Biomasa – szansa na transformację ciepłownictwa i energetyki Przemysł i Środowisko

Biomasa – szansa na transformację ciepłownictwa i energetyki

Polska zajmuje trzecie miejsce pod względem emisji dwutlenku węgla w Unii Europejskiej. Biorąc pod uwagę ekologiczną politykę UE, nasz kraj musi zmierzyć się z dużym wyzwaniem jakim jest transformacja energetyczna i redukcja emisji gazów cieplarnianych. Największe zmiany będą musiały zostać wprowadzone w przemyśle, transporcie, rolnictwie, użytkowaniu budynków, a szczególnie w energetyceciepłownictwie. Te dwa sektory odpowiadają wspólnie za prawie połowę emisji CO2. Ustalenie planu na dekarbonizację tych działów jest szczególnie trudne ze względu na stale pojawiające się zmiany w otoczeniu regulacyjnym, ekonomicznym, społecznym i technologicznym. Czynniki takie jak: polityka energetyczna UE, ceny uprawnień do emisji CO2, poparcie społeczne, koszty źródeł energii oraz ich stan odgrywają bardzo dużą rolę w wyborze miksu energetycznego, który byłby odporny na przyspieszające tempo dekarbonizacji. Korzystny dla gospodarki polski oraz środowiska plan powinien opierać się o fotowoltaikę, farmy wiatrowe, gaz ziemny, atom, wodór oraz biomasę, która może nie tylko okazać się ważną alternatywą dla węgla, ale dać również szansę na rozwój nowych branż i nowych miejsc pracy. Jej potencjał wykorzystywany jest już w innych europejskich krajach na dużą skalę, pokazując, że zrównoważona transformacja jest możliwa.

Biomasa jako część OZE

Biomasa była pierwszym wykorzystywanym na świecie paliwem, które w postaci drewna służyło jako surowiec do wytwarzania ognia i ciepła. Oprócz substancji pochodzenia roślinnego, biomasą określane są materiały zwierzęce, czyli materie ulegające biodegradacji. Rośliny kumulują w sobie energię dzięki fotosyntezie. W procesie tym pobierają dwutlenek węgla z powietrza oraz wodę z gleby, a dzięki promieniom słonecznym wytwarzany jest tlen oraz glukoza będąca źródłem energii oraz węgla. Odpady drzewne, które nie mogą zostać wykorzystane do zastosowań końcowych, jak na przykład meble, zamieniane są na pellet drzewny. Proces jego spalania pozwala na spożytkowanie skumulowanej energii poprzez przetworzenie węgla w energię cieplną lub elektryczną. Mimo że prowadzi to do uwalniania do atmosfery skumulowanego w drewnie na przestrzeni lat CO2, bilans emisji jest zerowy. Jest to spowodowane tym, że dwutlenek węgla uwalniany podczas spalania wcześniej pobrany był z atmosfery w procesie fotosyntezy. Dodatkowo niektóre z roślin są w stanie pochłonąć więcej CO2 niż emitują. Kolejnym z atutów biomasy jest jej dostępność oraz możliwość wykorzystywania jej lokalnie, bez konieczności transportowania jej na duże odległości. Zadaniem Polski jest stworzenie w przeciągu najbliższych 30 lat systemu, który będzie zeroemisyjny oraz odporny na zmiany w dostępie do wiatru czy słońca. Elementem transformacji może być właśnie biomasa. Jej zasoby są naturalne, niezliczone oraz odtwarzalne, co sprawia, że jest ona odnawialnym źródłem energii, które jest w stanie wspomagać mniej stabilną energetykę wiatrową, wodną oraz fotowoltaikę w zeroemisyjnym miksie energetycznym w trakcie oraz po przeprowadzeniu transformacji energetycznej w kraju.

Zrównoważone źródła biomasy

Nie każda biomasa jest jednak dobra dla środowiska. Biomasa musi pochodzić ze zrównoważonych źródeł, aby spełniać założenia ekologicznego rozwoju. UE zdefiniowała w Dyrektywie w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych [1] charakterystyki jakie musi posiadać biomasa tak, aby jej wykorzystywanie było korzystne dla środowiska. Warunki dotyczą między innymi jakości eksploatowanego drewna. Musi być ono produktem ubocznym pracy tartaku lub planowanego tradycyjnego pozyskania drewna. Oznacza to, że drewno, które mogłoby zostać wykorzystane do wytworzenia produktów o dłuższej żywotności, nie powinno być stosowane jako źródło energii. Istotne jest również, aby pobór surowca występował jedynie na obszarach, w których zasoby leśne pochłaniające CO2 są stabilne lub przyrastają. Kolejnym z warunków jest ochrona bioróżnorodności oraz ponowne zalesienie gruntu, a nie przekształcenie go pod rolnictwo lub zabudowę. Wspomniana wcześniej dyrektywa po jej pełnym wdrożeniu będzie w stanie zagwarantować, że cała biomasa drzewna zużywana w UE spełnia normy zrównoważonego rozwoju. Przepisy te zapewnią pochodzenie biomasy z legalnych zbiorów, ochronę wrażliwych środowiskowo obszarów, stabilność zasobów CO2 w lasach w całym regionie pozyskiwania oraz pozyskiwanie biomasy z poszanowaniem różnorodności biologicznej i gleby. Dodatkowo zarządzanie biomasą idealnie wpisuje się w system gospodarki o obiegu zamkniętym, ponieważ odpady są ponownie wykorzystywane ograniczając ich negatywny wpływ na środowisko. W przypadku biomasy są to odpady drzewne.

Biomasa na tle innych źródeł energii

Węgiel brunatny i kamienny odgrywają aktualnie kluczową rolę w polskim systemie energetycznym. Jak podaje raport Instytutu Jagiellońskiego pod tytułem „Biomasa pochodząca ze zrównoważonych źródeł – strategiczna opcja w wyzwaniu dekarbonizacji w Polsce” [2], gdyby spalany węgiel zastąpiony został biomasą, istniałaby możliwość redukcji emisji gazów cieplarnianych o 87 proc. Spalanie biomasy jest bardziej emisyjne jedynie od technologii wiatrowych i słonecznych. W przypadku przejścia na energię słoneczną ubytek emisji wyniósłby 92 proc. i 97 proc. w sytuacji zastąpienia węgla turbinami wiatrowymi. Gaz ziemny określany paliwem przejściowym, o rosnącym udziale w polskim systemie energetycznym jest o 71 proc. bardziej emisyjny od biomasy. Pokazuje to jak dobrą alternatywą dla węgla jest materia organiczna pochodzenia roślinnego, nawet w porównaniu z najbardziej popularnymi źródłami OZE.

Problemy ciepłownictwa

W Polsce biomasa jest wykorzystywana głównie w ciepłownictwie. Rynek tego sektora jest drugim co do wielkości w Europie, zaraz po rynku Niemieckim. Porównując udział biomasy w strukturze zużycia paliw ciepłownictwa systemowego z udziałem węgla, jej wkład jest niewielki. OZE odpowiadają za 9,5 proc. produkcji ciepła (w tym biomasa odpowiadająca za 9,25 proc. ogólnej produkcji), podczas gdy węgiel za 71 proc. Jest to najbardziej uzależniony od węgla system ciepłownictwa w UE.

Struktura zużycia paliw w ciepłownictwie systemowym w Polsce. Przemysł i Środowisko

Chcąc dekarbonizacji polskiego ciepłownictwa i dostosowania go do unijnej polityki klimatycznej, konieczne jest wdrożenie szybkich zmian. Na przestrzeni ostatnich lat część instalacji została zmodernizowana, a ich efektywność poprawiona. Skutkowało to zmniejszeniem emisji z 121 ton CO2 w roku 2002, do 96,5 ton CO2 w roku 2020. Nie są to jednak wystarczające wyniki, ponieważ jest to emisja dwa razy większa niż średnia unijna dla produkcji energii. Chcąc spełnić założenia Europejskiego Zielonego Ładu [3], do roku 2030 udział OZE w ciepłownictwie musiałby wynieść 40 proc., co zważając na obecny trend rozwoju technologii, nie jest możliwe do osiągnięcia. Taka transformacja, której efektem byłby przyrost mocy OZE o 4 GWt, kosztowałaby 81,5 mld zł.

Wytwórcy ciepła muszą jednak zmagać z innymi wydatkami. Są nimi między innymi konieczność pokrywania rosnących cen uprawnień do emisji CO2. W pierwszej połowie 2021 roku za sprawą komunikatu Komisji „Droga do zdrowej planety dla wszystkich” [4] UE zmieniła cel redukcji emisji dwutlenku węgla z 40 proc. na 55 proc. do 2030 roku względem 1990 roku. W 2018 roku emisja tony zanieczyszczeń kosztowała wytwórcę 5 euro, a we wrześniu 2021 roku było to już 62 euro, co przyczynia się do pogarszania sytuacji ekonomicznej wśród producentów ciepła, którzy bazują na najbardziej emisyjnym źródle energii – węglu. Wzrostowi cen emisji towarzyszą również rosnące opłaty za korzystanie ze środowiska oraz wydatki na wynagrodzenia, zakup surowców, zwłaszcza węgla kamiennego, który bardzo podrożał. Oprócz wytwórców zmiany odczuwają także mieszkańcy, których rachunki rosną, co może doprowadzić do szukania przez nich alternatywnych źródeł ciepła. Spowodowałoby to kolejne straty dla producentów, którzy nie są w stanie na własną rękę regulować kwot pobieranych od mieszkańców. Są one ustalane przez Urząd Regulacji Energetyki na podstawie kosztów wytworzenia ciepła w roku poprzedzającym, co oznacza, że w przypadku gwałtownego wzrostu opłat dla producentów, nie jest możliwa szybka reakcja i podwyższenie cen. W takiej sytuacji wykorzystanie biomasy pozwoliłoby na zmniejszenie emisji, a co za tym idzie wydatków. Oprócz tego źródła ciepła, możliwe jest wykorzystanie biogazu, pomp ciepła, źródeł geotermalnych, energii z odpadów, energii odpadowej z procesów technicznych, zielonego wodoru oraz energii słonecznej oraz elektrycznej, która pozwala na korzystanie z zasobów energii odnawialnej.

Kogeneracja, czyli łączenie sektorów

Kolejną szansą na zmniejszenie wydatków oraz emisji do środowiska jest kogeneracja. Oznacza ona jednoczesne wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej. Ciepło, które jest produktem ubocznym produkcji energii elektrycznej, w elektrociepłowniach wykorzystywane jest w celach użytkowych. Kogeneracja jest wspierana zarówno przez UE jak i polskie prawodawstwo, a jej udział w produkcji ciepła rośnie. W 2019 roku za sprawą ustawy o promowaniu energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji (Dz. U. 2021 poz. 144) [5] wprowadzony został system wsparcia dla elektrociepłowni, co poskutkowało wzrostem ich udziału w Polsce z 63,6 proc. do 65 proc. na przestrzeni lat 2018-2019. Obiekty łączące ze sobą produkcję energii cieplnej i elektrycznej są również mniej zależne od węgla. Jak wspomniano wcześniej, tradycyjne ciepłownie w 71 proc. wykorzystują węgiel, a w 9,5 proc. OZE. W przypadku elektrociepłowni udział ten wynosi 66,5 proc oraz 11 proc. Kolejną z zalet ciepła wytwarzanego w kogeneracji jest jego niższa o 21,9 proc. cena w porównaniu z ceną z tradycyjnych ciepłowni.

Transformacja infrastruktury węglowej w zasilaną biomasą

Biomasa staje się również coraz częściej stosowanym rozwiązaniem w produkcji energii elektrycznej. W obliczu konieczności zamiany wysokoemisyjnych źródeł energii na te bardziej odpowiednie dla środowiska oraz bilansowania nadmiaru i niedoboru energii, coraz więcej instalacji do produkcji energii elektrycznej wykorzystuje gaz ziemny. Jest to paliwo kopalne, jednak jego niższa emisyjność pozwala na jego wykorzystywanie w okresie przejściowym między węglem, a OZE. Gaz ziemny może być wykorzystywany jako źródło szczytowe w momencie, gdy ze względu na warunki pogodowe lub porę dnia energia słoneczna oraz wiatrowa nie będzie w stanie dostarczyć wystarczającej ilości energii. Taką samą rolę może pełnić również przyjazna dla środowiska biomasa w formie pelletu drzewnego.

Coraz więcej zarządzających elektrowniami w takich krajach jak na przykład Wielka Brytania czy Dania dostrzega możliwość transformacji bloków energetycznych zasilanych węglem w te wykorzystujące biomasę. Pozwala to na zmniejszenie emisyjności oraz wyeliminowanie wydatków związanych z uprawnieniami do emisji przy jednoczesnym obniżeniu kosztów budowy elektrowni oraz mniejszym nakładzie organizacyjnym. W 2030 roku krajową energetykę będzie czekać duża zmiana, ponieważ otwarta zostanie pierwsza z elektrowni atomowych mających stanowić bardzo ważną część struktury energetycznej. Jest to rozwiązanie, które nie emituje CO2 do atmosfery, jednak ze względu na rozmiar inwestycji możliwe jest nieterminowe oddanie elektrowni do użytku. Takie opóźnienie zagrażałoby wydajności sieci energetycznej ze względu na zaplanowane wycofania z eksploatacji części bloków energetycznych zasilanych węglem w tym samym okresie. Przewidywane jest, że ze względu na wiek bloków oraz możliwe zaostrzenie standardów emisyjnych do 2035 roku w kraju wyłączone będzie musiało zostać ponad 17 GW źródeł wytwórczych. Z tego względu należy przygotować technologie, które będą w stanie zastąpić węgiel w miksie energetycznym i pozwolą zapobiec przeciążeniu. Przestarzałe elektrownie mogą zostać zatem przetransformowane przy stosunkowo niskich kosztach w elektrownie lub elektrociepłownie zasilanie pelletem drzewnym. Oprócz relatywnie niskiego nakładu pieniędzy koniecznego do przeprowadzenia inwestycji, towarzyszy temu bardzo duży zwrot inwestycji w dekarbonizację. Transformacja istniejącej infrastruktury w tą zasilaną biomasą w kogeneracji na każdy wydany milion USD na cele konwersji może przekładać się na redukcję 658 000 ton CO2. Wybudowanie nowego obiektu mimo wyższych kosztów inwestycji osiąga zwrot niższy o około 88 proc. Infrastruktura gazowa uzyskuje lepszy wynik niż nowa inwestycja zasilana pelletem, jednak wiąże się ona z emisjami dwutlenku węgla.

Zwrot inwestycji w redukcję emisji CO2 Przemysł i Środowisko

Jak przewiduje Instytut Jagielloński transformacja oprócz korzyści środowiskowych będzie w stanie zapewnić 616 tysięcy nowych miejsc pracy do końca 2050 roku, obniżenia kosztów wytwarzania energii elektrycznej oraz jej cen. Nowe inwestycje mogą stać się kołem zamachowym krajowej gospodarki, a rozpowszechnienie wykorzystywania biomasy może spowodować rozwój krajowego przemysłu produkcji pelletu. Jego potencjał dostrzegany jest nie tylko w elektrowniach i ciepłowniach, ale również w gospodarstwach domowych. Biomasa odegra bardzo dużą rolę w drodze do neutralności klimatycznej zmniejszając emisje, wydatki dla wytwórców, jak i mieszkańców oraz poprzez dalsze łączenie ze sobą ciepłownictwa i elektroenergetyki.


[1] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:32018L2001&from=en [dostęp: 18-01-2022]

[2] Raport Instytutu Jagiellońskiego „Biomasa pochodząca ze zrównoważonych źródeł – strategiczna opcja w wyzwaniu dekarbonizacji w Polsce” https://jagiellonski.pl/files/other/20210927_BIOMASA_E_BOOK.pdf [dostęp: 18-01-2022]

[3] Europejski Zielony Ład https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_pl [dostęp: 18-01-2022]

[4] Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów „Droga do zdrowej planety dla wszystkich. Plan działania UE na rzecz eliminacji zanieczyszczeń wody, powietrza i gleby” COM/2021/400 https://eur-lex.europa.eu/resource.html?uri=cellar:a1c34a56-b314-11eb-8aca-01aa75ed71a1.0014.02/DOC_1&format=PDF [dostęp: 18-01-2022]

[5] Ustawa z dnia 14 grudnia 2018 r. o promowaniu energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji (Dz. U. 2021 poz. 144) https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20190000042/U/D20190042Lj.pdf [dostęp: 18-01-2022]

Podziel się:

Napisz komentarz

Your email address will not be published. Required fields are marked *