Perspektywy rozwoju

Zapotrzebowanie na energię jest bezpośrednią pochodną rozwoju gospodarczego, stąd też w ciągu kilku, kilkunastu lat przewidywany jest dalszy znaczny wzrost jej konsumpcji.

W oparciu o raport International Energy Outlook 2002, przygotowanego przez Międzynarodową Agencję Energii (International Energy Administration, IEA) w latach 2000-2020 wyniesie on 60 proc. 95 proc. zapotrzebowania na energię w Polsce pozyskiwane jest z paliw tradycyjnych, takich jak: węgiel kamienny, brunatny, ropa naftowa czy gaz ziemny, natomiast pozostałe 5 proc. pochodzi z odnawialnych źródeł energii - rys. 1.
Zamknięty obieg energii w przyrodzie jest coraz bardziej pożądany niż obieg otwarty, bowiem dużo energii traci się nieodwracalnie i intensywnie zanieczyszcza środowisko naturalne. Nadmierne korzystanie z paliw konwencjonalnych powoduje zbyt szybkie ograniczenie zdolności absorpcyjnej i adaptacyjnej ekosystemów. W tej sytuacji zasadne jest maksymalne wykorzystanie sił przyrody i podejmowanie wszelkich działań proefektywnościowych, ponieważ są one korzystniejsze ze względów ekologicznych i ekonomicznych w okresie długofalowym. Przewiduje się, że po 2020 roku będzie następować zmniejszenie udziału paliw konwencjonalnych stosownie do wyczerpywania się zasobów i związanego z tym wzrostu cen energii. Ich miejsce zajmować będą odnawialne źródła energii (OZE). Energia odnawialna odgrywa istotną rolę w zaspokajaniu światowego zapotrzebowania na energię i stanowi skuteczne narzędzie w walce z niebezpieczeństwem globalnego ocieplenia klimatu. W celu zwiększenia wkładu odnawialnych źródeł energii w ogólną konsumpcję paliw i energii w Unii Europejskiej przyjęto “Białą Księgę - Energia dla przyszłości odnawialne źródła energii”. Jest to w tej chwili kluczowy dokument o charakterze strategicznym i politycznym, który wyznacza kierunki polityki długookresowej i wytycza cel ilościowy w postaci podwojenia udziału OZE w strukturze produkcji energii pierwotnej z 6 do 12 proc. w latach 1998-2010. Największe znaczenie wśród odnawialnych źródeł energii będzie miała biomasa. Jej udział w produkcji paliw płynnych zwiększy się (40-60 razy), a następnie energii efektywnej (dziesięciokrotnie) i energii cieplnej (dwukrotnie). Argumentami za energetycznym wykorzystaniem biomasy są: konieczność ekologicznego zagospodarowania odpadów upraw rolnych, przemysłu drzewnego, upraw roślin energetycznych, rozwój rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego, zwiększenie zatrudnienia na obszarach z dużym bezrobociem oraz niską ceną energii uzyskanej z tych źródeł.


Główne źródła biomasy
Biomasa to substancja organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego albo też może powstawać z wyniku tzw. metabolizmu społecznego. Występuje ona zwykle w formie drewna, słomy, osadów ściekowych podobnych do torfu czy w formie odpadów komunalnych zawierających makulaturę. W ujęciu historycznym biomasa była od wieków użytkowana w gospodarce wiejskiej jako drewno opałowe oraz jako odpady organiczne. Głównymi źródłami biomasy są:
- przemysł drzewny: drewno z lasów, odpady drewniane, zrębki drzewne, rozdrobnione gałęzie drzew i krzewów, odpady z tartaków, liście;
- rolnictwo: słoma i inne odpady roślinne z uprawy zbóż: siano, kaczan, melasa, uprawy buraków cukrowych i rzepaku;
- gospodarka komunalna: osady ściekowe, odpady komunalne;
- przemysł papierniczo-celulozowy;
- plantacje energetyczne: wierzba energetyczna (Salix viminalis), śluzowiec pensylwański (Sida hermaphrodita), słonecznik bulwiasty, miskont olbrzymi (trawy wieloletnie).
Potencjał techniczny biopaliw stałych w Polsce możliwy do wykorzystania na cele energetyczne oszacowano na ok. 407,5 PJ w skali roku. Składają się na niego nadwyżki biomasy pozyskanej w rolnictwie, leśnictwie, sadownictwie oraz odpady drzewne przemysłu drzewnego. Największe możliwości wykorzystania ogromnej ilości biomasy w kraju występują w postaci: słomy zbożowej (25 mln ton), drewna (20 mln ton), suchej masy odpadów ściekowych (2,5 mln ton). Zastosowanie słomy do celów energetycznych przynosi konkretne korzyści ekologiczne - znaczne ograniczenie emisji CO2, SO2 i NOX oraz przeciwdziała spaleniu nadwyżki słomy bezpośrednio na polu. Dodatkowo energia pozyskiwana jest ze specjalnie w tym celu prowadzonych upraw roślin energetycznych: wierzba energetyczna, malwa pensylwańska, miskont olbrzymi, słonecznik bulwiasty. Tereny zabudowane, które w okresie jesienno-zimowym są oczyszczane z opadających liści stanowią podstawowe źródło tej biomasy. W większości materiał ten po zebraniu jest wywożony na wysypisko odpadów i tam składowany lub podlega kompostowaniu. Spalanie i pozyskiwanie na tej drodze energii to jedna z trzech metod zagospodarowania liści.

Biomasa z wierzb krzewiastych
W Polsce duże nadzieje w “strategii rozwoju energetyki odnawialnej” pokłada się w uprawie wierzby szybko rosnącej. Należy przypomnieć, że wierzba szybkorosnąca, zwana krzewiastą, występuje w naturalnym środowisku w wielu formach i odmianach. Na świecie występuje około trzystu gatunków, natomiast w kraju jest ich ok. trzydziestu. Spośród wielu odmian do najbardziej znanych zalicza się Salix americana, stosowana w plecionkarstwie oraz Salix viminalis wykorzystywana do celów energetycznych. Wierzba Salix jest gatunkiem najbardziej przystosowanym do uprawy w warunkach krajowych i charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem samoodtwarzalności, bowiem raz założona plantacja może plonować przez 15 lat przy częstotliwości zbioru co 3-4 lata. Wysokość plonu wierzby ma zasadniczy wpływ na opłacalność produkcji zrębów wierzbowych. Na jego wielkość ma wpływ wiele czynników, takich jak: rodzaj gleby, wielkość opadów, zakres temperatur, długość okresu wegetacji, wiek rośliny, częstotliwość zbiorów oraz wysokość wód gruntowych. Drewno wierzby Salix pozyskane z plantacji polowych wykorzystywane jako paliwo energetyczne posiada wysoką wartość energetyczną, ponadto jest paliwem ekologicznym. Stosowane jako paliwo do silnika spalinowego może mieć zarówno postać gazową, jak i płynną. W przypadku energetycznego przetwarzania biomasy stałej, jaką są zrębki wierzby krzewiastej, należy przetworzyć tę biomasę na paliwo gazowe, które jest akceptowane przez silnik. Zrębki wierzby można poddawać procesowi fermentacji i uzyskany w ten sposób biogaz bogaty w metan spalać w tłokowym silniku spalinowym. W trakcie spalania emisja zanieczyszczeń do atmosfery jest wielokrotnie mniejsza niż podczas spalania węgla kamiennego. Inną metodą pozyskania gazu palnego z biomasy drzewnej jest termiczne zgazowanie takiej biomasy w urządzeniu zwanym reaktorem zgazowującym lub potocznie zgazowarką. W wyniku zgazowania otrzymuje się gaz generatorowy, który może być stosowany jako paliwo do silnika spalinowego. Właściwości gazu generatorowego można poprawić podając do reaktora zamiast powietrza czysty tlen lub prowadząc tzw. reforming parowy, uzyskując gaz syntezowy o większej zawartości składników palnych (H2, CO, CH4).

Biogaz
Kolejnym źródłem energii odnawialnej jest biogaz. Metan jako podstawowy składnik palny biogazu charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami jako paliwo silnikowe. Przede wszystkim posiada bardzo dobrą odporność na spalanie stukowe oraz wysoką wartość opałową, która kształtuje się na poziomie ok. 21,7 MJ/m3. Przeciętny skład gazu fermentacyjnego przedstawia się następująco:
- metan 60-65 proc.;
- dwutlenek węgla 30-34 proc.;
- wodór ok. 4 proc.;
- azot ok. 2 proc.
Ponadto w gazie fermentacyjnym występują niewielkie ilości tlenku węgla, tlenu, węglowodorów, siarkowodoru, amoniaku i tlenku azotu. Produktem ubocznym biogazu jest biomasa, bogata w azot, potas, fosfor, a także mikroelementy znajdujące zastosowanie w rolnictwie jako doskonały nawóz. Aktualnie Polska wykorzystuje zaledwie ok. 8 proc. biogazu, podczas gdy w Unii Europejskiej około 50 proc.
Biogaz pozyskiwany jest z trzech źródeł energii:
- odpadów organicznych na komunalnych wysypiskach śmieci;
- odpadów zwierzęcych biogazownicach rolniczych;
- osadu ściekowego na oczyszczalniach ścieków.
Znajduje szerokie zastosowanie głównie w zaspokajaniu lokalnych potrzeb energetycznych. Może służyć do oświetlania i opalania dużych pomieszczeń (hal warsztatowych) oraz napędzania wszystkich urządzeń w gospodarstwie domowym.

Janusz Jakóbiec
Grzegorz Wysopal