Wykorzystanie i moliwoci NOD pod ktem energetyki Autor

Wykorzystanie i możliwości NOD pod kątem energetyki Autor: prof. dr hab. Stanisław Borsuk Wykonanie: mgr inż. Aida Wyczislok

Cele rozwoju energetyki kraju: -Zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego w skali kraju i świata, - Rozwój energetyki odnawialnej, ze względu na wyczerpywanie się zasobów ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla, - Ochrona przed zanieczyszczeniami powietrza i tzw. Niską emisją. - Udział energii odnawialnej w bilansie paliwowo – energetycznym Polski do 2020 – 15% (2017 r. Udział ten wynosił 11%) - Wykorzystanie biomasy jako głównego proekologicznego źródła energii.

Biomasa – przepisy UE 1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE - Biomasa - ulegająca biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa, leśnictwa i związanych działów przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, a także ulegająca biodegradacji część odpadów przemysłowych i miejskich 2. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady WE nr 1099/2008 Biomasa stała – organiczne, niekopalne substancje o pochodzeniu biologicznym, które mogą być wykorzystane w charakterze paliwa do produkcji energetyki cieplnej lub wytwarzania energii elektrycznej, w tym drewno, uprawy, odpady stałe biodegradowalne itp.

Biomasa – przepisy krajowe Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biopaliwach i biokomponentach ciekłych (Dz. U. 2006 nr 169 poz. 1199) biomasa - stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji, a w szczególności surowce rolnicze; Ustawa z dn. 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (Dz. U. z 2007 r. Nr 39 poz. 251) biomasa - odpady, które ulegają rozkładowi tlenowemu i beztlenowemu przy udziele mikroorganizmów.

Biomasa – przepisy krajowe cd. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dn. 14 sierpnia 2008 r. (Dz. U. z 28 sierpnia 2008 r. Nr 156, poz. 969 ze zm. ) biomasa - stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji, oraz ziarna zbóż niespełniające wymagań jakościowych dla zbóż w zakupie interwencyjnym określonych w art. 4 rozporządzenia Komisji (WE) nr 687/2008 z dnia 18 lipca 2008 r. ustanawiającego procedury przejęcia zbóż przez agencje płatnicze lub agencje interwencyjne oraz metody analizy do oznaczania jakości zbóż (Dz. Urz. UE L 192 z 19. 07. 2008, str. 20) i ziarna zbóż, które nie podlegają zakupowi interwencyjnemu.

Gaz błotny – odkryty w 1776 przez Alessandro Volta palny gaz, którego głównym składnikiem jest metan, powstający w wyniku beztlenowego rozkładu substancji organicznych w przyrodzie. Proces ten zachodzi często na bagnach lub mokradłach (stąd nazwa. 31 maja 1926 wybuchł gaz błotny zebrany na dnie jeziora Stańczyki. Wybuch nastąpił prawdopodobnie wskutek obniżenia ciśnienia atmosferycznego spowodowanego przez burzę. Powierzchnia jeziora stała się niewidoczna z powodu pokrywającego ją materiału wyrzuconego z dna jeziora. Trwało to kilka tygodni, dopóki ziemia nie opadła na dno

Rodzaje biomasy - trociny, zrębki drzewne, kora brykiet drzewny słoma odpady zwierzęce z gospodarstw rolnych odpady z przemysłu przetwórstwa rolno-spożywczego osady z oczyszczalni ścieków Dotąd niestosowanym posiadającym ogromny potencjał są osady z dna akwenów

Osad denny – geneza (protoplasta węgla kamiennego i ropy naftowej) Geneza powstania ropy naftowej (źródło: D. Elsom „Ziemia”)

Osad denny – geneza (protoplasta węgla kamiennego i ropy naftowej) Geneza powstania węgla kamiennego (źródło: D. Elsom „Ziemia”)

Osady denne zalegające w zbiornikach wodnych stwarzają zagrożenie środowiskowe i żeglugowe utrudnienia techniczne, ale po wydobyciu stanowią cenny nawóz organiczny i stanowią duży potencjałenergetyczny. Potrzeba usuwania osadów dennych z wód powierzchniowych wynika z transpozycji Ramowej Dyrektywy Wodnej Parlamentu Europejskiego i Rady [Dyrektywa 2013/39/UE] z dnia 12 sierpnia 2013 r. , zmieniającej dyrektywy 2000/60/WE oraz dyrektywę 2008/105/WE. Ta najnowsza wersja dyrektywy nakłada na Polskę obowiązek wprowadzenia w życie przepisów ustawowych, wykonawczych i administracyjnych niezbędnych do wykonywania dyrektywy od 14 września 2015 r. do 2021 r. oraz uwzględnienia w planach gospodarowania wodami dla obszarów dorzeczy z aktualizowanych środowiskowych norm jakości, tzw. EQS, dla obowiązujących substancji priorytetowych, których liczbę z dotychczasowych 33 powiększono o 15 nowych. Do 2021 r. powinien być osiągnięty dobry stan chemiczny wód powierzchniowych dla łącznie 45 substancji priorytetowych wymienionych w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/39/UE z 12 sierpnia 2013 r.

Osad denny – aspekty prawne � Wydobyte osady denne, które nie zawierają substancji szkodliwych stanowią odpad o kodzie 17 05 06 Urobek z pogłębiania inny niż wymieniony w 17 05 05. Te, które zawierają substancje szkodliwe stanowią odpad o kodzie 17 05 05* Urobek z pogłębiania zawierający lub zanieczyszczony substancjami niebezpiecznymi. � Zgodnie z art. 2 ustawy o odpadach przepisów ustawy nie stosuje się do m. in. osadów przemieszczanych w obrębie wód powierzchniowych w celu związanym z gospodarowaniem wodami lub drogami wodnymi, zarządzaniem wodami lub urządzeniami wodnymi lub ochroną przed powodzią bądź ograniczaniem skutków powodzi i susz, rekultywacją, refulacją, pozyskiwaniem lub uzdatnianiem terenu, jeżeli osady te nie są niebezpieczne.

Osad denny – aspekty prawne cd. Zgodnie z art. 6 ust. 1 pkt 18 Ustawy z dnia 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze złożem kopaliny – jest naturalne nagromadzenie minerałów, skał oraz innych substancji, których wydobywanie może przynieść korzyść gospodarczą. W związku z tym wydobywanie osadów dennych ze zbiorników wodnych, które może przynosić korzyści gospodarcze jest traktowane jako wydobywanie kopaliny.

Wydobycie osadów – przepisy prawne � Uzyskanie pozwolenia wodno – prawnego ze względu na szczególne korzystanie z wód � Ustalenie właściciela wód – wody śródlądowe płynące stanowią własność Skarbu Państwa, stojące właściciela nieruchomości, � Decyzja o środowiskowych uwarunkowaniach 0 jest to przedsięwzięcie mogące potencjalnie znacząco oddziaływać na środowisko, � Koncesja w zakresie wydobywania kopalin – Prawo Geologiczne i Górnicze

Proponowane zmiany w Ustawie z dnia 7 czerwca 1018 r. O odnawialnych źródłach energii Art. 2. pkt 3 biomasa – ulegającą biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa, w tym substancje roślinne i zwierzęce, leśnictwa i związanych działów przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, niezanieczyszczone osady denne pochodzące ze zlewni - obszarów, z których wody trafiają spływami punktowymi i obszarowymi do akwenów wodnych, na dnie których zachodzą przemiany fermentacji tlenowo - metanowej, w wyniku których powstają osady denne stanowiące siedlisko dla glonów beztlenowych, przetworzoną biomasę, w szczególności w postaci brykietu, peletu, toryfikatu i biowęgla, (…); ”,

Proponowane zmiany w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 1 marca 2018 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów § 2. Ilekroć w rozporządzeniu jest mowa o: 1) biomasie – rozumie się przez to produkty składające się z substancji roślinnych pochodzących z rolnictwa leśnictwa oraz niezanieczyszczone osady denne z akwenów wodnych, które mogą być wykorzystywane jako paliwo w celu odzyskania zawartej w nich energii, oraz następujące rodzaje odpadów (…)

Technologia wykorzystania NOD – warunki labolatoryjne Schemat wytwarzania ekologicznego biopaliwa z naturalnych osadów dennych w połączeniu z biokomponentami w oparciu o technologie sprzyjającą środowisku człowieka

Technologia wykorzystania NODmodel środowiskowy

Wykorzystanie osadów dennych

Walory Naturalnych Osadów Dennych - możliwość wykorzystania osadów dennych do produkcji materiału opałowego, biopaliwa i biogazu oraz innych frakcji, - duża zawartość materii organicznej – 50 -80%, - zawartość suchej masy na poziomie 8 -18%, - średnia wydajność biogazu 60 m 3/Mg świeżej masy NOD, - szacunkowy koszt instalacji do rekultywacji wód powierzchniowych z wykorzystaniem osadów dennych do produkcji biogazu wynosi około 13 mln. zł. (poziom cen 2018 r) - brak metali ciężkich (w większości akwenów), - znikoma ilość siarki, azotu i innych związków – znikoma emisja gazów cieplarnianych (globalne ocieplenie), - plastyczność i łatwość łączenia z innymi biokomponentami, - możliwość współspalania z kopalinami energetycznymi lub odpadami (komunalnymi, przemysłowymi), - możliwość wytwarzania materiału opałowego nadającego się na do spalania we wszystkich rodzajach pieców ciepłowniczych, - wykorzystanie osadów do nawożenia gleb, - poprawa walorów turystycznych, krajobrazowych i transportowych, - poprawa jakości wody – rewitalizacja, rekultywacja. - korzystny wpływ na rybołówstwo i gospodarkę wodną - sprzyjające przepisy prawne

Patenty • Nr zgłoszenia P 390107 nr patentu 223699 – Materiał opałowy zawierający osady denne oraz materiał palny - data zgłoszenia – 30. 12. 2009 - data publikacji – 04. 07. 2011 - twórca – Stanisław Borsuk - zgłaszający – Stanisław Borsuk DECYZJA – UDZIELENIE PATENTU (22. 02. 2016) • Zgłoszenie patentowe „Sposób i układ do wytwarzania biopaliw z naturalnych osadów dennych w połączeniu z biokomponentami” Potwierdzenie zgłoszenia patentowego z dnia 18. 04. 2017 – Kancelaria Patentowa Piotr Jankowski (Uniwersytet Technologiczno Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy) - twórca – Stanisław Borsuk - zgłaszający – Stanisław Borsuk

Schemat wytwarzania ekologicznego biopaliwa z naturalnych osadów dennych – zgłoszenie patentowe

Sposoby energetycznego wykorzystania osadów dennych � Energia elektryczna – głównie silniki gazowe, � Energia cieplna – kogeneracja, kotły gazowe lub po standaryzacji biogazu – do sieci gazowniczej, � Paliwo do pojazdów – po oczyszczeniu i sprężeniu,

Rekultywacja wód powierzchniowych z jednoczesnym wykorzystaniem potencjału energetycznego zawartego w naturalnych osadach dennych jest zgodna z zapisami zawartymi w Dyrektywie Wodnej z dnia 23 października 2000 r. , Wytycznymi Komisji Europejskiej „Transport Wodny i Śródlądowy” i „Sieć Natura 2000”, Decyzja Nr 1692/96 w sprawie wspólnotowych wytycznych dotyczących rozwoju transeuropejskiej sieci transportowej oraz Decyzją Europejskiego Parlamentu i Rady Nr 661/2010/UE dnia 1 lipca 2010 roku w sprawie unijnych wytycznych dotyczących rozwoju transeuropejskiej sieci transportowej).

Biogazowanie Naturalnych Osadów Dennych Instalacja do rekultywacji wód powierzchniowych z wykorzystaniem osadów dennych do produkcji biogazu o mocy 0, 5 MWt może wytworzyć w ciągu roku około 880 000 m 3 biogazu i wygenerować przychód na poziomie około 0, 60 zł/m 3 (poziom cen 2018 r) wyprodukowanego biogazu. Przychód jest uzależniony od miejsca lokalizacji instalacji do biogazowania oraz dostępności substratów uzupełniających – biokomponentów (BK).

Biogazownia osadów dennych vs Biogazownia tradycyjna � Proces fermentacji osadów dennych jest zbliżony do procesu rozkładu beztlenowego substancji organicznych stosowanego w biogazowniach wykorzystujących substraty tradycyjne, � Wielkość emisji substancji i energii do środowiska wynikające z eksploatacji oraz prognozowane oddziaływanie na środowisko jest porównywalne z biogazowniami tradycyjnymi � Wyniki badań pozostałości po procesie fermentacji metanowej osadów dennych – pofermentu wykazują że można go wykorzystać rolniczo jako nawóz a zawartość metali ciężkich jest śladowa

Technologia

Etapy biogazowania 1. Pogłębiarka wielozadaniowa – Watermaster – wydobycie osadów dennych za pomocą pompy rozdrabniającej 2. Rurociąg transportujący 3. Kontenery o pojemności ok. 20 m 3 – dowożący osad denny do biogazowni lub bezpośrednio przepompowywany do dalszych etapów. 4. Sekcja filtracji – pozbycie się większych części 5. Zbiornik sedymentacji – wytrącanie części mineralnych 6. Zbiornik fermentacji I stopnia (Fermentacja mezofilna w temp. 37 o. C, ciepło doprowadzane z agregatu prądowo – cieplnego lub kotła) 7. Zbiornik fermentacji II stopnia – dofermentowanie (oba zbiorniki fermentacyjne pokryte gazoszczelną membraną, co umożliwi magazynowanie biogazu) 8. Zespoły kogeneracyjne – spalanie biogazu z uzyskiem ciepła lub prądu 9. Zbiorniki pofermentacyjne – magazynowanie osadów

Odsiarczanie biogazu Odsiarczanie następować będzie w dwóch etapach: -Zbiorniki fermentacyjne –poprzez siatkę odsiarczającą na której po dodaniu <2% tlenu oraz w wyniku działania bakterii Sulfobacter oixydans następuje krystalizacja siarki, -Urządzenie wykorzystując węgiel aktywny. Osuszanie biogazu – poprzez schłodzenie transportowanego biometanu i usunięcie skroplin

Warunki decydujące o efektywności biogazowania: � Dostępność, rodzaj surowca oraz cel jego wydobywania z akwenu, � Możliwość uzyskania decyzji środowiskowej dla budowy biogazownii, � Możliwość uzyskania pozwolenia wodno – prawnego na pobór osadów, � Możliwość włączenia instalacji biogazowej do sieci energetycznej, � Możliwość sprzedaży ciepła, � Wykorzystanie płynu pofermentacyjnego.

Efektywność wykorzystania NOD Czynniki decydujące o efektywności: - Dostępność (badania batymetryczne) – dla biogazowni o mocy 0, 5 MWt roczne zapotrzebowanie – 26 000 m 3/rok, a przy zakładanym czasie eksploatacji biogazowni – 25 lat – min. ilość osadu to 650 000 m 3, - Potencjał metanowy osadów (30 -120 m 3 biogazu z tony osadu). Uzależnione od: rodzaju akwenu, warstwy (głębokości) pobierania, sposobu pobierania (pobór poprzedzony badaniami laboratoryjnymi potencjału energetycznego). W przypadku małego potencjału możliwość łączenia osadu z biokomponentami,

Efektywność wykorzystania NOD cd. - Jakość osadów – stopień ich zanieczyszczenia (przetwarzanie odpadów), - Cele energetycznego wykorzystania osadów (komercyjny czy rekultywacja akwenu), w przypadku rekultywacji efektywność jest większa, - Szacowany koszt instalacji do wydobywania osadów oraz ich biogazowania wynosi 13 -16 mln zł, zwrot nakładów 9 -13 lat

Oferta Fundacji Fundacja Centrum Badań i Ochrony Środowiska Człowieka „Habitat” w Bydgoszczy oferuje: - wykonanie kompleksowych niezbędnych badań akwenu w celu oszacowania zasobów NOD i ich przydatności do celów energetycznych - koszt 100 -150 tys. zł w zależności od wielkości akwenu, – opracowanie dokumentacji w celu uzyskania decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach przedsięwzięcia – koszt do 100 tys. zł, - wykonanie dokumentacji w celu uzyskania pozwolenia na budowę – koszt do 400 tys. zł.

Podsumowanie: � � � W Polsce istnieje pilna potrzeba poprawy jakości wód powierzchniowych i żeglowności dróg wodnych wynikająca z podpisanych przez Polskę zobowiązań i umów. Powyższe będzie związane rekultywacją i koniecznością usuwania osadów dennych zalegających akweny wodne. Przeprowadzone badania wykazują, że osady denne zawierają potencjał metanowy pozwalający na jego energetyczne wykorzystanie. Z przeprowadzonych badań i danych literaturowych wynika, że większość osadów dennych na terenie Polski nie jest nadmiernie zanieczyszczona a wykorzystanie potencjału metanowego zawartego w osadach dennych powinno być elementem procesu rekultywacji wód. Jednym ze sposobów wykorzystania potencjału metanowego zawartego w osadach dennych jest fermentacja metanowa biogazowanie.

Podsumowanie cd. : � Proces fermentacji metanowej osadów dennych jest zbliżony do procesu rozkładu beztlenowego substancji organicznych stosowanego w biogazowniach w których wykorzystywane są substraty tradycyjne. � Oszacowane wielkości emisji substancji i energii do środowiska oraz prognozowane oddziaływania na środowisko instalacji do biogazowania osadów dennych są zbliżone do wielkości i oddziaływań biogazowni tradycyjnych. � Instalacje do biogazowania osadów dennych można zliczyć do inwestycji o średnim poziomie ryzyka ujemnych oddziaływań na środowisko. � Wyniki badań pozostałości po procesie fermentacji metanowej osadów dennych – pofermentu wykazują, że można go wykorzystywać rolniczo jako nawóz a zawartość metali ciężkich jest śladowa.

Podsumowując osad denny to droga do uzyskania alternatywnego, taniego, uniwersalnego paliwa o niskim poziomie zanieczyszczeń, występującego w ilościach pokrywających zapotrzebowanie, który posiada zadowalającą wartość energetyczną o znikomej emisji gazów cieplarnianych

Prezentacja jest wynikiem zakończenia projektu „Wytwarzanie ekologicznego biopaliwa z Naturalnych Osadów Dennych (NOD) w połączeniu z biokomponentami w oparciu o technologie sprzyjające środowisku” zrealizowanego w ramach Osi Priorytetowej 1. Wzmocnienie Innowacyjności i Konkurencyjności Gospodarki Regionu, działanie 1. 2. Promowanie Inwestycji Przedsiębiorstw w Badania i Innowacje, Poddziałanie 1. 2. 1 Wsparcie Procesów Badawczo – Rozwojowych w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Kujawsko – Pomorskiego na lata 2014 -2020.

Dziękujemy za uwagę