Śladami projektów biomasowych

Bioenergia, biopaliwa stałe, biomasa. Te pojęcia, często stosowane zamiennie (i nie zawsze poprawnie) ostatnio wprowadzają dużo niepokoju w nowym kształcie polityki klimatyczno-energetycznej w Polsce.

Biomasa jako nośnik energii odnawialnej cechuje się tym, iż jest jednym z najbardziej stabilnych, wszechstronnych i dostępnych form źródeł energii odnawialnej na świecie. Dynamiczny rozwój technologiczny, rosnąca świadomość ekologiczna oraz dążenie do uniezależnienia się od paliw kopalnych sprawiło, iż wiele państw na całym świecie przyspiesza transformację energetyczną w sektorach związanych z emisją i gospodarką odpadami.

Czy biomasa ma znaczenie w tym procesie? Warto choćby na chwilę oderwać się od krajowej batalii o biomasę i przyglądnąć się co robią inne kraje, w których biomasa jest uwzględniana w bilansie energetycznym, a nowe technologie do jej przetwarzana stale są rozwijane.

Kanada

Kanada od lat jest jednym z liderów w dziedzinie biomasy. Jej zasoby opierają się głównie na sektorze leśnym i biomasie odpadowej. W 2023 roku udział biomasy w miksie OZE wynosił 24% (508 PJ) [IEA Bioenergy Canada]. Rząd wspiera rozwój technologii termicznego przetwarzania biomasy, takich jak zgazowanie, piroliza czy hydrotermalne upłynnianie. Te rozwiązania pozwalają na efektywne wykorzystanie biomasy do produkcji energii oraz paliw transportowych.

Dodatkowo Kanada inwestuje w projekty wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCUS), co wzmacnia jej pozycję na arenie międzynarodowej. Jednym z najbardziej imponujących przedsięwzięć jest projekt zakładu Arbios Biotech’s Chuntoh Ghuna, który ma stać się największym na świecie działającym zakładem hydrotermalnego upłynniania biomasy. Innowacyjna platforma technologiczna Cat-HTR umożliwia przekształcanie pozostałości leśnych i biomasy odpadowej w wysokowartościowe, zrównoważone bioprodukty wykorzystywane m.in. do produkcji odnawialnych paliw transportowych o niskim śladzie węglowym. Firma Enerkem realizuje budowę zakładu recyklingu węgla pierwiastkowego w Varennes, gdzie przy użyciu opatentowanej technologii termochemicznej odpady nierecyklingowalne oraz pozostałości drzewne zostaną przekształcone w ok. 125 milionów litrów biometanolu rocznie. Projekt ten jest wspierany przez Shell, Suncor, Proman i Hydro-Québec, a zakład zostanie wyposażony w elektrolizer o mocy 90 MW do produkcji zielonego wodoru. Firma BioLesna Carbon Technologies otrzymała ok. 7 mln USD dofinansowania na budowę biorafinerii, która będzie przekształcać odpady leśne w biowęgiel, bioolej i gaz pirolityczny.

Natomiast spółka CARBONITY uzyskała 5,2 mln USD na budowę zakładu produkcji biowęgla, który zastąpi węgiel metalurgiczny w przemyśle stalowym i cementowym. Istotnym przedsięwzięciem na skalę międzynarodową jest projekt firmy Woodland Biofuels, która planuje budowę zakładu gazyfikacji biomasy w Port of Louisiana o wartości 1,35 mld USD. W pierwszej fazie obiekt będzie produkował RNG (Renewable Natural Gas), a w drugiej wodór o ujemnym śladzie węglowym, co pozwoli na usunięcie 660 000 ton CO₂ rocznie poprzez wychwytywanie i sekwestrację dwutlenku węgla z biomasy.

Finlandia

Biomasa w Finlandii stanowi główny filar odnawialnej energii, jej udział to około 80% (414 PJ). Ponad połowa ciepła w krajowym systemie grzewczym pochodzi właśnie z biomasy. Fińska strategia koncentruje się na optymalizacji łańcucha wartości biomasy oraz rozwoju infrastruktury biometanowej. Wprowadzane są także technologie wychwytywania dwutlenku węgla (BIO-CCS) oraz procesy BIO-CCU, które umożliwiają wykorzystanie biogenicznego CO₂ do produkcji biopaliw i materiałów. Wdrażane są nowoczesne instalacje hybrydowe, integrujące procesy energetyczne i przemysłowe. Projekty wsparte dofinansowaniem to m.in. zakłady biogazu Nevel Oy w Kotka oraz Gasum Oy w Kouvola, zakłady produkcji biometanu Köppö Energia i Westenergy, wykorzystujący CO₂ z procesów spalania odpadów oraz wodoru, który będzie zlokalizowany w Kristiinankaupunki i Lounais-Suomen Jätehuolto Oy, wykorzystujący gaz wysypiskowy oraz wodór powstały w elektrolizerze.

W związku z planowanym zakazem używania węgla w produkcji energii, w ostatnich latach zrealizowano kilka dużych inwestycji do produkcji ciepła z biomasy. Firma Helen (dawniej Helsingin Energia) rozpoczęła w 2022 roku budowę nowej instalacji ciepłowniczej na biomasę o mocy 260 MW. Tampereen Energia uruchomiło nowy zakład kogeneracji na biomasę w 2023 roku (elektryczność 50 MW, ciepło 160 MW). Fortum zbudowało instalacje (50 MW) do ogrzewania na pellet drzewny i wióry drzewne w Espoo, a Lahti Energia zbudowało nową instalację grzewczą (190 MW) na biomasę.

Biomasa podbija polskie miasta

Niemcy

Niemcy, przez wiele lat rozwijający sektor bioenergii, w tej chwili zmieniają podejście do wykorzystania biomasy. Biomasa odpowiada za około 55% energii odnawialnej w kraju, jednak tempo wzrostu tego sektora maleje, zwłaszcza w obszarze biogazu. Rząd opracowuje Narodową Strategię Biomasy (NABIS), kładąc nacisk na biogospodarkę, efektywność zasobów i bioprodukty wycofując się powoli z produkcji energii z biomasy. Priorytetem jest wykorzystanie m.in. odpadów biogenicznych.

W sektorze badawczo-rozwojowym kluczową rolę odgrywają instytucje takie jak FNR, DBFZ i KIT, które koncentrują się na biorefineryjnym przetwarzaniu biomasy, technologiach wychwytywania CO₂ oraz integracji z odnawialnymi paliwami syntetycznymi. W najbliższych latach rola bioenergii w sektorze ogrzewnictwa indywidualnego będzie maleć na rzecz pomp ciepła i innych OZE, a kluczowym kierunkiem stanie się rozwój bioproduktów oraz innowacji chemicznych. Jedną z przyczyn takiej zmiany jest nadwyżkowa energia z PV i turbin wiatrowych, a z drugiej strony stopniowo malejący potencjał produkcyjny niemieckich lasów ze względu na monokultury i zjawisko ich obumierania, częściowo także spowodowane zmianami klimatycznymi.

Holandia

Holandia zmienia swoje podejście do wykorzystania biomasy w energetyce, stopniowo wygaszając jej spalanie w elektrowniach i koncentrując się na biogospodarce. Choć biomasa przez cały czas stanowi 45% energii odnawialnej, jej rola w sektorze energetycznym będzie stopniowo malała na rzecz bardziej zaawansowanych zastosowań, takich jak biopaliwa i biochemikalia.

Nowa strategia bioekonomii wspiera rozwój biorafinerii, umożliwiając bardziej efektywne przekształcanie biomasy w wysokowartościowe produkty. najważniejsze projekty obejmują Chaplin, który wykorzystuje ligninę do produkcji asfaltu, Chemport, rozwijający technologie wykorzystania sacharydów w przemyśle chemicznym, oraz Total-Corbion, produkujący bioplastiki na bazie polikwasu mlekowego (PLA). Holenderskie firmy, takie jak SkyNRG, SHV Energy i KLM, aktywnie rozwijają biopaliwa lotnicze, a Biondoil inwestuje w produkcję paliw i chemikaliów z odpadów biomasy. Przyszłość bioenergii w Holandii będzie oparta na integracji biorafinerii z elektryfikacją i technologiami wodorowymi, a tradycyjne spalanie biomasy w energetyce zostanie ograniczone.

Norwegia

Norwegia, mimo dominacji hydroelektrowni w krajowym miksie energetycznym, rozwija technologie związane z biogazem, biopaliwami i redukcją emisji CO₂. Biomasa stanowi w tej chwili 7,5% miksu energetycznego, ale jej znaczenie rośnie w przemyśle i transporcie. najważniejsze inwestycje obejmują produkcję biometanu, biowęgla jako zamiennika koksu w hutnictwie, wdrażane są technologie wychwytywania i składowania CO₂. Rządowa Strategia Energi21 promuje innowacje w logistyce biomasy, biopaliwach lotniczych i technologiach przetwarzania biomasy. Projekt Bio4Fuels rozwija fermentację biomasy do bioalkoholi, pirolizę do biooleju i zgazowanie do paliw gazowych. Silva Green Fuel zbudowała zakład demonstracyjny do produkcji biopaliw, wykorzystujący technologię hydrotermalnej konwersji (HTL), opracowaną przez Steeper Energy.

W zakresie biometanu, projekty takie jak St1 Biokraft, który produkuje 12,5 mln Nmł rocznie, oraz Greve Biogass, którego zakład ma osiągnąć 180-200 GWh rocznie, przyczyniają się do rozwoju produkcji skroplonego biogazu. VEAS, właściciel największej oczyszczalni ścieków w Norwegii, rozbudowuje swój zakład do upgradowania biogazu, z planowaną produkcją 70 GWh rocznie. W zakresie biowęgla, Mana Group rozwija technologię produkcji biowęgla aglomerowanego, natomiast WACKER CHEMICALS pracuje nad redukcją emisji CO₂ z produkcji krzemu. Ponadto, realizowane są projekty CCUS (wychwytywania, utylizacji/składowania dwutlenku węgla), takie jak wychwytywanie CO₂ w zakładzie spalarni w Rakkestad przez Carbon Centric, oraz instalacja pokładowej technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (OCCS) w transporcie morskim przez firmę Solvang ASA.

Szwecja

Szwecja intensywnie inwestuje w rozwój technologii BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage), które pozwalają na wychwytywanie i składowanie CO₂ pochodzenia biogenicznego. Wiodące projekty, takie jak Stockholm Exergi i Tekniska verken w Linköping, koncentrują się na eliminacji emisji CO₂ poprzez wykorzystanie biomasy w procesach energetycznych.

Kraj ten rozwija również biopaliwa transportowe, a rafinerie St1/SCA w Göteborgu oraz Preem w Lysekil wdrażają technologie produkcji zrównoważonych paliw lotniczych i biopaliw nowej generacji. Sektor chemiczny i papierniczy również zyskuje na znaczeniu dzięki firmom takim, jak Södra, która buduje największy zakład produkcji przemysłowej ligniny, oraz Meva Energy, rozwijającą technologie gazu syntezowego z odpadów drzewnych.

Austria

Austria jest jednym z europejskich liderów w wykorzystaniu biomasy, która odpowiada za 55% odnawialnej energii w kraju. Główne zastosowanie obejmuje ogrzewanie mieszkań i systemy ciepłownicze, w których ponad połowa instalacji opiera się na biomasie. Austria rozwija także kogenerację oraz zaawansowane technologie konwersji biomasy, takie jak produkcja syntetycznego gazu i biopaliw nowej generacji. Wiedeń jest centrum innowacji bioenergetycznych, a projekty takie jak Waste2Value i Syngas Platform Vienna koncentrują się na przekształcaniu odpadów organicznych w gaz syntezowy oraz jego dalsze wykorzystanie w produkcji biodiesla i biometanolu. Rząd finansuje także badania nad biopaliwami i technologiami wychwytywania CO₂.

Wielka Brytania

Wielka Brytania intensywnie rozwija sektor bioenergii. Posiada również aktywne środowisko badawcze w dziedzinie bioenergii, szczególnie dzięki finansowanemu przez radę badawczą SUPERGEN Bioenergy Hub. Rządowe programy, takie jak Biomass Feedstocks Innovation Programme, dotychczas przeznaczyły 36 mln funtów na zwiększenie produkcji zrównoważonej krajowej biomasy, finansując innowacyjne pomysły, które rozwiązują bariery w produkcji biopaliw stałych z biomasy, m.in. miskanta olbrzymiego, wierzby energetycznej, konopi, alg i wodorostów. Rząd Wielkiej Brytanii realizuje również konkurs innowacyjny o wartości 30 mln funtów na produkcję wodoru dzięki bioenergii z wychwytem i składowaniem dwutlenku węgla (H2 BECCS). realizowane są też badania nad fermentacją beztlenową (AD) i redukcją emisji metanu i amoniaku z instalacji biogazowych, które mogą wpływać na jakość powietrza, gleby i wody.

Włochy

Włochy koncentrują się na modernizacji systemów grzewczych opartych na pellecie i drewnie, poprawiając ich efektywność środowiskową poprzez systemy kondensacyjne i zaawansowane filtry do kotłów. Nowe technologie w tym sektorze mają na celu redukcję emisji zanieczyszczeń, zgodnie z wymogami Krajowego Planu na rzecz Energii i Klimatu (NECP). Równocześnie, Plan Odbudowy i Odporności (NRRP) przewiduje znaczące inwestycje w biometan, w tym modernizację istniejących biogazowni oraz budowę nowych instalacji, finansując do 40% kosztów inwestycji.

Wsparcie obejmuje także rozwój zrównoważonych praktyk produkcji biometanu, w tym ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz tworzenie konsorcjów zajmujących się przetwarzaniem pozostałości fermentacyjnych na nawozy organiczne. W 2023 roku NRRP został rozszerzony o program RePower EU, który przeznacza 2 mld Euro na rozwój biometanu, wspierając nie tylko nowe inwestycje, ale także wymianę przestarzałych pojazdów rolniczych na maszyny napędzane biometanem. Dodatkowe działania obejmują redukcję kosztów podłączenia biometanowni do sieci gazowej oraz zachęty regulacyjne dla inwestycji w zdekarbonizowane gazy.

Konferencja Biomasa i paliwa alternatywne w ciepłownictwie

Francja

Francja skupia się na zrównoważonym zarządzaniu zasobami leśnymi oraz optymalizacji wykorzystania biomasy w ogrzewnictwie i przemyśle. najważniejsze działania obejmują analizę cyklu węgla w lasach, wspieranie zrównoważonego pozyskiwania drewna oraz transformację energetyczną zgodnie ze scenariuszami „Transitions 2050”, które wskazują ścieżki osiągnięcia neutralności klimatycznej. Francja intensywnie rozwija systemy grzewcze oparte na biomasie.

W 2022 roku instalacje biomasowe o mocy powyżej 50 kW wyprodukowały 36 TWh „zielonego”ciepła z OZE, pokrywając 5,4% końcowego zapotrzebowania na ciepło w kraju. Od 2009 roku Fundusz Ciepła ADEME wsparł ponad 2800 instalacji spalania biomasy, które dostarczają 26,5 TWh ciepła rocznie, przeznaczając na ten cel 4,28 mld Euro dotacji, co przełożyło się na 14 mld Euro inwestycji. Biomasa jest również szeroko wykorzystywana w gospodarstwach domowych – w 2020 roku 7,4 miliona domów posiadało urządzenia do spalania drewna, z czego 6,9 miliona było aktywnie użytkowanych. Roczne zużycie energii z drewna wyniosło 66 TWh, co stanowiło 25% całkowitego zużycia energii przez gospodarstwa domowe i ponad jedną trzecią ich zapotrzebowania na ogrzewanie.

Brazylia

Brazylia dynamicznie rozwija produkcję biopaliw drugiej generacji (E2G), w szczególności etanolu celulozowego, którego największym producentem jest firma Raízen. w tej chwili działają dwie duże instalacje produkujące etanol drugiej generacji – Costa Pinto Bioenergy Park w Piracicaba oraz zakład Bonfim w Guariba, o łącznej zdolności 112 milionów litrów rocznie, a kolejne jednostki są w budowie. Raízen planuje dalszą ekspansję, budując cztery kolejne zakłady, a do 2030 roku ich liczba ma wzrosnąć do 20, co pozwoli na osiągnięcie produkcji 1,6 miliarda litrów rocznie.

Brazylia wspiera rozwój biopaliw poprzez programy finansowe, w tym PAISS, który dotuje innowacje w zakresie etanolu celulozowego, paliw lotniczych i biopaliw drop-in. W 2018 roku rząd przeznaczył na badania i rozwój bioenergii ponad 200 milionów reali brazylijskich (38 milionów USD). Dalsza transformacja sektora odbywa się w ramach Future Fuels’ Program, który integruje krajowe polityki, takie jak RenovaBio i Green Mobility and Innovation Program (MOVER). Program ten promuje rozwój biopaliw lotniczych (biojet fuels), paliw morskich oraz technologii wychwytywania i składowania CO₂.

Belgia

Belgia koncentruje się na biorafineriach, biopaliwach nowej generacji i biometanie. Flandria inwestuje w biochemię i recykling surowców, natomiast Walonia rozwija technologie związane z biogazem, zielonym wodorem i przetwarzaniem odpadów rolniczych. Wśród innowacyjnych projektów wyróżnia się STEELANOL, realizowany przez ArcelorMittal, który produkuje bioetanol z gazów hutniczych, oraz Torero, który przekształca odpady drzewne w biowęgiel.

Belgia inwestuje również w rozwój biodiesla i bioetanolu, czego przykładem są fabryki Cargill i BioWanze, wspierające dekarbonizację transportu. Rozwój biometanu ma najważniejsze znaczenie w transformacji energetycznej – zakłady w Beerse, Fleurus i Quevy produkują gazy zdekarbonizowane, które zastępują gaz ziemny. Równocześnie Belgia odchodzi od dużych elektrowni na biomasę, koncentrując się na lokalnych systemach ciepłowniczych i biogazowych. Programy Smart Specialisation Strategy i Circular Wallonia wspierają innowacje w biomateriałach, gospodarce cyrkularnej i odnawialnej energii.

Podsumowanie

Najnowsza rewizja scenariuszy NET-ZERO do 2050 roku w raporcie International Energy Agency z września 2023 roku potwierdza przyszłą rolę nowoczesnych technologii bioenergetycznych w zaspokojeniu potrzeb energetycznych świata do 2050 roku. Czy w Polsce będzie nowe otwarcie dla nowych technologii dla biomasy i jej wykorzystania? Miejmy nadzieję, iż tak.

Autorzy:

Dr inż. Tomasz Mirowski – [email protected]

Mgr inż. Julia Domagała – [email protected]

Pracownia Technologii Przetwarzania Bioenergii

Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN w Krakowie

Biomasa i paliwa alternatywne. Czytaj za darmo w internecie!