Polska wskazała gaz ziemny jako paliwo przejściowe w drodze ku całkowitej neutralności klimatycznej. Należy już w tym momencie zastanowić się co dalej będzie z istniejącą infrastrukturą gazową oraz elektrowniami, które obecnie wymagają gazu ziemnego. Jest to o tyle istotne, że jednym z celów założonych w PEP2040 jest posiadania 10% gazów odnawialnych w sieciach gazowych do 2030 roku [1]. Jednym z proponowanych gazów jest wodór, jednakże jest to technologia dopiero poznawana, nie ma jeszcze pełnej możliwości transportu i spalania wodoru z wykorzystaniem klasycznej infrastruktury gazowej.

Z punktu widzenia gotowości technologii lepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie biogazu lub biometanu, dla których już na obecnym etapie jesteśmy w stanie zapewnić bezproblemowy transport sieciami dystrybucyjnymi i przesyłowymi, jak również spalanie w klasycznych turbinach gazowych.

Czym w ogóle jest biometan?

Obecnie w Polsce nie została jeszcze prawnie uregulowana definicja biometanu, jednakże projekt tworzący taką definicję jest obecnie w trakcie konsultacji i opiniowania. Brzmi ona następująco: „biometan – gaz uzyskany z biogazu lub biogazu rolniczego, którego wartość ciepła spalania wynosi nie mniej niż 34,0 MJ/m³” [2]. Kluczowym aspektem jest tu wartość ciepła spalania, gazy uzyskane z biomasy poniżej tej wartości to odpowiednio biogaz i biogaz rolniczy w zależności od pochodzenia substratów [3]. Nie jest to jedyny parametr, który musi spełniać biometan, żeby można go było zatłoczyć do sieci gazowej. Dodatkowe wymagania określone są przez dwa dokumenty Instrukcję Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej (IRiESD) oraz obecnie będąca na etapie konsultacji aktualizacja rozporządzenia Ministra Klimatu i Środowiska dotycząca parametrów, które obowiązują dla paliwa gazowego. IRiESD określa szczegółowo wymagania dotyczące parametrów takich jak liczba Wobbego, zawartość siarki, tlenu czy też parametru jakim jest intensywność zapachu szczególnie ważnego podczas awarii i wycieków [4]. Ze względu na organiczne pochodzenie projekt rozporządzenia skupia się na składnikach takich jak fluor, chlor, wodór czy siloksany, które mogą być szkodliwe dla sieci gazowej [5].

Na czym polega wytwarzanie biometanu? Cały proces zaczyna się od produkcji biogazu, który powstaje w procesie fermentacji metanowej składającej się z 4 faz: hydrolizy, kwasogenezy, octanogenezy i metanogenezy. W ostatniej fazie bakterie metanowe odpowiadają za wytwarzanie metanu, czyli głównego składnika biogazu [6].

Wyprodukowany biogaz składa się w głównej mierze z dwóch składników: metanu (50-75%) i dwutlenku węgla (30-45%). Pozostałe składniki to siarkowodór, wodór (<1%), tlenek węgla (<1%), Azot (<2%) i Tlen (<2%) [7]. Oczyszczanie biogazu na wstępnym etapie polega na usunięciu wody poprzez zmianę ciśnienia lub temperatury. Usunięcie wody jest szczególnie istotne, ponieważ jej pozostawienie może doprowadzić do korozji instalacji. Na wstępnym etapie usuwany jest również siarkowodór, którego pozostawienie również może doprowadzić do zniszczenia instalacji lub obniżenia wydajności uzdatniania [8].

Z punktu widzenia ciepła spalania istotny jest etap uzdatniania biogazu do postaci biometanu tj. usuwanie dwutlenku węgla. Odbywa się to poprzez zastosowanie jednej z dostępnych metod takich jak:

• Separacja kriogeniczna – metoda działająca dzięki różnej temperaturze skraplania metanu i dwutlenku węgla. Poprzez obniżenie temperatury do - 100°C przy wysokim ciśnieniu 40 bar dwutlenek węgla skrapla się i jest usuwany z biogazu [6].
• Adsorpcja zmiennociśnieniowa – polega na odpowiedniej zmianie ciśnienia w poszczególnych etapach, podczas których następują adsorpcja i desorpcja dwutlenku węgla [9].
• Separacja membranowa – polega na oddzieleniu metanu i dwutlenku węgla z wykorzystaniem membran przepuszczających tylko określone rozmiary cząsteczek [9].
• Absorpcja chemiczna – wykorzystuje wodne roztwory amin, które absorbują dwutlenek węgla [6].
• Fizyczna absorpcja – metoda wykorzystująca różnicę w rozpuszczalności dwutlenku węgla i metanu w rozpuszalnikach polarnych [9].

Po usunięciu dwutlenku węgla z biogazu otrzymujemy biometan. Gaz ten nie musi zostać dostarczony do sieci gazowej. Przy wykorzystaniu odpowiedniej infrastruktury skraplającej może zostać wytworzony bioLNG czyli ciekły biometan, który może zostać wykorzystany jako paliwo w pojazdach lub w takiej formie przetransportowany z wykorzystaniem cystern do stacji regazyfikacyjnej np. na obszarach, które nie posiadają dostępu do sieci gazowej. Innym sposobem wykorzystania jest sprężenie biometanu do postaci bioCNG. Tak sprężony gaz może następnie być użyty jako paliwo lub zostać zmagazynowane. Wtłoczenie biometanu do sieci gazowej wymaga odpowiednich decyzji przyłączeniowych od Operatora Sieci Dystrybucyjnej, po otrzymaniu pozwolenia gaz wtłaczany jest poprzez stacje, na których znajduje się infrastruktura pozwalająca na pomiar parametrów, jak również etap nawonienia gazu, które jest wymagane ze względów bezpieczeństwa.

Jak wygląda potencjał Polski w obszarze produkcji biometanu? PGNiG ogłosiło, że do roku 2030 będziemy produkowali 4 mld m³ rocznie [10]. Bardziej optymistyczne były prognozy Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, który szacuje potencjał Polski na 7,8 mld m³ biometanu rocznie. Roczne zużycie gazu w 2020 roku wyniosło około 20 mld m³ wg. raportu PIE. Porównując te dwie wartości widzimy, że biometan ma szanse na częściowe zastąpienie gazu ziemnego i w rezultacie zazielenienie sieci gazowej.

Skoro technologie biogazowe i biometanowe są gotowe to czemu w Polsce nie posiadamy żadnej instalacji biometanowej? Rozwój tego sektora hamowany jest w głównej mierze przez brak odpowiedniej legislacji tj. brak prawnych definicji biometanu, wymagań dla takiego gazu w sieci. Jednakże brakuje również rynkowych zachęt do wykorzystywania tych technologii. Motorem napędowym do rozwoju branży było podpisane w 2021 roku porozumienie na rzecz rozwoju sektora biogazu i biometanu. Zostało one podpisane przez przedstawicieli inwestorów, instytucji państwowych i dostawców technologii. Równolegle z tym trwają konsultacje projektów ustaw. Jeżeli przepisy zostaną wkrótce uchwalone zapewni to stabilny rozwój sektora i skłoni inwestorów do realizacji nowych projektów. Pozytywnym bodźcem jest również stworzenie spółki przez PGNiG i Orlen, która będzie zajmować się technologiami biometanowymi. Również w Unii Europejskiej zauważona została istotna rola biometanu i w ramach rezygnacji z dostaw gazu ziemnego z Rosji ogłoszono program REPowerEU, gdzie wskazano, że do 2030 roku UE produkować będzie 30 mld m³ biometanu rocznie wobec 3 mld m³ obecnie [11].

Podsumowując, biometan nie rozwiąże wszystkich problemów związanych z transformacją energetyki i gazownictwa. Będzie zapewniał od kilku do kilkunastu procent całego zapotrzebowania na gaz w Polsce. Jednakże jest to rozwiązanie, które już na obecnym etapie jest gotowym technologicznie. Przyspieszenie prac związanych z prawem i zachętami do rozwoju rynku biometanu sprawi, iż Polska krok po kroku będzie zazieleniać sieć gazową. Produkcja biometanu odbywać się będzie w Polsce, jest to ważny argument, ponieważ posiadanie stabilnego źródła krajowego gazu jest w obecnych czasach kluczowe, a sam biometan może stanowić jeden z elementów zdywersyfikowanego portfela gazowego Polski, zarówno na obecnym etapie jak i w czasach zielonego gazownictwa.

Bibliografia:

[1] Ministerstwo Klimatu i Środowiska, „Polityka Energetyczna Polski do 2040 r.”, 2021.

[2] Ministerstwo Klimatu i Środowiska, „Projekt ustawy o zmianie ustawy o odnawialnych źródłach energii oraz niektórych innych ustaw”. 2021.

[3] Kancelaria Sejmu, „Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii”. 2020.

[4] Polska Spółka Gazownictwa sp. z o., „Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej (IRiESD)”, 2019.

[5] Ministerstwo Klimatu i Środowiska, „Projekt rozporządzenia Ministra Klimatu i Środowiska zmieniającego rozporządzenie w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu gazowego”. 2021.

[6] I. Samson-Bręk i K. Biernat, „Przegląd technologii oczyszczania biogazu do jakości gazu ziemnego”, Chemik, 2011.

[7] A. Cukrowski, P. Mroczkowski, A. Oniszk-Popławska, i G. Wiśniewski, „Biogaz rolniczy – produkcja i wykorzystanie”, Mazowiecka Agencja Energetyczna Sp. z o.o., 2009.

[8] A. Petersson, „Biogas cleaning”, w The Biogas Handbook: Science, Production and Applications, 2013, s. 329–341. doi: 10.1533/9780857097415.3.329.

[9] J. Piskowska-Wasiak, „Uzdatnianie biogazu do parametrów gazu wysokometanowego”, Nafta-Gaz, 2014.

[10] „Prezes PGNiG: biometan pozwoli spółce utrzymać pozycję lidera rynku gazu”. Dostęp: 30 marzec 2022. [Online]. Dostępne na: https://www.cire.pl/item,208534,1,0,0,0,0,0,prezes-pgnig-biometan-pozwoli-spolce-utrzymac-pozycje-lidera-rynku-gazu.html

[11] Komisja Europejska, „REPowerEU: Wspólne europejskie działania w kierunku bezpiecznej i zrównoważonej energii po przystępnej cenie”. 2022.