Jak bardzo zielone jest… zielone

13 jak bardzo zielone

Spalanie biomasy w celu uzyskania energii zdaje się być zwiastunem zielonej przyszłości. O elektryczności i cieple wyprodukowanych w zakładach energetycznych spalających lub współspalających drewno bądź odpady z produkcji rolniczej lub leśnej, mówi się, że to mądry i ekologiczny wybór. Powstają kolejne elektrownie i elektrociepłownie za pieniądze hojnie na ten cel wydawane przez polski rząd i Unię Europejską.

Wytwarzanie energii z biomasy to jeden z kluczowych elementów w rozwoju alternatywnej energetyki ze źródeł odnawialnych. W kraju takim jak Polska, gdzie nie ma zbyt wielu górskich rzek, gdzie słońce nie świeci ani szczególnie długo ani szczególnie mocno, a wiatr wieje raczej umiarkowanie to właśnie biomasa ma szansę zrobić karierę. Pola i lasy to coś czego w Polsce mamy w obfitości i na uprawie czego znamy się od lat i na czym możemy polegać.

Patrząc na zagadnienie energetyki odnawialnej w szerszej perspektywie widzimy podobne problemy. W sektorze transportu biopaliwa są atakowane za swój wpływ na ceny żywności w krajach trzeciego świata oraz niewielki wpływ na redukcją emisji dwutlenku węgla w związku z procesami ich produkcji. Energia wiatru jest krytykowana ze względu na niemożność polegania na niej jako stabilnym źródle oraz na koszt produkcji energii. Co do słońca – tu argument jest ciągle ten sam – nie świeci w nocy a w pochmurne i krótkie dni jest go po prostu za mało by mogło to mieć znaczenie w jakimkolwiek większym bilansie. Wielu ekspertów sektora energetyki odnawialnej sugeruje obecnie, że to właśnie biomasa ma do odegrania główną rolę w osiągnięciu przez Unię Europejską wyznaczonego celu produkcji 20% energii ze źródeł odnawialnych do roku 2020. Ta energia uzyskiwana z biomasy – ścinek z drzew, drewna odpadowego i różnego innego materiału roślinnego – jest niewielkim lecz stale rosnącym udziałem w produkcji energii odnawialnej. Dla przypomnienia – celem jest obniżenie zapotrzebowania na importowane paliwa, głównie ropę naftową i gaz ziemny oraz inne paliwa kopalne, a także redukcja emisji gazów cieplarnianych, której przypisuje się znaczący udział w zmianach klimatu. Biomasa działa na zasadzie konwersji w ciepło lub elektryczność (najczęściej przez spalanie) materii, która w normalnych warunkach ulega biodegradacji, takiej jak drewno, słoma, lub odpadki z lasów i pól. Ponieważ konwersji ulega materia organiczna całość dwutlenku węgla powstałego podczas spalania jest równa ilości, którą pochłonęła roślina podczas swojego życia, zatem cały proces bilansuje się – mówimy, że ma „zerowy bilans węglowy”.

Zielony interes

13bPrzez jakiś czas biomas była postrzegana jako jedna z wielu, wcale nie najbardziej obiecująca z opcji w branży energetyki odnawialnej. Przedsiębiorcy skupiali się głównie na tańszych formach dostępnej energii alternatywnej, głównie na wietrze. Ostatnimi czasy jednak sytuacja zaczęła ulegać zmianie. Przez porównanie ze sobą alternatywnych źródeł energii okazało się, że biomasa jest naprawdę wydajna. Jedna elektrownia na biomasę jest w stanie wyprodukować około trzykrotnie więcej energii niż farma wiatrowa o tej samej mocy. Dodatkowo jest niezależna od kaprysów pogody i da się skalować tak by sprostać wymaganiom danych odbiorców. To co jest w tym zielonym interesie kuszące to również możliwość pozyskania środków na jego rozpoczęcie i prowadzenie. Zapewnienia o ochronie powietrza oraz wykorzystaniu niezawodnego źródła energii w prosty sposób przekładają się na hojne rządowe dopłaty co stwarza atrakcyjne finansowo warunki budowy bądź rozbudowy zakładów energetycznych, tak jak ma to miejsce chociażby w elektrowni w Połańcu. Powstaje tam nowy blok energetyczny, w którym spalane będzie wyłącznie drewno i biomasa pochodzenia rolniczego. Całkowita moc tego bloku energetycznego wynosić będzie 190 MW. Będzie to największa na świecie elektrownia na biomasę. Jej moc pozwoli na zaopatrzenie w energię 400 tys. gospodarstw domowych. Ma zostać oddany do użytku pod koniec 2012 roku. Biomasa może być również wykorzystana w tradycyjnych zakładach energetycznych. W tych opalanych węglem wykorzystanie biomasy polegałoby na zastąpieniu części węgla właśnie biomasą. Zamiana 20% paliwa biomasą powoduje zmniejszenie emisji dwutlenku węgla o 20%. Dlaczego tylko 20%? Jak stwierdził ekspert firmy Vattenfall, Lars Stromberg, większy dodatek biomasy w obecnie stosowanych większości typów palenisk spowodowałby zapchania instalacji popiołem pochodzącym ze spalania. To co jest również mocno zachwalane przy okazji zakładów spalających biomasę to również różnorodność materiału, który może służyć im za opał. Może to być nie tylko drewno czy słoma, ale również wytłoki z rzepaku, mączka zwierzęca, nawóz, osady ściekowe – i wiele innych odpadów organicznych, które każde społeczeństwo w dalszym ciągu będzie wytwarzać w znacznych ilościach. Nie do pominięcia są także zalety jakie ma produkcja energii z biomasy dla gospodarki leśnej – zyski jakie można wygenerować sprzedając odpady z produkcji drewna i papieru czy też kwestie wprowadzania dodatkowych przecinek, które mogą np. zapobiec rozprzestrzenianiu się pożarów.

Czy biomasa jest na pewno OK?

Ale nie wszystko wygląda tak różowo, czy też zielono, jak można by się tego spodziewać po tak ekologicznym rozwiązaniu. Jak każda technologia wykorzystanie biomasy w celu produkcji energii ma też swoje mankamenty. Krytyka dotyczy głównie zapotrzebowania na surowiec. Wymagania co do surowca w przypadku pojedynczego zakładu energetycznego są znaczne, zwłaszcza jeśli wykorzystuje on drewno jako pierwotne źródło energii. Niekorzystną cechą biomasy jest jej wysoka i zmienna (w zależności od rodzaju biomasy i okresu jej sezonowania) zawartość wilgoci. Konsekwencją tych właściwości jest również niższa wartość opałowa (zwłaszcza w stanie roboczym). Drewno charakteryzuje wysoka wilgotność uzyskuje się z niego mniej energii niże z innych, bardziej wydajnych paliw. Co za tym idzie należy spalić większe ilości biomasy aby wyprodukować tą samą ilość energii. A to oznacza, jak donoszą amerykańskie badania, wyemitowanie 45% więcej dwutlenku węgla w porównaniu ze spalaniem węgla oraz prawie 300% więcej niż w przypadku wysoko wydajnej elektrowni opalanej gazem ziemnym. Oczywiście – wyemitowany dwutlenek węgla został pochłonięty przez spalane drzewa podczas ich wzrostu – nie mniej jak długi czas jest potrzebny aby wyemitowaną teraz jego ilość znów mogły zostać wchłonięte przez wcale nie tak szybko rosnące przecież drzewa? Wyniki kalkulacji w przypadku odpadów drzewnych mówią o okresie 10 lat potrzebnych do pochłonięcia wyemitowanego dwutlenku węgla. W przypadku całych drzew pochłonięcie dwutlenku węgla może trwać dziesięciolecia. W związku z tymi wynikami Agencja Ochrony Środowiska w USA postanowiła wprowadzić za trzy lata opłaty za emisje dwutlenku węgla również z kotłów opalanych biomasą co zmienia status tego surowca w dłuższej perspektywie. Różne prowadzone ostatnio badania przynoszą wyniki, które rzucają cień na wychwalane zalety energii z biomasy. Przyjrzyjmy się bliżej rozwiązaniu, które powstało na fali popularności i poparcia dla energii z biomasy. Simpson Tacoma Kraft w stanie Washington w USA wydaje się być jedną z bardziej „zielonych” elektrowni. Spala trociny, wióry i korę drzew z tartaków i celulozowni aby podgrzać wodę i otrzymaną w ten sposób parę pod wysokim ciśnieniem skierować na turbinę by wytworzyć elektryczność.

Węgiel bardziej eko?

13c

Wydaje się, że to właśnie o to chodzi. Lecz nowe, precyzyjne obliczenia wywołują wątpliwości co do zalet energii produkowanej tym sposobem z biomasy. Niektórzy badacze przeliczając ilość dwutlenku węgla, która powstaje podczas całego procesu produkcji biomasy, a nie tylko samego wzrostu drzew, twierdzą, że spalanie biomasy może być tak naprawdę bardziej szkodliwe niż spalanie węgla i o wiele bardziej uciążliwe niż spalanie gazu ziemnego. A na dodatek ilość uwolnionego przy okazji spalania dwutlenku węgla w krótkim czasie powoduje uwolnienie takich ilości dwutlenku węgla, które owszem mogą zostać pochłonięte przez rosnące drzewa ale dopiero po wielu latach. A potrzeby energetyczne rosną. Kolejnym zagadnieniem, które musi być wzięte pod uwagę jest negatywny wpływ transportu paliwa na redukcję emisji dwutlenku węgla. Zakłada się, że duży zakład energetyczny będzie korzystał z surowca w postaci odpadów z produkcji drewna lub papieru, słomy lub odpadów z produkcji rolnej z najbliższej okolicy. Nie trudno jednak wyobrazić sobie sytuację, w której te dotychczasowe „odpady” w oczach ich „producentów” staną się towarem, na którym przecież można zarobić. Wtedy rachunek ekonomiczny zacznie być już nie tak korzystny. I co wtedy? Podobne wątpliwości budzi zasobność i podaż surowca na danym terenie. Bo aby wyprodukować energię z biomasy potrzeba jej dużo, naprawdę dużo. A im większy i bardziej „opłacalny” ma być zakład tym większe koszty transportu paliwa – zarówno te finansowe jak i te „węglowe” w postaci wyemitowanego przy okazji spalania paliw w transporcie paliw. I tu bilans zarówno „taniej” jak i „zielonej” energii zaczyna być wątpliwy jeśli chodzi o zaprojektowane „zyski”. W związku z tym może się okazać, że co prawda duże zakłady są wydajne jeśli chodzi o produkcję energii na potrzeby dużych odbiorców lecz jednocześnie mniej wydajne jeśli chodzi o zapobieganie uwalniania dwutlenku węgla do atmosfery. A to właśnie o kwestię dwutlenku węgla w energetyce odnawialnej chodzi. Jednocześnie w porównaniu np. z węglem, biomasa charakteryzuje się dużo wyższą zawartością związków alkalicznych (zwłaszcza potasu), wapnia i fosforu, a w przypadku słomy i innych roślin jednorocznych, a także liści i kory drzew, również wysoką zawartością chloru, co może prowadzić do wzmożonej korozji oraz narastania agresywnych osadów w kotle podczas jej bezpośredniego spalania. Zarówno w produkcji rolniczej jak i leśnej stosuje się wiele chemikaliów. Nawozy, środki ochrony roślin i środki do walki ze szkodnikami czy pasożytami to coś co również zostaje spalone w momencie gdy trafia do pieca. I doniesienia o ich wpływie na ludzkie zdrowie, o tym, że mogą przyczyniać się do wywoływania astmy oraz chorób serca powodują zaniepokojenie wśród ludzi, którzy mają mieć w swoim sąsiedztwie te „przyjazne środowisku” emitery zanieczyszczeń. Dwutlenek azotu, dwutlenek siarki, tlenek węgla i pył to tylko początek listy „zwykłych” składników emisji w tego typu zakładach. Oczywiście wiele zależy od tego jak bezpieczne i nowoczesne będą zastosowane rozwiązania technologiczne w kotłach, filtrach oraz instalacjach czy instrumentach monitorujących procesy produkcji energii w takich zakładów. Nie należą one jednak do tanich stąd nie należy się spodziewać, że wyprodukowana w takiej elektrowni energia będzie należała do szczególnie konkurencyjnych na rynku. Oczywiście zakłady takie powstaną w oparciu o rządowe i unijne dotacje i dofinansowania. Tak czy inaczej przyjdzie nam za to dość słono zapłacić. Kolejną różnicą w stosunku do paliw konwencjonalnych jest znacznie niższa gęstość nasypowa biomasy, czego konsekwencją jest droższy transport oraz wymagania dotyczące większych powierzchni składowisk. Co równie ważne dla wszelkich projektów zakładających wykorzystanie biomasy do produkcji energii obliczenia są dość bezwzględne. Bez dofinansowań do plantacji roślin uprawianych na cele energetyczne, bez preferencyjnych kredytów i grantów na budowę zakładów energetycznych opalanych biomasą cena tak produkowanej energii nie skusiłaby chyba nikogo. Ale nie każde przedsięwzięcie zakładające wykorzystanie biomasy jako źródła energii ma tego typu problemy. Niektórzy producenci myślą o tym by korzystać głównie ze słomy, której większość krajów o znaczącej produkcji rolnej, takich jak Polska, ma w znacznej ilości. Na dodatek słoma będąc produktem ubocznym działalności rolniczej nie ma związku z dyskusją toczącą się wokół wpływu jaki mają uprawy energetyczne na terenach, które można potencjalnie wykorzystać do produkcji żywności.

A może jednak słoma?

13aWykorzystanie słomy jako paliwa wydaje się być jednym z efektywniejszych sposobów na pozbycie się jej – pozwala równocześnie oszczędzić konieczności w orania jej na powrót do gleby. W związku z tak znacznym potencjałem naszego rodzimego rolnictwa oraz leśnictwa istnieją duże zapasy i znika konieczność wikłania się w zależności od importu surowca co pozwala dopisać wartość dodaną w postaci wyższego bezpieczeństwa energetycznego i niezależności od zagranicznych dostawców. Ale nie wszystko wygląda tak obiecująco. Należy pamiętać, że wszystko co wyrośnie czy to drzewo czy to zboże pobiera z gleby zawarte w niej składniki mineralne. Jeżeli zbierzemy opadłe liście, gałęzie nie pozwalając im rozłożyć się i wrócić do obiegu gleba w lesie będzie ulegała jałowieniu. Podobnie w przypadku pola – jeśli słoma nie zostanie zaorana to nie dość, że usuniemy to co przyczyniło się do jej wzrostu i będziemy musieli to zastąpić nawozami to jeszcze zmienimy strukturę gleby, która dzięki w oranej słomie była lepiej napowietrzona i stwarzała lepsze warunki do rozwoju fauny glebowej.

Pieniądze, pieniądze…

W grę wchodzą również jak zwykle… pieniądze. Produkcja energii, ponieważ zapotrzebowanie na nią stale rośnie, jest przyszłościowa i opłacalna. Za społecznym poparciem dla ekologicznych rozwiązań idą grube pieniądze w postaci dofinansowań i grantów umożliwiające zarówno wybudowanie zakładów energetycznych na biomasę jak i pozyskanie samego surowca na preferencyjnych warunkach. Czyli… pieniądze. A nie bez znaczenia dla terenów wiejskich oraz położonych w sąsiedztwie dużych kompleksów leśnych, co w obydwóch przypadkach daje duże prawdopodobieństwo powstania w ich sąsiedztwie takich zakładów, jest możliwość zatrudnienia dla znacznej ilości osób. Znów… pieniądze. A jeśli zamiast odpadów z produkcji drzewa lub produkcji rolniczej pomyślimy o rozwiązaniach w stylu upraw roślin na cele energetyczne jak diabeł z pudełka wyskakują jeszcze inne kwestie. Nie tylko redukcja emisji dwutlenku węgla czy wydajności energetycznej ma tu znaczenie – liczą się również inne efekty środowiskowe jakie ma wprowadzanie takich upraw. Weźmy na przykład zapotrzebowania na powierzchnię ziemi oraz wodę do ich uprawy. Wiadomo, że na piasku lub nieużytku niewiele wyrośnie. Aby dobrze rosło potrzebna jest gleba dobrej jakości. I to jak chochlik pojawia się kwestia konkurowania produkcji rolnej na cele energetyczne z produkcją rolną na cele spożywcze. O ile w krajach europejskich, w tym w Polsce, mamy nadprodukcję żywności w stosunku do krajowych potrzeb, o tyle w krajach gdzie dobrych gleb jest mało, a biednej ludności sporo zaczyna to być problem. Dodając do tego wycinanie lasów (np. tropikalne) na potrzeby stworzenia powierzchni uprawnych efekt ekologiczny zaczyna być coraz mocniej wątpliwy. A spójrzmy jeszcze na zagadnienie wprowadzania monokultur roślinnych, które wymagają dużych ilości wody (zwłaszcza te szybko rosnące, które są tak faworyzowane przez wzgląd na krótki czas potrzebny do uzyskania dużej ilości biomasy) podczas uprawy co wpływa na stosunki wodne na danym obszarze. Bez wody przyrost będzie niewielki, a konieczność nawadniania jeśli tylko zdarzy się nie koniecznie dżdżyste lato powoduje podniesienie kosztów produkcji oraz nakładów energii potrzebnych do uzyskania plonów, a także obniżenie wydajności redukcji emisji dwutlenku węgla. To dość znany fakt, że produkcja biopaliw wymaga pozyskiwania bądź uprawy biomasy na olbrzymich obszarach. To pociąga za sobą oczywiście również olbrzymie zapotrzebowanie na wodę. Według badań przeprowadzonych przez UNESCO ilość wody potrzebna do produkcji tej samej ilości energii z biomasy jest 70 razy większa niż w przypadku otrzymywania jej z paliw kopalnych. Pamiętając o konieczności redukcji emisji dwutlenku węgla nie należy zapominać, że problem dostępności i dystrybucji wody jest w niektórych rejonach dość sporym problemem. Wprowadzenie upraw roślin na potrzeby energetyczne może jeszcze bardziej ten problem nasilić. I znów znaczenia nabiera kalkulacja kosztów i wydajności produkcji. Choć drewno i materiał roślinny były jednym z pierwszych paliw z jakimi ludzie mieli do czynienia nie wydaje się, by historia mogła zatoczyć aż tak wielkie koło i wrócić do rozwiązań stosowanych tysiące lat temu. Przeskalowanie zbieranego i spalanego opału na dzisiejsze warunki nastręcza trudności, które dopiero zaczynamy poznawać. Wyniki trwających wciąż badań przynoszą coraz precyzyjniejsze wyliczenia, którym warto się przyjrzeć i zastanowić czy aby na pewno opłaca się nam w dłuższej perspektywie obstawać tak mocno przy rozwiązaniu, które dopiero zaczyna objawiać nam złożoność swojej problematyki. Wiele jeszcze musimy poznać, policzyć i poćwiczyć. Oby ta nauka nie poszła w las.

Autor: Tomasz Siobowicz

 

admin

Komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *