Ocena wpływu kluczowych czynników na emisję GHG w cyklu życia biometanu

• Autorzy: Berdechowski Kamil

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.09.09

Warianty tytułu

EN

Assessment of the key factors affecting GHG emissions in the life cycle of biomethane

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym ze współczesnych problemów społeczeństw rozwiniętych jest generowanie coraz większej ilości odpadów. Odpady te pochodzącą zarówno z gospodarstw domowych, jak też z rolnictwa oraz z różnych gałęzi przemysłu. Znaczną część spośród ogółu odpadów stanowią odpady pochodzenia biologicznego, nadające się do powtórnego wykorzystania. Jednym ze sposobów na zagospodarowanie odpadów o takim statusie może być ich wykorzystanie w procesach fermentacji metanowej, w wyniku której powstaje gaz o wysokiej zawartości metanu. W rezultacie oczyszczenia biogazu otrzymuje się biometan, który może mieć zastosowanie jako surowiec do produkcji energii elektrycznej, ciepła, ale także może być wykorzystany jako paliwo transportowe. W przypadku zastosowania w transporcie i ze względu na biologiczne pochodzenie surowca otwiera to możliwość zaliczenia metanu z biogazu na poczet realizacji Narodowych Celów Wskaźnikowych. Konieczne jest w tym celu spełnienie szeregu wymagań. Poza wymaganiami jakościowymi, które dotyczą finalnego produktu, należy spełnić wymagania w zakresie zrównoważonej produkcji biopaliw. Te z kolei mają związek ze wszystkimi etapami cyklu życia biopaliwa. Szereg tych wymagań dotyczy pochodzenia surowców, z których otrzymano biopaliwo, oraz wymogów w zakresie minimalnego progu ograniczenia emisji gazów cieplarnianych liczonej w cyklu życia. W ramach niniejszej pracy przeanalizowano proces produkcji biometanu pod kątem emisji gazów cieplarnianych (GHG), uwzględniając wszystkie etapy, począwszy od uprawy / zbiórki surowców aż po wytworzenie gotowego produktu (biopaliwa CNG). Dla porównania przyjęto dwa modele, tj. wykorzystanie w biogazowni surowca odpadowego (obornik) i zastosowanie surowca pełnowartościowego (kukurydza). Stosując się do metodyki obliczeń podanej w dyrektywie 2009/28/WE, obliczono poziomy ograniczenia emisji gazów cieplarnianych dla obu surowców. Dodatkowo dla każdego z surowców przeprowadzono dwuwariantową kalkulację zakładającą różne sposoby postępowania z pofermentem. Na podstawie uzyskanych wyników zidentyfikowano kluczowe czynniki mające wpływ na poziom emisyjności procesu produkcji biometanu.

EN

One of the contemporary problems of developed societies is the generation of more and more waste. This waste comes from households but also from agriculture and from various industries. A significant part of the total waste is biological waste, which can be reused. One way to manage waste with this status can be to use it in methane fermentation processes that produces high methane gas. As a result of biogas purification, biomethane is obtained, which can be used as a raw material for the production of electricity and heat, but it also can be used as transport fuel. In the case of use in transport and due to the biological origin of the raw material, this opens the possibility of including methane from biogas in the implementation of National Indicative Targets. To this end, it is necessary to meet a number of requirements. In addition to the quality requirements that apply to the final product, the requirements for sustainable biofuel production should be met. These, in turn, apply to all stages of the biofuel life cycle. a large proportion of these requirements relates to the origin of the raw materials from which the biofuel was obtained and the life cycle requirements for the minimum threshold for reducing greenhouse gas emissions. As part of this study, the biomethane production process was analyzed for GHG emissions, taking into account all stages, from growing/collecting raw materials to producing the finished product (CNG biofuels). For comparison, two models were adopted, i.e. the use of waste raw material (slurry) in a biogas plant or the use of wholesome raw material (maize). By applying the calculation methodology given in Directive 2009/28/EC, the levels of greenhouse gas emission savings for both raw materials were calculated. In addition, a bi-variant calculation was carried out for each raw material, assuming different digestate storage methods. Based on the results obtained, key factors affecting the level of emissivity of the biomethane production process were identified.

Słowa kluczowe

PL

biogaz; biometan; biopaliwo; emisja gazów cieplarnianych; ograniczenie emisji GHG

EN

biogas; biomethane; biofuel; GHG emission; GHG emission savings

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 9
• Strony: 630--636
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Berdechowski Kamil

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Adams P.W.R., McManus M., 2019. Characterisation and variability of greenhouse gas emissions from biomethane production via anaerobic digestion of maize. Journal of Cleaner Production, 218: 529–542.
• Adelt M., Wolf D., Vogel A., 2011. LCA of biomethane. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 3: 646–650.
• Ardolino F., 2018. Biowaste-to-biomethane or biowaste-to-energy? An LCA study on anaerobic digestion of organic waste. Journal of Cleaner Production, 174: 462–476.
• Baidoo M., Arthur R., Antwi E., 2011. Biogas as a potential renewable energy source: A Ghanaian case study. Renewable Energy, 36: 1510– 1516.
• Buratti C., Barbanera M., Fantozzi F., 2013. Assessment of GHG emissions of biomethane from energy cereal crops in Umbria, Italy. Applied Energy, 108: 128–136.
• Curkowski A., Mroczkowski P., Oniszk-Popławska A., Wiśniewski G., 2009. Biogaz rolniczy – produkcja i wykorzystanie. Mazowiecka Agencja Energetyczna Sp. z o.o., Warszawa.
• Czyrnek-Delêtre M., Rocca S., Agostini A., Giuntoli J., Murphy J.D., 2017. Life cycle assessment of seaweed biomethane, generated from seaweed sourced from integrated multi-trophic aquaculture in temperate oceanic climates. Applied Energy, 196: 34–50.
• Esteves E., Naranjo Herrera A.M., Esteves V., Morgado C., 2019. Life cycle assessment of manure biogas production: A review. Journal of Cleaner Production, 5: 411–423. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.02.091.
• Głaszka A., 2010. Biogazownie rolnicze. Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa.
• Głodek E., 2007. Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolniczego. Instytut Śląski, Opole.
• Horschig T., Adams P.W.R., Röder M., Thornley P., Thrän D., 2016. Reasonable potential for GHG savings by anaerobic biomethane in Germany and UK derived from economic and ecological analyses. Applied Energy, 184: 840–852.
• Koido K., Takeuchi H., Hasegawa T., 2018. Life cycle environmental and economic analysis of regional-scale food-waste biogas production with digestate nutrient management for fig fertilization. Journal of Cleaner Production, 190: 552–562.
• Kwaśny J., Banach M., Kowalski Z., 2012. Przegląd technologii produkcji biogazu różnego pochodzenia. Czasopismo Techniczne, Politechnika Krakowska, 109: 83–102.
• Ledakowicz S., Krzystek L., 2005. Wykorzystanie fermentacji metanowej w utylizacji odpadów przemysłu rolno-spożywczego. Biotechnologia, 3: 165–183.
• Pulka J., 2019.Potencjał biogazu rolniczego na tle innych rodzajów OZE. Technika Rolnicza, Ogrodnicza i Leśna, 2: 15–17.
• Szabó G., Fazekas I., Szabó S., Szabó G., Buday T., Paládi M., Kisari K., Kerényi A., 2014. The carbon footprint of a biogas power plant. Environmental Engineering and Management Journal, 11: 2867–2874. DOI: 10.30638/eemj.2014.322.
• Szparkowska I., 2004. Wykorzystanie biogazu jako niekonwencjonalnego źródła energii na obszarze Polski. Kwartalnik Ekotechnika, 1: 1–6.
• Tonini D., Hamelin L., Alvarado-Morales M., Astrup T., 2016. GHG emission factors for bioelectricity, biomethane, and bioethanol quantified for 24 biomass substrates with consequential life-cycle assessment. Bioresource Technology, 208: 123–133.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• Biograce. <https://www.biograce.net> (dostęp: październik 2019).
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2015/1513 z dnia 9 września 2015 r. zmieniająca dyrektywę 98/70/WE odnoszącą się do jakości benzyny i olejów napędowych oraz zmieniająca dyrektywę 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych.
• Komisja Europejska. Raport. <https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/preiluc_directive_nuts2_report_values_mj_kg_july_2018.pdf> (dostęp październik 2019).
• System KZR INiG. <http://www.kzr.inig.eu/pl/menu2/dokumenty-sytemowe/aktualne-dokumenty/> (dostęp: październik 2019).
• Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych (Dz.U. z 2006 r. nr 169, poz. 1199).
• Ustawa z dnia 30 listopada 2016 r. o zmianie ustawy – Prawo energetyczne oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. z 2016 r. poz. 1986).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).