W obliczu zmian klimatycznych, rosnących cen energii i konieczności ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, coraz większe znaczenie zyskują odnawialne źródła energii. Jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań w tym zakresie są biogazownie. To nowoczesne instalacje, które pozwalają na produkcję energii z materii organicznej – odpadów rolniczych, przemysłowych czy komunalnych. W artykule opiszemy, jak działa biogazownia jakie możemy mieć korzyści z jakimi wyzwaniami należy się zmierzyć, a także podkreślimy znaczenie biogazowni dla gospodarki i środowiska.
Biogazownia to natura, która pomaga nam produkować energię. Dzięki budowie biogazowni obierki z warzyw i owoców, resztki jedzenia, gnojowica z gospodarstw rolnych, odpady z przemysłu spożywczego czy skoszona trawa, a nawet osady ściekowe nie trafiają na śmietnik ani do kompostu, ale stają się źródłem prądu i ciepła. Zmniejsza się ilość odpadów, które trafiłyby na wysypiska, a w zamian za to otrzymujemy zieloną energię.
Biogazownia to instalacja, w której z biomasy w wyniku fermentacji beztlenowej (anaerobowej) powstaje biogaz – mieszanina głównie metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂). Proces ten przeprowadzają mikroorganizmy, które rozkładają materię organiczną w warunkach beztlenowych. Surowcem do produkcji biogazu mogą być m.in.:
- odchody zwierzęce (gnojowica, obornik),
- resztki roślinne,
- odpady z przemysłu spożywczego,
- osady ściekowe,
- bioodpady komunalne.
Biogazownia składa się z kilku kluczowych elementów: zbiornika fermentacyjnego (fermentora), w którym odbywa się proces fermentacji, zbiornika magazynowego na biogaz, agregatu kogeneracyjnego produkującego energię elektryczną i cieplną oraz systemów oczyszczania i magazynowania pofermentu (resztek po procesie fermentacji).
Jak działa biogazownia?
Proces w biogazowni można podzielić na kilka etapów:
- Dostarczanie substratu – na początku procesu materia organiczna trafia do zbiornika fermentacyjnego.
- Drugim etapem jest fermentacja beztlenowa – mikroorganizmy rozkładają związki organiczne na prostsze związki, w wyniku czego powstaje biogaz. W sercu biogazowni znajduje się ogromny zbiornik zwany fermentorem. To tutaj, w warunkach beztlenowych (czyli bez dostępu powietrza), działa armia mikroskopijnych bakterii metanowych. Rozkładają one związki organiczne, produkując biogaz, czyli mieszaninę głównie metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂). Biogaz to gazowy produkt fermentacji, w którego składzie dominuje metan (50–70%) i dwutlenek węgla (30–50%). Oprócz nich występują w nim niewielkie ilości siarkowodoru (H₂S), azotu (N₂), wodoru (H₂) czy tlenu (O₂). Metan to główny „nośnik energii” w biogazie, który spala się podobnie jak gaz ziemny.
- Nadrzędny cel odzysk energii – biogaz jest spalany w agregacie kogeneracyjnym, który jednocześnie produkuje energię elektryczną i ciepło. Energia elektryczna trafia do sieci lub na potrzeby własne, a ciepło można wykorzystać np. do ogrzewania budynków.
- Na koniec pozostaje zagospodarowanie pofermentu –naturalny nawóz – poferment zawiera azot, fosfor i potas, czyli składniki cenne dla roślin, a przy tym jest bardziej bezpieczny i mniej uciążliwy zapachowo niż świeża gnojowica.
Korzyści z budowy biogazowni
Niewątpliwie budowa biogazowni niesie za sobą wiele korzyści – zarówno dla środowiska, jak i gospodarki.
Produkcja zielonej energii jaką jest biogaz pozwala zmniejszyć uzależnienie od paliw kopalnych. Spalanie biogazu przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych, a fermentacja beztlenowa ogranicza emisję metanu z gnojowisk i składowisk odpadów, a energia z biogazu zastępuje energię z węgla czy gazu ziemnego. Dodatkowo biogazownie umożliwiają przetwarzanie odpadów organicznych, które w przeciwnym razie trafiałyby na składowiska.
Dodatkowym atutem jest fakt, że jako materiał odpadowy powstaje wartościowy nawóz poferment, czyli resztki po fermentacji, zawierające dużo składników odżywczych, który może być stosowany jako naturalny nawóz.
Budowa i eksploatacja biogazowni korzystnie wpływa na rozwój lokalnej społeczności tworząc dodatkowe miejsca pracy w regionie, a także wzmacnia niezależność energetyczną. Biogazownia może powstać w ramach spółdzielni energetycznej jako element uzupełniający farmę fotowoltaiczną czy wiatrakową.
Przeciętna biogazownia rolnicza o mocy 500 kWe produkuje rocznie ok. 4000–4500 MWh energii elektrycznej i podobną ilość energii cieplnej. Pozwoli to na dostarczenie energii elektrycznej dla1300 gospodarstw domowych i ogrzanie blisko 1000 budynków jednorodzinnych. Redukcja emisji CO₂ sięga 3000–5000 ton rocznie (w porównaniu z węglem), a emisji metanu z gospodarstw — nawet 90%.
Wyzwania i kontrowersje
Jak każdy projekt budowa biogazowni wiąże się z pewnymi wyzwaniami oraz kontrowersjami. Należą do nich przede wszystkim wysokie koszty inwestycyjne wynoszące od kilku do kilkudziesięciu milionów złotych, prosty czas zwrotu z inwestycji SPBT wynosi często ponad 10 lat. Przetwarzanie odpadów organicznych może generować nieprzyjemne zapachy, co bywa problemem dla okolicznych mieszkańców. Istotne jest dostępność substratu. Działanie biogazowni wymaga stałych dostaw oraz magazynowania biomasy, co może być wyzwaniem logistycznym, a dowóz odpadów komunalnych z odległych miejsc jest po prostu nieopłacalny.
Nie należy tez zapominać o regulacjach prawnych. Procesy związane z pozwoleniami środowiskowymi, odbiorem odpadów czy sprzedażą energii bywają skomplikowane i czasochłonne.
Biogazownie w Polsce i na świecie
W Polsce biogazownie rozwijają się głównie w sektorze rolniczym. Według danych z ostatnich lat, w kraju działa kilkaset instalacji, jednak ich potencjał jest znacznie większy. W krajach takich jak Niemcy, Dania czy Holandia biogazownie są znacznie bardziej rozpowszechnione, a państwa te wykorzystują biogaz nie tylko do produkcji energii, ale również jako paliwo transportowe dla autobusów i ciężarówek.
W Europie coraz popularniejsze staje się oczyszczanie biogazu do postaci biometanu, który można wtłaczać do sieci gazowej albo używać w transporcie. W Polsce pierwsze takie instalacje już działają, a eksperci przewidują, że w najbliższych latach ich liczba znacząco wzrośnie.
Unia Europejska kładzie duży nacisk na rozwój gospodarki obiegu zamkniętego, w której odpady stają się surowcem, a biogazownie idealnie wpisują się w tę ideę. Rozbudowa tego sektora może pomóc Polsce w osiągnięciu celów klimatycznych i energetycznych wyznaczonych przez UE.
Przyszłość biogazu wygląda obiecująco. Coraz więcej badań i innowacji koncentruje się na zwiększeniu wydajności fermentacji, poprawie jakości pofermentu oraz optymalizacji procesów logistycznych. Rozważa się także wykorzystanie biogazu do produkcji biometanu, który po oczyszczeniu może być wtłaczany do sieci gazowej lub wykorzystywany jako paliwo w transporcie.
Ważnym trendem jest też rozwój małych, rozproszonych biogazowni, które mogą być budowane przy gospodarstwach rolnych lub zakładach przemysłowych, co pozwala ograniczyć koszty transportu substratów i zwiększa opłacalność inwestycji.
Jak wygląda przyszłość biogazowni?
Naukowcy i inżynierowie nieustannie pracują nad usprawnieniem biogazowni. Badania koncentrują się m.in. na:
- poprawie wydajności fermentacji,
- zwiększeniu ilości odzyskiwanej energii,
- minimalizacji emisji zapachów,
- zagospodarowaniu nowych rodzajów odpadów, np. glonów czy odpadów przemysłowych.
Podsumowanie
Biogazownie to ważny element transformacji energetycznej i gospodarki obiegu zamkniętego. Pozwalają nie tylko produkować energię z odpadów, ale również przyczyniają się do ochrony środowiska i rozwoju lokalnych społeczności. Choć stoją przed wyzwaniami technicznymi, ekonomicznymi i społecznymi, ich rozwój wydaje się nieunikniony w kontekście globalnych wyzwań klimatycznych i rosnącego zapotrzebowania na czystą energię.