Supporting Sustainable Agriculture: the Potential to Reduce GHG Emissions – the Case of Agricultural Biogas Production in Poland

Sulewski, P.; Majewski, E.; Wąs, A.

Powiadomienia systemowe

Sesja wygasła!
Sesja wygasła!
Sesja wygasła!
Sesja wygasła!

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Supporting Sustainable Agriculture: the Potential to Reduce GHG Emissions – the Case of Agricultural Biogas Production in Poland

Autorzy

Sulewski P. , Majewski E. , Wąs A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Wspomaganie zrównoważonego rolnictwa: potencjał redukcji emisji gazów cieplarnianych – przypadek produkcji biogazu rolniczego w Polsce

Języki publikacji

Abstrakty

Agricultural sector can become a major producer of renewable energy from different sources, including such as animal wastes (natural fertilizers). It is important due to its potential role in mitigating negative externalities generated by agricultural sector, among other greenhouse gas emissions, mainly from the livestock sector. Within the European Union the Polish agriculture is the fourth largest producer of methane and nitrogen oxide from agricultural production, with a share of 7.8%. This paper aims to assess the potential reduction of GHG emissions in Poland due to biogas production based on manure anaerobic fermentation. Possible biogas production was estimated for a population of 731 thousand Polish livestock farms with the use of data from the FADN sample, which represents about 97% of the animal production sector in Poland. The potential reduction of methane emissions was calculated as CO₂ equivalent for three scenarios: • hypothetical, assuming the use of natural fertilizers from all livestock in Poland, • theoretically workable, assuming that the minimum scale of animal production for viable investment in biogas production in the farm exceeds 30 Livestock Units, • realistic scenario – assuming that only a half of farms with animal herds greater than 30 LU would undertake biogas production. Reduction of GHG emissions can be achieved through elimination of manure storage and processing natural fertilizers into biogas, next converted into electricity and heat, as well as due to emissions avoided as a result of the increased share of "clean energy" in the total energy consumption and a lower use of fossil fuels (e.g. coal) in conventional power plants. According to the estimates, the use of natural fertilizers for energy production would reduce greenhouse gas emissions from agriculture by 17.4% in the hypothetical scenario, 5.0% in the theoretically workable and about 2.5% in realistic scenario (1.54%, 0.45% and about 0.22% respectively of total emissions from various sources nationwide). In the current market situation mainly due to relatively low energy prices production of electricity from small scale agricultural biogas plants in Poland is not profitable without subsidies. Growth of the agricultural biogas industry would facilitate meeting the EU Energy Strategy targets making the agricultural sector more sustainable.

Sektor rolnictwa może stać się znaczącym producentem energii odnawialnej ze źródeł rolniczych, takich jak odpady z produkcji zwierzęcej (nawozy naturalne). Wzmocniłoby to możliwy wkład energii odnawialnej w łagodzenie negatywnych efektów zewnętrznych generowanych przez sektor rolny. Należy do nich emisja gazów cieplarnianych, w której znaczny udział ma rolnictwo, głównie sektor produkcji zwierzęcej. W Unii Europejskiej rolnictwo polskie jest czwartym co do wielkości emitentem metanu i tlenku azotu z produkcji rolniczej, z udziałem 7,8%. W artykule dokonano oceny potencjalnej redukcji emisji gazów cieplarnianych w Polsce dzięki produkcji biogazu na bazie fermentacji beztlenowej nawozów naturalnych (obornik, gnojówka, gnojowica), przetworzonego następnie na energię elektryczną. Możliwość produkcji biogazu została oszacowana dla populacji 731 tys. gospodarstw ze zwierzętami z wykorzystaniem danych z próby FADN, co stanowi około 97% sektora produkcji zwierzęcej w Polsce. Potencjalne zmniejszenie emisji metanu zostało obliczone jako ekwiwalent CO₂. Szacunek produkcji biogazu rolniczego sporządzono dla trzech scenariuszy: • hipotetycznego, zakładając wykorzystanie nawozów naturalnych od wszystkich zwierząt gospodarskich w Polsce, • teoretycznie wykonalnego – zakładającego, że minimalna skala produkcji zwierzęcej dla inwestycji w produkcję biogazu w gospodarstwie rolniczym przekracza 30 dużych sztuk przeliczeniowych zwierząt, • realistycznego – zakładającego, że jedynie połowa gospodarstw posiadających co najmniej 30 dużych sztuk przeliczeniowych podejmie produkcję biogazu. Według sporządzonych szacunków wykorzystanie nawozów naturalnych do produkcji energii zmniejszyłoby emisję gazów cieplarnianych z rolnictwa o 17,4% w przypadku scenariusza hipotetycznego, o 5% w scenariuszu teoretycznie wykonalnym oraz o około 2,5% w scenariuszu realistycznym (odpowiednio o 1,54%, 0,45; oraz 0,22 całkowitej emisji z różnych źródeł w skali kraju). Zmniejszenie emisji GHG nastąpiłoby z tytułu redukcji emisji metanu poprzez wyeliminowanie składowania nawozów naturalnych, a także ze względu na zwiększony udział "czystej energii" w całkowitym zużyciu energii. Pozwoliłby to zatem na niższe zużycie paliw kopalnych (np. węgla) w konwencjonalnych elektrowniach. W obecnej sytuacji rynkowej w Polsce, głównie wobec relatywnie niskich cen energii elektrycznej, produkcja energii elektrycznej z biogazowni rolniczych nie jest opłacalna ekonomicznie bez subsydiów. Niewystarczające wsparcie dla produkcji biogazu wskazuje, że korzyści z produkcji energii z nawozów naturalnych są niedoszacowane co dotyczy zwłaszcza redukcji emisji gazów cieplarnianych. Produkcja biogazu rolniczego ułatwiałby osiągnięcie celów strategii energetycznej UE i uczyniłaby sektor rolny bardziej zrównoważonym.

Słowa kluczowe

biogas greenhouse gasses emission sustainable agriculture

biogaz gazy cieplarniane emisja rolnictwo zrównoważone

Wydawca

Politechnika Koszalińska

Czasopismo

Rocznik Ochrona Środowiska

Rocznik

2018

Tom

Tom 20, cz. 1

Strony

662--680

Opis fizyczny

Bibliogr. 49 poz., tab.

Twórcy

autor

Sulewski P.

Warsaw University of Life Sciences – SGGW

autor

Majewski E.

Warsaw University of Life Sciences – SGGW

autor

Wąs A.

Warsaw University of Life Sciences – SGGW

Bibliografia

1. Bentley, Ch., Gooch, C.A., Pronto, J., Scott, N.R., McGlynn, S. (2010). Green-house Gas Emissions From a Community Anaerobic Digester with MixedOrganic Wastes. in: ASABE Meeting Presentation Paper Number: 1009892 American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE).Pittsburgh, Pensylvania.
2. Bruins, E.M., Sanders, J.P.M. (2012). Small-scale processing of biomass for biorefinery. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 6(2), 115-232.
3. Dobbelaere, De A., Keulenaere, De B., Mey, De J., Lebuf, V., Meers, E. Ry- ckaert, B., Schollier, C., Driessche, van D. (2015). Small-Scale Anaerobic Digestion. Case studies in Western Europe. Rumbeke-Beitem, Belgium: Mia Demeulemeester, Inagro.
4. Delzeit, R., Britz, W. (2012). An Economic Assessment of Biogas Production and Land Use under the German Renewable Energy Source Act. Working Papers No. 1767, Kiel, Germany: Institute for the World Economy. Dlugokencky, E. J. (2016). Trends in Atmospheric Methane, NOAA/ESRL, (www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends_ch4/) (accessed: 12.12. 2017).
5. EAT (2015). Greenhouse Gas Emissions from Agriculture in the EU. AgriEU externalities, Factsheet 1/2015, European Agricultural Transition.
6. European Commission (2014). Communication from the Commission to the European Parliament and the Council. Energy Efficiency and its contribution to energy security and the 2030 Framework for climate and energy policy. COM(2014) 520 final, Brussels: European Commission.
7. European Commission (2016). Proposal for a Regulation Of The European Parliament And Of The Council on binding annual greenhouse gas emis- sion reductions by Member States from 2021 to 2030 for a resilient Energy Union and to meet commitments under the Paris Agreement and amending Regulation No 525/2013 of the European Parliament and the Council on a mechanism for monitoring and reporting greenhouse gas emissions and other information relevant to climate change. COM(2016) 482 final, Brus- sels: European Commission.
8. European Environment Agency (2013). Greenhouse Gas Emission Trends. CSI 010/CLIM 050, Brussels: European Environment Agency (EEA).
9. European Parliament (2009). Directive 2009/28/EC of The European Parlia- ment and of The Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC, Strasbourg: European Parliament. Eurostat (2012). Greenhouse gas emissions. http://ec.europa.eu/eurostat/statis-tics-explained/index.php/Agriculture_-_greenhouse_gas_emission_statistics(accessed 12.12. 2017).
10. Eurostat (2015). Agriculture greenhouse gas emission statistics. Statistics ex-plained. in: Agriculture, forestry and fishery statistics. Eurostat. Luxem- bourg: Publications Office of the European Union.
11. Eurostat (2016). Main tables: Agriculture. http://ec.europa.eu/euro-stat/web/agriculture/data/main-tables.
12. Floriańczyk, Z., Osuch, D., Bocian, M., Malanowska, B. (2015). Plan wyboru próby gospodarstw rolnych Polskiego FADN od roku obrachunkowego 2016 wersja z dn. 28.10.2015 roku. Warsaw, Poland: IERiGŻ.
13. Foreest, van F. (2012). Perspectives for Biogas in Europe. Oxford: The Oxford
14. Institute for Energy Studies. NG 70. Iotti, M., Bonazzi, G. (2016). Assessment of Biogas Plant Firms by Application of Annual Accounts and Financial Data Analysis Approach. Energies2016, 9(9), 1-19.
15. IPCC (2006). Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. and Tanabe K. (eds). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories Volume 4
16. Agriculture, Forest and Other Land Use. Emissions from livestock and manure management. IPCC. Hayama, Kanagawa, Japan: IGES,
17. IPCC (2007). Fourth Assessment Report (AR4), Working Group 1 (WG1),
18. Chapter 2, Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing, Geneva, Switzerland: IPCC.
19. IPCC (2014). Pachauri R.K. and Meyer L.A. (eds.) Climate Change 2014: Syn- thesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth As- sessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Ge- neva, Switzerland: IPCC.
20. Jacobson, M. Z. (2009). Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security. Energy and Environmental Science, No. 2 p. 148–173
21. Jacobsen, B. H., Laugesen, F. M., Dubgaard, A. (2014). The economics of bio- gas in Denmark: a farm and socioeconomic perspective. International Journal of Agricultural Management, 3(3), 135-144.
22. Jury, C., Benetto, C., Koster, D., Schmitt, B, Welfring, J. (2010). Life Cycle As- sessment of biogas production by monofermentation of energy crops and in- jection into the natural gas grid. Biomass and Bioenergy, 34(1), 54-66.
23. Kimming, M., Sundberg, C, Nordberg, A., Baky, A., Bernesson, A., Noren, S., Hansson P.A. (2011). Biomass from agriculture in small-scale combined heatand power plants – A comparative life cycle assessment. Biomass and Bioenergy, 35(4), 1572-1581.
24. KOBiZE (2014). Wartości opałowe i wskaźniki emisji CO2 w roku 2012 do ra- portowania w ramach Wspólnotowego Systemu Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2015. Warszawa:KOBiZE.
25. Kost, Ch. Mayer, N.J., Thomsen, J., Hartmann, N., Senkpiel, Ch., Philipps, Ch. Nold, S., Lude, S., Saad, N., Schlegl, T. (2013). Levelized Cost Of Electric- ity Renewable Energy Technologies. Freiburg, Germany: Fraunhofer Insti- tute For Solar Energy Systems ISE.
26. KTBL (2005). Guide the preparation and utilization of biogas. Darmstadt, Germany: Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft.
27. Massé, D.I., Talbot, G., Gilbert, Y. (2011). On farm biogas production: A method to reduce GHG emissions and develop more sustainable live- stock operations, Animal Feed Science and Technology, 436-445.
28. Majewski, E., (2008). Trwały Rozwój i Trwałe Rolnictwo – teoria a praktyka gospodarstw rolniczych (ang.Sustainable Development and Sustainable Agriculture – theory and practice of farming). Warsaw, Poland: SGGW.
29. Majewski, E., Sulewski, P., Wąs, A. (2016). Potencjał i uwarunkowania pro- dukcji biogazu rolniczego w Polsce (ang. Potential and conditions for ag- ricultural biogas production in Poland). Warsaw, Poland: SGGW.
30. Möller, K., Stinner, W. (2009). Effects of different manuring systems with and without biogas digestion on soil mineral nitrogen content and on gaseous nitrogen losses (ammonia, nitrous oxides). European Journal of Agronomy, 30(1), 1-16.
31. Oenema, O., Oudendag, D.m, Velthof, G. (2007). Nutrient losses from manure management in the European Union. Livestock Science, 112(3), 261-272.
32. Olesen, J.E., Trnka, M., Kersebaum, K.C., Skjelvag, A.O., Seguin, B., Peltonen- Sainio, P., Rossi, F., Kozyra, J., Micale, F (2011). Impacts and adaptation of European crop production systems to climate change. European Journal of Agronomy, 34, 96-112.
33. Paterson, M., Amrozy, M., Berruto, R., Bijnagte, J.W., Bonhomme, S., Gysen, M., Kayser, K., Majewski, E., Parola, F. (2016). Implementation Guide For Small-Scale Biogas Plants. BioEnergy Farm II Publication, 1.2, Darmstadt, Germany: KTBL.
34. Pawłowski, L. (2015). Where Is the World Heading? Social Crisis Created by Promotion of Biofuels and Nowadays Liberal Capitalism. Rocznik Ochro- na Środowiska, 17, 29-39.
35. Pawłowski, A., Pawłowski, L. (2016). Wpływ sposobów pozyskiwania energii na realizację paradygmatów zrównoważonego rozwoju. Rocznik Ochrona Środowiska, 18, 19-37.
36. Pedroli, B., Langeveld, H. (2011). Impacts of Renewable Energy on European Farmers. Final Report for the European Commission Directorate-General Agriculture and Rural Development, AGRI-2010-EVAL-03, Brussels:European Comission.
37. Persson, T., Murphy, J., Jannasch, A.K, Ahern, E., Liebetrau, J., Trommler, M., Toya J. (2014). A perspective on the potential role of biogas in smart energy grids. IEA Bioenergy, http://task37.ieabioenergy.com/files/daten- redaktion/download/Technical%20Brochures/Smart_Grids_Final_web.pdf (access 15.12.2007).
38. Pöschl, M., Ward, S., Owende, P. (2010). Evaluation of energy efficiencyof various biogas production and utilization pathways. Applied Energy, 87, 3305-3321.
39. Pretty, J. (2008). Agricultural sustainability: concepts, principles and evidence Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological Sciences, 363, 447-465.
40. Rehl, T., Müller, J. (2013). CO2 abatement costs of greenhouse gas (GHG) mitigation by different biogas conversion pathways. Journal of Environmental Management, 114, 13-25.
41. Shih, J.S., Burtraw, D., Palmer, K., Siikamäki, J. (2012). Air Emissions of Ammo- nia and Methane from Livestock Operations: Valuation and Policy Options. Journal of the Air & Waste Management Association, 58, 1117-1129.
42. Sulewski, P., Majewski, E., Wąs, A., Szymańska, M., Malak-Rawlikowska, A., Fraj, A., Trząski, A., Wiszniewski, A., Amrozy, M. (2016). Economic And Legal Conditions And Profitability of Investments In Agricultural Biogas Plants In Poland. Problems of Agricultural Economics, 1(346), 116-142.
43. 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, 13(11), 2867-2874.
44. Thomson, A.J., Giannopoulos, G., Pretty, J., Baggs, E.M., Richardson, D.J. (2012). Introduction: Biological sources and sinks of nitrous oxide and strategies to mitigate emissions Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological Sciences, 367, 1157-1168.
45. Tilman, D., Cassman, K. G., Matson, P.A., Naylor, R. Polasky, S. (2002). Agricul- tural sustainability and intensive production practices. Nature, 418, 671-677.
46. Tuomisto, H., Helenius, J. (2008). Comparison of energy and greenhouse gas balance of biogas with other transport biofuel options based on domestic agricultural biomass in Finland. Agric Food Sci, 17(3), 240-251.
47. Uusitalo, V., Havukainen, J., Manninen, K., Höhn, J., Lehtonen, E., Rasi, S., Soukka, R., Horttanainen, M. (2014). Carbon footprint of selected biomass to biogas production chains and GHG reduction potential in transportation use. Renewable Energy, 66, 90-98.
48. WCED (1987). Our Common Future. Oxford: Oxford University Press, p.383. WRI (2016). CAIT Climate Data Explorer, World Resources Institute
49. (http://cait.wri.org/historical) – access date 21.01.2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-c6393884-bec5-4fa1-8772-2b805dee4316