Microsoft Word - 26 Malej.doc

Biogaz a bezpieczeństwo

energetyczne Polski

Józef Malej

Katedra Techniki Wodno-Mułowej

i Utylizacji Odpadów

Politechnika Koszalińska

1. Strategia rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce

Energetyka staje się podstawowym problemem w egzystencji każdego

kraju. Złożone systemy energetyczne zabezpieczenia nacechowane są określoną
hegemonią potentatów posiadających zasoby surowców energetycznych np.:
ropy naftowej, gazu, węgla i złóż uranu.

Bezpieczeństwo energetyczne państw Unii Europejskiej i innych krajów

zachodnich są ważną tematyką obrad na najwyższym szczeblu. Przykładem
może być narada najbogatszych państw świata, która odbyła się w lipcu 2006
roku w Sanktpetersburgu z udziałem: USA, Kanady, Francji, Anglii, Niemiec,
Japonii i Rosji.

Bezpieczeństwo energetyczne Polski głównie opiera się na zasobach

energetycznych własnych oraz na importowanych nośnikach energii jakimi są
ropa naftowa i gaz. Około 70% produkowanej energii pochodzi z węgla ka-
miennego i brunatnego. Według szacunków do 2010 roku zużycie energii elek-
trycznej w Polsce wzrośnie dwukrotnie, do ponad 7000 kWh/osobę w ciągu
roku. Dalszy rozwój gospodarczy Polski wymagać będzie systematycznego
wzrostu produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Z pewnością część potrzebnej
energii, zwłaszcza cieplnej, powinna być uzyskana z odnawialnych źródeł. Ak-
tualnie analizowane są różne źródła energii odnawialnej:

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

402

energia słoneczna,

energia wiatru,

energia geotermalna,

pompy ciepła,

bioenergetyka:

biomasa

biogaz

biopaliwa,

energia mórz i oceanów:

energia pływów,

energia fal,

energia prądów morskich,

energia wynikająca z różnicy zasolenia,

energia wynikająca z różnicy temperatur tuż przy powierzchni i na du-

żej głębokości,

energia wód płynących.

Rząd Polski przyjął w roku 2000 szereg dokumentów istotnych dla

rozwoju energetyki ze źródeł odnawialnych, a najważniejszy jest dokument
„Strategia rozwoju energetyki odnawialnej”, który 23 sierpnia 2001 roku został
przyjęty przez Sejm. Określone w tym dokumencie cele to zwiększenie udziału
energii ze źródeł odnawialnych w bilansie paliwowo-energetycznym kraju od
2,4% w 2001 roku do 7,5% w 2010 roku i do 14% w 2020 roku

Mechanizmy wsparcia dla rozwoju technologii przyjaznych środowi-

sku, energetyki odnawialnej, w tym wykorzystujące gaz wysypiskowy zawiera-
ją następujące dokumenty strategiczne omówione pokrótce niżej:
¾

II Polityka ekologiczna państwa – dokument przyjęty przez Radę Ministrów

w czerwcu 2000 roku i Sejm RP w sierpniu 2001 roku.

Polityka ta zawiera zapisy otwierające możliwość racjonalnego wyko-

rzystania zasobów energii odnawialnej. Są to między innymi zapisy zawarte
w Rozdziale 2: „Cele polityki ekologicznej w sferze racjonalnego użytkowania
zasobów naturalnych”:

§ 53: „(..) Realizacji celów polityki ekologicznej państwa w zakresie

ograniczenia negatywnego oddziaływania na środowisko systemu zaopatrzenia
w paliwa i energię będzie służyć szersze użytkowanie krajowych zasobów ener-
gii odnawialnej.

Rozwój energetyki odnawialnej w Polsce powinien następować w spo-

sób zharmonizowany z polityką Unii Europejskiej (...)”.

§ 54: „Wzrost wykorzystania odnawialnych źródeł energii ułatwi

przede wszystkim osiągnięcie założonych w polityce ekologicznej państwa

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

403

celów w zakresie obniżenia emisji zanieczyszczeń odpowiedzialnych za zmiany
klimatyczne oraz substancji zakwaszających. Zwiększenie udziału odnawial-
nych źródeł energii w bilansie paliwowo-energetycznym kraju będzie także
istotnym elementem realizacji zasady zrównoważonego rozwoju, zgodnie
z zapisem zawartym w art. 5 Konstytucji RP. Wykorzystanie istniejących zaso-
bów energii odnawialnej i zwiększanie ich potencjału będzie bowiem sprzyjać
oszczędzaniu zasobów nieodnawialnych oraz wspomagać działania na rzecz
poprawy warunków życia obywateli i rozwoju wielu sektorów gospodarki
w sposób łączący efekty ekonomiczne z poszanowaniem środowiska (...)”.

§ 55: „Osiągnięcie przez Polskę w perspektywie 2020 roku standardów

zakładanych przez Unię Europejską w zakresie udziału energii odnawialnej
w bilansie energii pierwotnej, będzie wymagało wprowadzenia mechanizmów
i rozwiązań pozwalających zwiększyć zainteresowanie wykorzystaniem energii
ze źródeł odnawialnych, poprzez działania organizacyjne, instytucjonalne,
prawne i finansowe, sprzyjające większemu niż dotychczas zaangażowaniu się
instytucji publicznych, przedsiębiorstw i obywateli w upowszechnianie i wdra-
żanie nowoczesnych technologii przetwarzania tej energii.”

§ 56: „Podstawowe działania w zakresie rozwoju wykorzystania energii

ze źródeł odnawialnych powinny podtrzymać i zintensyfikować dotychczasowe
kierunki rozwoju energetyki odnawialnej poprzez:

- szerokie wprowadzenie nowoczesnych technologii i urządzeń prze-

twarzających energię ze źródeł odnawialnych na nośniki użyteczne we wszyst-
kich sferach produkcji, usług i konsumpcji,

- intensywny rozwój energetyki odnawialnej na szczeblu regionalnym

i lokalnym, pracującej w układach zdecentralizowanych na regionalne i lokalne
potrzeby,

- popularyzację i wdrożenie najlepszych praktyk w dziedzinie wykorzy-

stania energii ze źródeł odnawialnych, w sferze rozwiązań technologicznych,
administracyjnych i finansowych.”
¾

Program wykonawczy do II Polityki ekologicznej państwa na lata

2002÷2010 (przyjęty przez Radę Ministrów w dniu 10.12.2002 roku).

Zawiera w Rozdziale l zapisy bezpośrednio wskazujące na potrzebę

wzrostu udziału energii odnawialnej w bilansie energetycznym kraju, zgodnie
z zapisami II Polityki ekologicznej państwa, która zakłada podwojenie, do 2010
roku w stosunku do 2000 roku, wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych.
Zgodnie z tym Programem dla uzyskania tego celu konieczne jest zrealizowanie
szeregu zadań pozainwestyjcyjnych (programowych i stymulacyjnych) oraz
zrealizowanie programu inwestycyjnego o wartości 200 mln zł.

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

404

Wytyczne dotyczące zasad i zakresu uwzględniania zagadnień ochrony

środowiska w programach sektorowych (przyjęty przez Radę Ministrów
w dniu 10.12.2002 roku)

W rozdziale 1 tego dokumentu zawarto m.in. sformułowania: zwiększe-

nie do co najmniej 7,5% udziału energii odnawialnej w krajowym bilansie pa-
liw, a także zwiększenie do co najmniej l% udziału energii uzyskiwanej z odpa-
dów w bilansie energii pierwotnej.
¾

„Założenia polityki energetycznej państwa do roku 2020”, przygotowanej

przez Ministerstwo Gospodarki (1999) Europejskiemu Centrum Energii
Odnawialnej w Instytucie Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rol-
nictwa.

„Spójna polityka strukturalna rozwoju obszarów wiejskich i rolnictwa”

przygotowana przez Ministerstwo Rolnictwa (1999).

Uruchomienie odnawialnych źródeł energii (biogaz, energia wiatrowa

itp.) zostało uznane za jeden z głównych celów programu poprawy infrastruktu-
ry na obszarach wiejskich. Wskazano, że może być wspierana ze środków pu-
blicznych budowa i modernizacja na obszarach wiejskich, wykorzystujących
OZE.
¾

„Strategia zrównoważonego rozwoju Polski”, przygotowana przez Mini-

sterstwo Środowiska (1999).

„Ekologiczny rozwój kraju” 18.09.2002 roku.

2. Zapotrzebowanie na gaz i źródła zaopatrzenia w Polsce

*)**)

Roczne zapotrzebowanie na gaz w Polsce wynosi 13,0÷14,0 mld m

/R.

Przewidywany wzrost wynosi:
¾

w 2010 roku – o około 5,0 mld m

w 2015 roku – do 23,4 mld m

W Polsce mamy 155 złóż gazu. Zasoby wydobywalne ocenia się na

106,3 mld m

. W roku 2005 wydobyto 4,3 mld m

gazu, co stanowi 33,0÷30,7%

całkowitego zapotrzebowania w Polsce w 2005 roku.

Polska z Rosji otrzymuje około 69% rocznego zapotrzebowania gazu –

8,97÷9,66 mld m

gazu/R.

Wiadomości Naftowe i Gazowe. Czasopismo Stowarzyszenia Naukowo-

Technicznego Inżynierów i Techników Przemysłu Naftowego i Gazowniczego Nr
8(100) 08. 2006

Magazyn polskiego Górnictwa Nafty i Gazu Nr 2(3) 06 „Zasoby PGNiG – zdolno-

ści wydobywcze” s. 16÷17.

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

405

Z Niemiec – gazociąg w Zgorzelcu – dostarczany jest gaz do Polski –

500 mld m

/R.

Opłaty za gaz wynoszą: 270÷300 dolarów za 1 tysiąc m

gazu (Rosja),

350 dolarów za 1 tysiąc m

gazu (Niemcy).

Ogólny koszt zakupu gazu:

z Rosji

– 2,898 mld dolarów/R,

z Niemiec – 0,175 mld dolarów/R,

Razem

– 3,073 mld dolarów/R.

3. Ekonomiczne uzasadnienie wykorzystania gazu wysypiskowego

W mediach pojawiają się niepokojące informacje o postępujących pod-

wyżkach cen gazu.

Na podstawie licznych analiz ekonomicznych stwierdzono, że koszt

wytwarzania energii elektrycznej z gazu wysypiskowego – w porównaniu
z innymi źródłami energii odnawialnej – jest jednym z najtańszych.

Najnowsze informacje prasowe (Dziennik z dnia 26/27.08.2006) dono-

szą o nieuchronnych podwyżkach opłat za energię elektryczną. Stan taki do-
prowadzi do bankructwa wielu przedsiębiorstw z najbardziej energochłonnych
branż. Rząd Polski będzie musiał przeznaczyć olbrzymie sumy na potrzeby
krajowej energetyki.

Tabela 3.1. Odpady wytworzone w ciągu roku [18]
Table 3.1.Waste generated yearly [18]

1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004

Wyszczególnienie

w tysiącach ton

Ogółem
z tego:

154959 133647 137710 134919 128403 130476 133789

odpady (z wyłączeniem
odpadów komunalnych)

143861 122662 125484 123810 117894 120551 124030

odpady komunalne

11098 10985 12226 11109 10509

9925

9759

Na podstawie: Wydział Statystyki Środowiska „Ochrona Środowiska 2005” Warszawa,
październik 2005. s. 328

W Polsce zarejestrowanych jest 1049 zorganizowanych składowisk od-

padów komunalnych [GUS, 2005]. Odzysk energii elektrycznej i cieplnej reali-
zowany jest na bardzo małej ilości obiektów (32 obiekty, co stanowi zaledwie
3,05%). Szacuje się, że w wyniku powstawania gazu wysypiskowego tylko na

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

406

jednym składowisku Kozodrza emitowane jest do atmosfery 620 000 m

metanu

i 515 000 m

dwutlenki węgla rocznie. Okres największej produktywności ga-

zowej wysypiska obejmuje lata 1999÷2003. Realizacja inwestycji wykorzysta-
nia biogazu jest bardzo pilna, gdyż utraconą dotychczas ilość biogazu można
oszacować na 50÷70 mln m

[1, 10].

Według informacji z dn. 29.11.06 podanych przez Krajową Izbę Go-

spodarki Odpadami – aktualnie w Polsce – około 85% odpadów komunalnych
umieszczonych jest na składowiskach.

Tabela 3.2. Składowiska odpadów komunalnych według województw w 2004 roku [18]
Table 3.2. Municipal landfills in provinces in Poland in 2004 [18]

Składowiska zorganizowane

czynne o

zakończonej eksploatacji

powierzchnia w ha

ogółem

razem

w tym składowisk

zamkniętych

w ciągu roku

ogółem

razem

Województwa

stan w dniu

31X11

razem

w tym

zrekulty-

wowa-

nych

stan w dniu

31 XII

w tym zrekul-

tywowana w

ciągu roku

Polska 1049

3385,1

35,1

9,6

172,4

21,8

Dolnośląskie 122

359,1

6,5 2,0 6 16,6 1,1

Kujawsko-
pomorskie

70 227,3

1 1,3

Lubelskie 125

222,4

0,7

13,1

2,5

Lubuskie 33

123,1

0,2

3,8

2,0

Łódzkie 44

185,7

2,5

26,5

Małopolskie 37

90,8

- - 6 7,3 2,7

Mazowieckie 90

282,4

1,6 1,0 8 10,1 0,4

Opolskie 45

259,4

5,5 -

Podkarpackie 49

123,7 - - 7 5,9

Podlaskie 83

146,9

9,0

6,2

2,2

Pomorskie 47

244,0

1,9

0,2

10,6 -

Śląskie 41

158,9

9,2

3,7

26,9

7,5

Świętokrzyskie 30 80,1

1 0,6

Warmińsko-
mazurskie

66 322,1 1,2 0,9 9 18,3

1,0

Wielkopolskie 112 345,4 1,0 0,8 4 7,8

2,4

Zachodniopo-
morskie

55 213,8 1,3 1,0 6 11,9

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

407

Tabela 3.3. Odgazowywanie składowisk odpadów komunalnych według województw

w roku 2004 [18]

Table 3.3. Outgassing of municipal landfills in provinces in Poland in 2004 [18]

Liczba składowisk (wysypisk) z instalacją odgazowywania

w tym z gazem uchodzącym do atmosfery

w tym unieszkodliwionym przez spalanie

bez odzysku energii

z odzyskiem energii

Województwa

ogółem

razem

w palnikach indywidualnyc h

w pochodni zbiorczej

cieplnej

ilo

ść

wyprodukowanej ener-

gii cieplnej w M

elektrycznej

ilo

ść

wyprodukowanej ener-

gii elektrycznej w kWh

POLSKA 207

168

26496562 27

3602583

Dolnośląskie 22

1584927

Kujawsko-pomorskie 14 11

1 24052040

2 5649601

Lubelskie

0 0 -

- - - - -

Lubuskie 10

1209600

Łódzkie 7

766030

Małopolskie 8

3606492

Mazowieckie

1 2443560 3 2415355

Opolskie

16 -

- - - - -

Podkarpackie 19

300000

Podlaskie

3 3 -

- - - - -

Pomorskie

10 7 -

- 1 939 2

531119

Śląskie 20

7341436

Świętokrzyskie 2

- -

577270

Warmińsko-mazurskie

9 7 -

1 1 9 1

1075099

Wielkopolskie 39

- 1

4802751

Zachodniopom orskie

6166154

Dane szacunkowe

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

408

4. Wspólna fermentacja stałych odpadów organicznych i osadów ściekowych

W szeregu krajów Unii Europejskiej narasta konflikt pomiędzy coraz

większą ilością odpadów a gwałtownym spadkiem pojemności składowisk.
Stosowane są coraz surowsze wymagania ochrony środowiska i bardzo znacz-
nie wzrastają opłaty za składowanie odpadów [7÷9].

W Polsce i innych krajach Unii Europejskiej odnotowuje się znaczące

niedociągnięcia istniejących instalacji fermentacji osadów ściekowych, głównie
ze względu na mniejsze od prognozowanych ilości ścieków, oraz duże podo-
bieństwo procesów przebiegających podczas fermentacji bioodpadów i osadów
ściekowych spowodowały, że są one włączane do systemów gospodarki odpa-
dami komunalnymi.

Wspólna fermentacja osadów ściekowych i odpadów komunalnych jest

korzystna ze względów finansowych (niższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
niż w przypadku prowadzenia procesów oddzielnie). Ma również szereg zalet,
które wykraczają poza aspekt czysto ekonomiczny, co potwierdziły badania prze-
prowadzone w Niemczech Stwierdzono m.in. wyższy stopień rozkładu substancji
organicznej niż w przypadku osobnej fermentacji, dwu- do pięciokrotny wzrost
produkcji gazu fermentacyjnego, mniejsze zanieczyszczenie materiału pofermen-
tacyjnego oraz jego lepszą przyswajalność dla roślin (większa zawartość i lepszy
wzajemny stosunek substancji nawozowych) [7÷9, 13÷15, 17].

Względy ekologiczne i ekonomiczne zadecydowały, że w ostatnim

dziesięcioleciu nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania wykorzystaniem
fermentacji metanowej do unieszkodliwiania stałych odpadów organicznych.
W tym czasie wybudowano w Europie 53 zakłady i przewiduje się wzrost ich
liczby o 10 rocznie Przepustowość instalacji do fermentacji stałych odpadów
organicznych wzrosła od 122 tys. t/a w 1990 roku do 1037 tys. t/a w roku 2000
[12÷14].

Najwięcej zakładów (30) zostało wybudowanych w Niemczech (łączna

przepustowość 450 Kton/rok), 10 w Szwajcarii (łączna przepustowość
78,5 Kton/rok), zaś pozostałe były eksploatowane m.in. w Belgii, Holandii i
Francji. Według De Baer’a pod koniec roku 2002 liczba instalacji eksploatowa-
nych w Europie wzrosła do blisko 70.

W tabeli 4.1 przedstawiono zakłady wdrażane w krajach Unii Europej-

skiej już w latach 1986÷1995.

Najczęściej funkcjonują instalacje o sprawdzonej technologii i uzasad-

nionej pod względem ekonomicznym. Są to następujące technologie: BTA
(Niemcy), Dranko (Belgia), Rottweil (Niemcy), SWECO (Szwecja), WABIO
(Finlandia), Valorga (Francja) i inne.

Tabela 4.1. Oferowane technologie „mokrej” fermentacji odpadów komunalnych [9]
Table 4.1. Offered technologies of „wet” fermentation of municipal waste [9]

Pierwszy zakład przetwarzający odpady

Typ fermentacji

Technologia

(System)

Rok Państwo

Miasto

Rodzaj

odpadów

Przepust

Mg/rok

Liczba

stopni Temp. °C

LZ do 2000

roku

BIOSTAB

1992 Niemcy Kaufbeuren

6 000

35 lub 55

BTA

1991 Niemcy

Helsingor

20 000

l lub 2 35 lub 55

ENTEC

1995 Austria

Kainsdorf

B, OZ

14 000

1-2

35/55

IONICS ITALBA

1988 Włochy

Bellaria ZOK 4

000 l 35 1

PAQUES/BFI
(Prethane/Rudad)

1992 Holandia

Breda

B, (ZOK)

10 000

2 lub 3

DSD-CTA (Plauner) 1986 Niemcy

Zobes

B, OZ

20 000

35/55

Schwarting/Uhde 1995

Niemcy Finsterwalde OŚ, B, OZ

90 000

35/55

DBA-WABIO 1988

Francja

Amiens ZOK 85

000 1 35 7

WASSA 1989

Finlandia

Vaasa

ZOK

000

–

B – bioodpady, OZ – odchody zwierzęce, ZOK – zmieszane odpady komunalne,

OŚ – osady ściekowe

liczba zakładów wybudowanych do roku 2000

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

411

W zależności od składu odpadów produkcji gazu wynosi

80÷120 m

/tonę surowca. Z tony bioodpadów o średniej zawartości 22% s.m.o.

odzyskuje się około 660 kWh energii cieplnej i 200 kWh energii elektrycznej.
Nadmiar energii elektrycznej, po pokryciu zapotrzebowania wewnętrznego,
wynosi około 120 kWh.

5. Instalacje wspólne do fermentacji biofrakcji wyselekcjonowanej

z odpadów komunalnych i osadów ściekowych w Polsce

W Polsce wybudowano dwie instalacje wspólnej fermentacji biofrakcji

z odpadów komunalnych i osadów ściekowych; pierwszą we wsi Jędrzychowice
koło Zgorzelca, drugą w Puławach [8, 9].

Wspólna fermentacja osadów ściekowych i biofrakcji z odpadów komu-

nalnych z 38-tysięcznego Zgorzelca jest prowadzona w dwóch osobno zlokalizo-
wanych zakładach, w obrębie których wybudowano następujące instalacje:

Zakład nr l – instalacje zagęszczania i odwadniania osadów oraz wspólnej

fermentacji osadów ściekowych i zawiesiny biofrakcji wydzielonej z odpadów
komunalnych – wybudowany w sąsiedztwie oczyszczalni ścieków i powiązany
z nią zarówno przez układ komunikacyjny, jak i infrastrukturę techniczną,

Zakład nr 2 – instalacja przygotowania odpadów do fermentacji i nowe

składowisko odpadów – wybudowany na terenie pomiędzy istniejącym składo-
wiskiem odpadów i lagunami osadowymi (około 2 km od Zakładu nr l).

Zakład nr 1 został oddany do użytku w kwietniu 1999 roku, zaś Zakład

nr 2 w czerwcu 2000 roku [8, 9].

Na terenie miasta i gminy Zgorzelec nie prowadzono selektywnej

zbiórki odpadów. Założono zatem, że w pierwszej fazie biofrakcja będzie wy-
dzielana z odpadów komunalnych poprzez ich mechaniczne sortowanie.
Wprowadzana równocześnie selektywna zbiórka bioodpadów będzie sukce-
sywnie eliminować ten sposób pozyskiwania biofrakcji.

Odpady z gospodarstw domowych m. Zgorzelec, po usunięciu z nich

ręcznie odpadów i wielkogabarytowych, przesiewane są na sicie bębnowym
o prześwicie 70 mm – rysunek 5.1.

Odsiew kierowany jest na składowisko, a przesiew bogaty w składniki

organiczne, po usunięciu metali, zostaje rozdrobniony w młynie młotkowym
i przetransportowany do jednego z dwóch suspenserów, o pojemności V =
10 m

i przepustowości 2,5÷3,0 Mg/h każdy. W suspenserze odpady są roztwo-

rzone w wodzie (lub odciekach ze składowiska) za pomocą szybkoobrotowego
mieszadła oraz wydzielane są z nich składniki przeszkadzające. Frakcje lekka
(tworzywa sztuczne, drewno – usuwana w instalacji usuwania frakcji lekkiej)
i ciężka (szkło, piasek – zbierana w śluzie, w dnie suspensera) po odwodnieniu
usuwane są na składowisko. Pozbawiona zanieczyszczeń zawiesina, o stężeniu
około 4÷10% s.m., transportowana jest do Zakładu nr 2.

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

412

Rys. 5.1. Schemat technologiczny instalacji wspólnej fermentacji osadów ściekowych

i biofrakcji odpadów komunalnych w Zgorzelcu; 1 – dowóz odpadów
komunalnych, 2 – odpady wielkogabarytowe, 3 – sito bębnowe, 4 – balast na
składowisko, 5 – rekuperator elektro-magnetyczny, 6 – młyn młotkowy,
7 – suspenser, 8 – transporter ślimakowy, 9 – komora fermentacyjna,
10 – prasa, 11 – składowisko, 12 – ścieki do oczyszczalni ścieków,
13 – zagęszczone osady ściekowe, 14 – pochodnia, 15 – gazmotory,
16 – energia termiczna, 17 – energia elektryczna [8, 9]

Fig. 5.1. Technological diagram of installation for co-fermentation of sewage sludge

and bio fraction of municipal waste in Zgorzelec; 1 – municipal waste supply,
2 – big size waste, 3 – drum sieve, 4 – ballast to the landfill, 5 – electro-
magnetic recuperator, 6 – hammer mill, 7 – suspensor, 8 – worm transporter,
9 – fermentation chamber, 10 – press, 11 – landfill, 12 – wastewater for
treatment, 13 – thickened sewage sludge, 14 – torch, 15 – gas motors,
16 – thermal energy, 17 – electric energy [8, 9]

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

413

Mieszanina zawiesiny biofrakcji i zagęszczonych osadów ściekowych

przetłaczana jest ze zbiornika do komory fermentacyjnej WKFz o objętości
2300 m

poprzez mieszacz iniekcyjny i wymiennik ciepła. Zawartość komór

fermentacyjnych mieszana jest gazem fermentacyjnym, który wtłaczany jest za
pomocą kompresora do siedmiu lanc zawieszonych w bioreaktorze, których
wyloty znajdują się przy dnie komory. Czas fermentacji wynosi około 21 dni,
zaś temperatura około 35°C.

Gaz, powstający w procesie fermentacji, o zawartości metanu około

70% obj., przekształcany jest w gazmotorach w energię elektryczną i cieplną.
Inistalacja elektrociepłowni gazowej Składa się z dwóch gazmotorów o mocy
120 kW każdy oraz kotłowni gazowo-olejowej. Gaz spalany jest w gazmoto-
rach, jeśli stężenie H

S jest mniejsze niż 300 ppm. Jeżeli zawartość H

S w bio-

gazie jest wyższa, wówczas jest on spalany w pochodni gazowej oraz w mniej-
szej części w kotłowni gazowo-olejowej. W przypadku braku biogazu kotłow-
nia przełącza się automatycznie na spalanie oleju opałowego stanowiącego
wówczas źródło ciepła.

Energia cieplna ze spalania gazu wykorzystywana jest do ogrzewania

WKFz oraz pomieszczeń technologicznych i socjalnych Zakładu nr l, zaś ener-
gia elektryczna odsprzedawana jest do sieci energetycznej.

Osady przefermentowane odwadniane są do około 30% s.m. na prasie

filtracyjno-taśmowej. Filtrat oraz popłuczyny są odprowadzane kanalizacją do
oczyszczalni.

6. Możliwość pozyskiwania biogazu w Polsce

6.1. Gaz wysypiskowy

W Polsce w latach 2002÷2014 prognozowany jest bardzo znaczny

wzrost odpadów komunalnych:
¾

2002 r. – 13,5 mld ton,

2010 r. – 18,4 mld ton,

2014 r. – 21,0 mld ton.

Według bieżącej informacji (z dnia 29.11. 2006) Krajowa Izba Go-

spodarcza Odpadami w Polsce aktualnie około 85% odpadów komunalnych
usuwanych jest na składowiska.

Stabilna produkcja gazu wysypiskowego trwa 20÷25 lat. Aktualnie

eksploatowane i zamknięte (po zrekultywowaniu) obiekty będą produkowały
w czasie ćwierćwiecza gaz w ilości około 20 mld m

, w okresie conajmniej 20

lat.

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

414

Teoretycznie pozyskanie wyprodukowanego gazu na danym składo-

wisku może osiągnąć 70%. W warunkach eksploatacyjnych w Polsce, procent
pozyskiwania gazu wysypiskowego jest niższy i bardzo zróżnicowany, w gra-
nicach 35÷40%. Istnieje realna możliwość podwyższenia tego wskaźnika do
40÷50%.

6.2. Biogaz pozyskiwany z wyselekcjonowanych odpadów biodegradowalnych

W krajach Unii Europejskiej notowany jest intensywny rozwój uniesz-

kodliwiania odpadów biodegradowalnych z równoczesnym odzyskiem energii.

Systemy różnorodnych reaktorów fermentacyjnych zapewniają reali-

zację procesów metanogenezy i tym samym spełniają generalne założenia
„Strategii rozwoju energetyki ze źródeł odnawialnych”.

W Polsce zapoczątkowany jest rozwój systemów reaktorów fermenta-

cyjnych dla unieszkodliwiania odpadów poubojowych, odchodów zwierzęcych
z ferm, odpadów wyselekcjonowanych osadów ściekowych o wysokiej zawar-
tości ekstraktu eterowego. Dzięki tym systemom możliwe będzie uzyskanie
około 2 miliardów biogazu rocznie.

Literatura

1. Analiza składowiska odpadów komunalnych w Kozodrzy gm. Ostrów celem okre-

ślenia sposobu zagospodarowania powstającego gazu wysypiskowego. Instytut
Górnictwa Naftowego i Gazownictwa – Zakład Ochrony Środowiska, czerwiec
2002.

2. Buraczewski G.: Fermentacja metanowa. PWN. Warszawa 1989.
3. Buraczewski G., Bartoszek B.: Biogaz – wytwarzanie i wykorzystanie. PWN.

Warszawa 1990.

4. Dudek J., Klimek P.: Wpływ pracy instalacji odgazowania i utylizacji biogazu na

jego emisję ze składowiska odpadów komunalnych. Materiały X Konferencji Na-
ukowo-technicznej nt.: „Gospodarka odpadami komunalnymi.” Org. komitet Che-
mii Organicznej PAN. Gdańsk-Helsinki 2004. s. 187÷194.

5. Gołębiowski A.: Energia odnawialna w województwie zachodniopomorskim na

przykładzie składowiska odpadów komunalnych w Świnoujściu. Praca dyplomowa
BWSH w Koszalinie. Koszalin 2006.

6. Jakowczyk J. Piecuch T.: Koncepcja wykorzystania wysypiska odpadów m. Słup-

ska w Bierkowie do budowy kompleksowego zakładu utylizacji odpadów. Rocznik
Ochrony Środowiska. Tom 5 Rok 2003. s. 163÷190.

7. Jędrczak A.: Rozwój technologii fermentacji odpadów komunalnych w Europie.

Ekotechnika 3(31) 2004. Wrocław. s. 43÷48.

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

415

8. Jędrczak A., Machalski G.: Wspólna fermentacja osadów i odpadów komunalnych.

Produkcja i wykorzystanie gazu. II Międzynarodowa i XII Krajowa Konferencja Na-
ukowo-Techniczna pt.: „Nowe spojrzenie na osady ściekowe. Odnawialne źródła
energii.” Tom 1. Org. Politechnika Częstochowska. Częstochowa 2003. s. 103÷116.

9. Jędrczak A., Haziak K.: Fermentacja odpadów komunalnych metodą mokrą.

Przegląd Komunalny 2001. s. 104÷106.

10. Kicharski B., Rak J.: Problemy techniczne oraz prawne i środowiskowe aspekty

wykorzystania energii z odpadów na przykładzie składowiska odpadów w Kozodrzy
woj. podkarpackie. II Międzynarodowa i XII Krajowa Konferencja Naukowo-
Techniczna pt.: „Nowe spojrzenie na osady ściekowe. Odnawialne źródła energii.”
Tom 1. Org. Politechnika Częstochowska. Częstochowa 2003. s. 578÷594.

11. Krupp M., Schubert J., Widmann R.: Fesibility study for co-digestion of sewage

sludge with OFMSW on two wastewater treatment plants in Germany. Waste Ma-
nagement. 2005. p. 393÷399.

12. Myszograj S.: Metan – gaz cieplarniany i źródło energii. Ekotechnika 3(35) Wro-

cław 2005. s. 53÷55.

13. Majczak A.: Zbawienne dla energetyki czy bomba ekologiczna. Magazyn Przemy-

słowy 5/2000. s. 20÷22.

14. Nowakowski S.: Pozyskiwanie biogazu... Ochrona Powietrza i Problemy Odpa-

dów. 1. 1997. s. 20÷24.

15. Opęchowski S.: Gaz z wysypisk komunalnych. MGPiB. Warszawa 1994.
16. Pawłowska M., Siepak J.: Intensyfikacja procesu metanogenezy na składowisku

odpadów komunalnych poprzez dawkowanie osadów ściekowych. II Kongres Inży-
nierii Środowiska PAN. Vol. 32. Lublin 2005. s. 1221÷1228.

17. Pieczyński J., Siepak J., Zerbe J., Wesołek J., Magdziarek M.: Możliwości

wykorzystania osadów ściekowych i koncentratu z odcieków do intensyfikacji pro-
dukcji biogazu na składowiskach odpadów komunalnych. Ekologia i technika
10(2). s. 53÷57.

18. Rocznik Ochrony Środowiska. GUS. Warszawa 2005.
19. Szałek M.: Metan z wysypisk (Methane from landfills). GlobEnergy 01. 2004. p.

44÷46.

20. Sidełko R.: Kompostowanie – optymalizacja procesu i prognozowanie jakości

produktu. Monografie. Politechnika Koszalińska. Koszalin 2005.

21. Stępniewski W.: Ograniczenie efektu cieplarnianego poprzez redukcje emisji

metanu ze źródeł antropogennych. II Kongres Inżynierii Środowiska. Monografie
Komitetu Inżynierii Środowiska PAN. Tom 1, Vol. 32. s. 63÷75.

22. Stępniak S.: Energetyczne efekty osiągane z biogazu wysypisk komunalnych na

przykładzie Niemiec. Ekotechnika 1(33) 2005. Wrocław. s. 49÷53.

23.

Wasiak W., Urbaniak W.: Biogaz – powstawanie, zagrożenie, analiza chromato-
graficzna. Ekopartner Nr 4. 1999. s. 26÷28.

Józef Malej

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

416

Streszczenie

Energetyka staje się podstawowym problemem w egzystencji każdego kraju.

Złożone systemy energetyczne zabezpieczenia nacechowane są określoną hegemonią
potentatów posiadających zasoby surowców energetycznych np.: ropy naftowej, gazu,
węgla i złóż uranu.

Dalszy rozwój gospodarczy Polski wymagać będzie systematycznego wzrostu

produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Z pewnością część potrzebnej energii, zwłasz-
cza cieplnej, powinna być uzyskana z odnawialnych źródeł.

W Polsce zarejestrowanych jest 1049 zorganizowanych składowisk odpadów

komunalnych [GUS, 2005]. Odzysk energii elektrycznej i cieplnej realizowany jest na
bardzo małej ilości obiektów (32 obiekty, co stanowi zaledwie 3,05%). Szacuje się, że
w wyniku powstawania gazu wysypiskowego tylko na jednym składowisku Kozodrza
emitowane jest do atmosfery 620 000 m

metanu i 515 000 m

dwutlenki węgla rocznie.

Wspólna fermentacja osadów ściekowych i odpadów komunalnych jest korzyst-

na ze względów finansowych (niższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne niż w przy-
padku prowadzenia procesów oddzielnie). Ma również szereg zalet, które wykraczają
poza aspekt czysto ekonomiczny, co potwierdziły badania przeprowadzone w Niemczech.
Stwierdzono m.in. wyższy stopień rozkładu substancji organicznej niż w przypadku osob-
nej fermentacji, dwu- do pięciokrotny wzrost produkcji gazu fermentacyjnego, mniejsze
zanieczyszczenie materiału pofermentacyjnego oraz jego lepszą przyswajalność dla roślin
(większa zawartość i lepszy wzajemny stosunek substancji nawozowych) [7÷9, 13÷15,
17].

Względy ekologiczne i ekonomiczne zadecydowały, że w ostatnim dziesięcio-

leciu nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania wykorzystaniem fermentacji metano-
wej do unieszkodliwiania stałych odpadów organicznych.

Technologie fermentacji odpadów znajdują się nadal w fazie intensywnego roz-

woju. Realizowane są zarówno technologie mezofilowe (62% przepustowości wszystkich
instalacji), jak i termofilowe, głównie jednostopniowe (około 89% przepustowości). Naj-
więcej zakładów (13) zostało wybudowanych w Niemczech, o łącznej przepustowości
około 300 tys. Mg/rok, z przeciętną przepustowością około 22 tys. Mg/rok. Są to instala-
cje małe w porównaniu do wielkich zakładów budowanych w Belgii, Holandii i Francji,
o przepustowościach od 30 do 50 tys. Mg/rok. W Polsce wybudowano dwie instalacje
wspólnej fermentacji biofrakcji z odpadów komunalnych i osadów ściekowych; pierwszą
we wsi Jędrzychowice koło Zgorzelca, drugą w Puławach [8, 9].

Stabilna produkcja gazu wysypiskowego trwa 20÷25 lat. Aktualnie eksplo-

atowane i zamknięte (po zrekultywowaniu) obiekty będą produkowały w czasie
ćwierćwiecza gaz w ilości około 20 mld m

, w okresie conajmniej 20 lat.

Teoretycznie pozyskanie wyprodukowanego gazu na danym składowisku

może osiągnąć 70%. W warunkach eksploatacyjnych w Polsce, procent pozyskiwania
gazu wysypiskowego jest niższy i bardzo zróżnicowany, w granicach 35÷40%. Ist-
nieje realna możliwość podwyższenia tego wskaźnika do 40÷50%.

Biogaz a bezpieczeństwo energetyczne Polski

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

417

Biogas and Energetic Safety of Poland

Abstract

Power industry becomes the basic problem in existence of every country.

Complex energetic systems of protections are all marked by definite hegemony of po-
tentates possessing the supplies of energetic materials e.g.: oil, gas, carbon and the
deposits of uranium.

Further economic development of Poland will require systematic growth of

thermal and electric energy production. Certainly the part of necessary energy, espe-
cially thermal, should be gained from renewable sources.

In the Poland there are 1049 registered organized municipal waste landfills.

Recycling of electric and thermal energy is realized on the very small quantity of ob-
jects (32 objects, which makes up just 3,05%). It was assessed that only on one landfill
- Kozodrza 620 000 m

of methane and 515 000 m

of carbon dioxide is emitted to the

atmosphere annually as a result of formation of the landfill gas.

Co-fermentation of sewage sludge and municipal waste is profitable from finan-

cial regards (lower investment and exploitation costs than in the case of running processes
separately). It also has many advantages go beyond the clean economic aspect, which was
confirmed by investigations conducted in Germany. Among other things, higher degree of
organic substance decomposition than in the case of separate fermentation, two- to five-
times growth of fermentational gas production, the smaller contamination of post fermen-
tation material and its better acceptability for plants (larger content and the better mutual
relation of nutrient substances) were confirmed [7 ÷ 9, 13 ÷ 15, 17].

Ecological and economical aspects decided that the rapid growth of the interest

in application of methane fermentation for neutralization of solid organic wastes has
taken lace in the last decade.

The technologies of waste fermentation of wastes still are in phase of the inten-

sive development. They are realized both mesophile technologies (62% of flow capacity
of all installations), as well as thermophile, mainly single-stage (about 89% of flow
capacity). The most plants (13) were built in Germany, with the total flow capacity of
300 000 Mg/year, with average flow capacity about 22 000 Mg/year. These are small
installations in comparison with great plants built in Belgium, Holland and France, with
flow capacities from 30 000 to 50 000 Mg/year. In Poland two installations of co-
fermentation of bio fraction from municipal waste and sewage sludge have been built;
first in Jędrzychowice near Zgorzelec, second one in Puławy [8, 9].

The stable production of the landfill gas lasts 20÷25 years. Exploited and

closed (after reclaiming) at present landfills will produce during 25 years gas in
quantity of 20 billion of m

in the period at least 20 years.

Acquiring of produced gas on given landfill can theoretically reach 70%. In

exploitational conditions in Poland, the percentage of acquired landfill gas is lower
and very diverse, in borders 35÷40%. There is a real possibility to rise this coeffi-
cient to 40÷50%.