego produkcję do 1.7 miliarda m3 biogazu rocznie, który po oczyszczeniu mógłby pokryć 10 procent krajowego zapotrzebowania na gaz ziemny. Jednak kwestie rentowności inwestycji biogazowych na mikro skalę, poziomu niezbędnych nakładów inwestycyjnych oraz możliwości wsparcia finansowego ze strony państwa pozostają do rozwiązania. Z perspektywy przeciętnego hodowcy bydła wydatek znacznie przekraczający 1 milion PLN jest nadal trudny do zaakceptowania. Na rynku pojawia się jednak coraz więcej atrakcyjnych ofert niż dwa lata temu, a dostępne programy wsparcia na lata 2014-2020 w ramach perspektywy finansowej UE coraz częściej uwzględniają możliwość dofinansowania tego typu projektów.

Adam Orzech

Zagrodowa Elektrownia na Gnojowicę w Twoim Gospodarstwie o mocy 22, 33, 40, 60, 74kW, dostosowana do:

• Wielkości stada
• Struktury obory i sposobu usuwania odchodów
• Zapotrzebowania na energię elektryczną
• Przepisów prawa budowlanego
• Przepisów ochrony środowiska
• Przepisów prawa energetycznego
  
  

Korzyści dla hodowcy:

• Energetyczna samowystarczalność gospodarstwa
• Dodatkowe korzyści ekonomiczne
• Praktycznie bezobsługowa instalacja, nie wymaga dodatkowej pracy
• Redukcja emisji metanu i eliminacja emisji CO2,
• Poferment jako ulepszony nawóz (gnojowica):
  • Azot w formie przyswajalnego azotanu amonu
  • Zawartość N P K nie zmienia się
  • Wysoce płynna, jednorodna substancja, sucha masa ok. 4% – łatwa do rozprowadzania
  • Stałe składniki węgla nadal trafiają do gleby
    
    

Energia z gnojowicy

Biolectric