Biometan

Biometan jako paliwo w transporcie

Sprężony gaz ziemny, powszechnie znany jako CNG (ang. Compressed Natural Gas), stanowi znakomitą alternatywę dla paliw ciekłych. Jego odnawialnym zamiennikiem, który poszerza zalety i możliwości wykorzystania paliwa metanowego, jest biometan, czyli oczyszczony biogaz, o wysokiej zawartości metanu (98%), porównywalnej z gazem ziemnym. Bez względu na kierunek wykorzystania, praktycznie zawsze wymagane jest wstępne oczyszczenie biogazu przynajmniej z pary wodnej, siarkowodoru i innych zanieczyszczeń powodujących korozję, a w dalszej kolejności z dwutlenku węgla. W tabeli 1 przedstawiono dostępne technologie oczyszczania biogazu. Efektem końcowym każdej z metod jest oczyszczony biogaz o wysokiej zawartości metanu ok. 98% [2].

Tab. 1 Technologie oczyszczania biogazu

Technologia	Warunki procesu	Zawartość metanupo procesie
Adsorpcja ciśnieniowa (PSA)	Adsorpcja CO2 pod ciśnieniemna węglu aktywnym	> 96%
Absorpcja chemiczna	Chemiczna reakcja CO2 z roztworem amin; procesbezciśnieniowy, wysoka temp.	99 – 99,4%
Separacja membranowa	Permeacja molekuł gazowych pod ciśnieniem	> 95%
Skruber organiczny	Ciśnieniowa absorpcja CO2 w rozpuszczalniku organicznym	> 96%
Skruber wodny	Ciśnieniowa absorpcja CO2 w wodzie	98 ± 1%

Źródło: Opracowanie własne na podstawie [2].

Na chwilę obecną biogaz w Polsce wytwarzany jest w 253 instalacjach (tab.2) z czego 58 to biogazownie rolnicze [6]. Do niedawna biogaz produkowany był niemal wyłącznie w instalacjach zlokalizowanych na terenie oczyszczalni ścieków czy w wyniku odgazowania składowisk odpadów komunalnych. Aktualnie powstają niemal wyłącznie biogazownie działające przy gospodarstwach rolnych i hodowlanych, browarach, zakładach spożywczych itp., czyli wszędzie tam, gdzie powstają substraty, na bazie których może być wytwarzany biogaz rolniczy, zgodnie z ustawą Prawo Energetyczne [3].

Tab. 2 Ilość instalacji wytwarzających biogaz w Polsce stan na styczeń 2015 rok.

Województwo	Składowiskaodpadów	Oczyszczalnie ścieków	Biogazownie rolnicze
dolnośląskie	9	8	6
kujawsko-pomorskie	7	4	4
lubelskie	1	4	5
lubuskie	1	2	3
łódzkie	5	3	2
małopolskie	5	9	0
mazowieckie	24	9	2
opolskie	2	2	1
podkarpackie	3	9	3
podlaskie	1	4	1
pomorskie	6	4	9
śląskie	15	14	1
świętokrzyskie	1	2	1
warmińsko-mazurskie	4	6	7
wielkopolskie	10	7	7
zachodniopomorskie	10	4	6
Suma	104	91	58

Źródło: Opracowanie własne na podstawie [6].

W Polsce biometan jeszcze nie jest stosowany, jako paliwo dla pojazdów i nie istnieją instalacje oczyszczające biogaz do jakości gazu ziemnego i zatłaczające go do sieci gazowej, w przeciwieństwie do wielu krajów europejskich m.in. Austrii, Niemiec, Szwajcarii czy Szwecji (rys.1).

Rys.1 Liczba instalacji wytwarzających biometan w krajach UE w roku 2013

Źródło: Opracowanie własne na podstawie [5].

Pojazdy na biometan w Szwecji stanowią 55%, w samym Sztokholmie od 2009 roku cała flota autobusów napędzana jest biometanem. Niemcy posiadają 89 000 samochodów osobowych napędzanych biometanem, natomiast Austria 5020, a ich liczba ciągle rośnie [4]. Warto podkreślić fakt, że stosowanie biometanu jest możliwe w tych samych pojazdach, które są zasilane CNG, również przechowywane i dystrybuowanie może odbywać się przez ten sam system tankowania. Ważne jest, że mogą być stosowane w różnego rodzaju pojazdach: samochodach osobowych, dostawczych, ciężarowych, autobusach, traktorach czy śmieciarkach. Zgodnie z przepisami Ustawy Prawo Energetyczne [3] dystrybucja wysokometanowego biogazu poprzez sieć rurociągów gazu ziemnego jest możliwa po spełnieniu odpowiednich wymagań jakościowych i tylko wtedy, gdy jest to biogaz rolniczy. Ustawodawca nie przewidział możliwości wtłaczania do sieci gazowej biogazu nierolniczego. Oznacza to, że nawet niewielki udział organicznych odpadów komunalnych, jako substratów powoduje, że powstający biogaz nie jest biogazem rolniczym, co zamyka tę drogę dystrybucji.

Polska sieć gazu ziemnego nie dociera w wiele regionów Polski. W przypadku tych obszarów interesującą alternatywą mogłyby być lokalne sieci zaopatrywane w biometanu. Takie rozwiązanie zastosowano w Szwecji, która jest przykładem kraju z bardzo ograniczoną siecią dystrybucyjną. Produkowany biometan wykorzystywany jest tam jako paliwo dla samochodów oraz w lokalnych sieciach gazowych. W przypadku wykorzystywania biometanu jako paliwa dla pojazdów, stacja tankowania zlokalizowana jest zazwyczaj obok instalacji oczyszczającej biogaz. Alternatywnie biometan przybierający po skompresowaniu formę ciekłą może być transportowany w butlach ciężarówkami do miejsca jego wykorzystania.

Paliwo gazowe, takie jak biometan jest realną formą uzupełnienia rynku konwencjonalnych paliw ciekłych – benzyny lub oleju napędowego, co potwierdzają już doświadczenia innych krajów. Względy ekologiczne przemawiają za tym, aby biometan stał się powszechnie stosowanym paliwem pojazdów. Na potwierdzenie tego jest sprawdzone już ograniczenie emisji spalin, a przede wszystkim cząstek stałych. Pojazdy zasilane biometanem w porównaniu z tymi, napędzanymi benzyną, emitują nawet do 90% mniej tlenku węgla, 80% mniej węglowodorów – podstawowego czynnika odpowiedzialnego za smog oraz 50 ÷ 80% mniej tlenków azotu. Również wydzielanie związków siarki i sadzy jest dużo niższe, co powoduje ich ograniczoną emisję do środowiska i poprawę mikroklimatu w dużych aglomeracjach miejskich [1]. Szczególnie polskie aglomeracje, zmagające się z problemami zanieczyszczeń atmosfery, powinny być zainteresowane promowaniem paliwa gazowego zarówno w pojazdach komunikacji miejskiej, komunalnych i dostawczych.

Należy zauważyć, że produkcja sprężonego biometanu (ang. CBG – Compressed Biomethane Gas) na cele transportowe nie kwalifikuje się do żadnego systemu wsparcia w Polsce. Jest to czynnik znacznie obniżający zainteresowanie potencjalnych inwestorów takim wykorzystaniem produkowanego biogazu. Dodatkowo koszt instalacji oczyszczania biogazu może stanowić znaczny udział w całkowitych kosztach wytwarzania biogazu. Co więcej koszt jednostkowy, w przeliczeniu na objętość biogazu, jest tym większy im mniejsza jest instalacji. Jest to jedna z podstawowych barier wykorzystania biogazu jako paliwa dla transportu. Cena CBG powinna kształtować się na poziomie ceny CNG lub nawet niżej, aby zapewnić konkurencyjność w stosunku do CNG.

Praktycznie nie można mówić o szerokim wykorzystaniu biometanu, jako paliwa dla celów transportowych dopóki rynek nie będzie w stanie zaproponować niedrogich i skutecznych układów do oczyszczania i wzbogacania biogazu wytwarzanego w instalacjach różnych mocy. W świetle proponowanych, wyraźnych preferencji dla mikroinstalacji, największe zapotrzebowanie może dotyczyć układów dostosowanych właśnie do tego typu źródeł biogazu.

Do podstawowych barier stojących na drodze do rozwoju rynku biogazu, zaliczyć można:

• Brak wdrożeń w Polsce (jak dotąd),

• Prawna możliwość wtłaczania biogazu rolniczego do sieci (brązowe certyfikaty), ale:
  • możliwe trudności techniczne,
  • niechęć operatorów sieci,
  • wysokie koszty.
  • Brak wymagań szczegółowych i doświadczeń lokalnych w uszlachetnianiu biogazu w celu wtłaczania do sieci gazowej,
  • Poszukiwane skuteczne i tanie instalacje oczyszczania i wzbogacania/uszlachetniania biogazu, zwłaszcza dla mini i mikro biogazowni,
  • Stagnacja na polskim rynku CNG, głównie z powodu słabo rozwiniętej sieci stacji,
  • Brak wyraźnego wsparcia dla paliwa metanowego ze strony administracji centralnej.

Jednocześnie istnieją ogromne oczekiwania, a wśród szans na rozwój rynku biogazu w Polsce wymienić można:

• Możliwość zwiększenie efektywności wykorzystania biogazu dzięki wytworzeniu paliwa dla floty pojazdów,
• Szansa na wykorzystania energii biogazu bez konieczności przyłączania do sieci,
• Stały wzrost cen paliw płynnych, co może pomóc w przełamaniu impasu na rynku CNG i przyspieszyć jego rozwój,
• Rozpowszechnianie stacji oraz pojazdów zasilanych sprężonym gazem ziemnym (CNG), ułatwi zarówno stosowanie biometanu bezpośrednio przez producentów na własne potrzeby, jak i wtłaczanie biometanu do sieci gazowej,
• Coraz szersza oferta pojazdów z fabryczną instalacją CNG,
• Rozwój „oddolny” lokalnych sieci pojazdów napędzanych biometanem i CNG,
• Intensywny rozwój technologii w krajach sąsiednich,
• Wymagania UE w zakresie ograniczenia emisji z transportu, ograniczenia emisji cząstek stałych w miastach itp.

Paulina Łyko
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Katedra Inżynierii  Środowiska i Przeróbki Surowców

Literatura:

1. Kupczyk A. i in.: Wybrane problemy produkcji i wykorzystania biogazu. Biogaz w krajach Unii Europejskiej i w Polsce. „ Energetyka” 8/2009,
2. Serafin P. : Oczyszczanie i zatłaczanie biogazu na przykładzie Niemiec. Możliwości wdrożenia technologii w Polsce, www.cire.pl
3. Ustawa Prawo energetyczne, stan na dzień: 1 stycznia 2015 r.
4. Wodołażski Artur i in.: Wykorzystanie biometanu jako paliwa w transporcie samochodowym efektywnym sposobem ograniczenia emisji zanieczyszczeń do powietrza., EcolHealth, vol. 17, nr 4, październik-grudzień 2013
5. statista.com
6. ure.gov.pl