Biogas – manje otpada i štetnih gasova, a više električne i toplotne energije

Proizvodnja i korišćenje biogasa pruža višestruke benefite, počevši od zaštite životne sredine, preko ekonomske dobiti i primene principa cirkularne ekonomije. 

Pre svega, proizvodnja biogasa doprinosi smanjenju emisija metana, gasa sa efektom staklene bašte koji ima višestruko veći uticaj od ugljen-dioksida. Pored toga, kada se biogas koristi kao gorivo, najčešće se, osim električne, proizvodi toplotna energija, što doprinosi energetskoj efikasnosti. 

Dodatni pozitivni efekti anaerobne digestije biorazgradivog otpada uključuju smanjenje emisije neprijatnih mirisa i sprečavanje zagađenja zemljišta i podzemnih voda, a kompletan proces proizvodnje – od sakupljanja biorazgradivog otpada, preko proizvodnje biogasa, električne i toplotne energije i digestata (đubriva) predstavlja zatvoreni lanac cirkularne ekonomije. Pored navedenog, korišćenje biogasa pozitivno utiče na društveno-ekonomske prilike, podstiče ruralni razvoj i bolje iskorišćenje ljudskih i materijalnih dobara na lokalnom nivou.

Biogas se smatra ugljenično neutralnim gorivom jer ugljenik u biogasu potiče od organske materije koja vezuje taj ugljenik iz atmosferskog ugljen-dioksida u relativno kratkom vremenu. 

Šta je biogas?

Pod biogasom se podrazumeva smeša metana i ugljen-dioksida, koja se dobija procesom anaerobne digestije iz poljoprivrednog i drugog biorazgradivog otpada. Osim metana i ugljen-dioksida, biogas može da sadrži i primese drugih gasova.

Anaerobna digestija je proces razgradnje organske materije pomoću mikroorganizama, bez prisustva kiseonika. Ovaj proces se odvija u nekoliko faza, pri čemu je bitna uloga većeg broja različitih bakterija. 

Količine i karakteristike organskih materija (biljni i životinjski otpad) koje se mogu na ovaj način razlagati znatno variraju. Na farmama svojstva biorazgradivih materija zavise od klimatskih uslova, zastupljenog tipa poljoprivredne proizvodnje, vrsta životinja koje se gaje, načina skupljanja otpada i sl. U biološkom smislu uspešnost razlaganja zavisi od postizanja ravnoteže između bakterija koje proizvode organsku kiselinu i bakterija koje proizvode metanski gas. 

Ova ravnoteža se postiže regulisanim dovođenjem dovoljnih količina tečnosti i održavanjem odgovarajuće „PH“ vrednosti, temperature i kvaliteta sirovine u digestoru. 

Više od polovine prvobitne sirovine u čvrstom stanju koja se unosi u digestor pretvara se u gas. Od početnog odlaganja organskog otpada do stadijuma ostatka zapreminski gubitak iznosi oko 20%. Ostatak ovog procesa se zove digestat i predstavlja odlično đubrivo pošto sadrži sastojke bitne za razvoj biljaka: azot, fosfor i kalijum.

Daljim sušenjem digestata, moguća je proizvodnja peleta. Biogasna kogeneraciona postrojenja  se mogu iskoristiti za decentralizovanu proizvodnju električne i toplotne energije, kada za to postoji dovoljno visok stepen potražnje lokalno i za zadovoljavanje energetskih potreba samog postrojenja (sušenje digestata, proizvodnja peleta od digestata i sl).

Kogeneracija sa sagorevanjem biogasa

Dobijeni biogas može se koristiti za grejanje, proizvodnju električne energije ili kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije primenom kogeneracionih postrojenja. 

Termin „kogeneracija“ (kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije) je prvobitno predložio Dženeral Elektrik (General Electric). Kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije predstavlјa prvobitni pristup integraciji energetskih procesa, pri čemu su integrisani procesi proizvodnje toplotne i električne energije, tako da u režimu kogeneracije postoji upotreba toplotne energije koja bi inače bila neiskorišćena i predata u okolini. 

Na ovaj način se integracijom procesa povećava ukupna efikasnost postrojenja, podmiruju različite lokalne potrebe za finalnom energijom (grejanje, električna energija) i smanjuje se ukupna emisija produkata sagorevanja u poređenju sa upotrebom nezavisnih postrojenja za grejanje i proizvodnju električne energije ekvivaletne snage.

Kogeneraciono postrojenje najčešće koristi tečno ili gasovito gorivo. Sastoji se od elektro-generatora, motora (gasna turbina, motor sa unutrašnjim sagorevanjem, Stirling motor, goriva ćelija) i sistema za regeneraciju (rekuperaciju) toplote. 

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem su najrasprostranjeniji na tržištu, jer se radi o zreloj tehnologiji, dostupni su u velikom opsegu snaga, imaju manju cenu po jedinici instalisane snage i pogodni su za biogasna kogeneraciona postrojenja.

Primena kogeneracije u Srbiji

Iako je kogeneracija sa sagorevanjem biogasa tehnologija koja je globalno odavno poznata, primena ovakvih postrojenja tek u novije vreme dobija na značaju u Srbiji, gde je do skoro bilo samo nekoliko biogasnih kogeneracionih postrojenja. 

Prema Strategiji razvoja energetike Republike Srbije do 2025. godine sa projekcijama do 2030. godine, procenjeno je da se trenutno koristi oko 2% potencijala poljoprivredne biomase, koji je procenjen na 0,043 miliona tona ekvivalent nafte godišnje.

Primenom razvojnih planova Republike Srbije, a zahvaljujući povoljnim tarifama za povlašćene proizvođače električne energije iz biogasnih kogeneracionih postrojenja, u periodu 2016. do 2019. godine sektor biogasnih postrojenja zabeležio je značajan rast. Kao rezultat toga, u Srbiji je 2020. godine bilo 28 postrojenja, ukupne instalisane snage 27,8 MW, dok je u izgradnji bilo još 23 postrojenja projektovane snage 24.4 MW. Ovakvom rastu je sigurno doprinela Uredba o podsticajnim merama za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i iz visoko-efikasne kombinovane proizvodnje električne i toplotne energije, čije je važenje prestalo početkom 2020. godine. 

I pored toga, potpisivanjem Zelene agende za Zapadni Balkan može se očekivati dalji rast interesovanja investitora za biogasna kogeneraciona postrojenja, kao dobre implementacije zatvorenog lanca cirkularne ekonomije na domaćem tržištu, pri čemu je politika tržišnih pokretača pomerena sa podsticajnih tarifa za proizvedenu električnu energiju, ka benefitima dekarbonizacije kroz smanjene troškove usled ušteda emisija gasova sa efektom staklene bašte koji proističu iz implementacije Zelene agende.

Troškovi i procedure za izgradnju ovakvih postrojenja u Srbiji

Cena biogasnog postrojenja varira zavisno od projektovanog rešenja, komponenata koje se ugrađuju, lokacije i proizvođača opreme. Troškovi rada i održavanja biogas postrojenja su oko 0,015 USD po kWh proizvedene struje. Pored troškova rada i održavanja, ekonomičnost kogeneracionih postrojenja zavisi od promena energetskih potreba u toku godine, pri čemu se najbolja isplativost postiže u slučaju postojanja tržišta toplotne energije tokom cele godine.

Period povratka investicije pre svega zavisi od cena na tržištu energenata i od subvencija i podsticaja ukoliko postoje. Period povraćaja početnog kapitalnog ulaganja je veći kod manjih postrojenja i u EU je iznosio oko 5 do 7 godina za mikro postrojenja snage do 100 kW. Period povratka investicije kod većih postrojenja može biti i ispod 5 godina ali i preko 10 godina, jer dosta zavisi od cene mogućnosti kontinuirane prodaje toplotne energije u toku godine.

Izgradnja postrojenja na biomasu/biogas i obavljanje delatnosti proizvodnje električne ili toplotne energije u ovakvim postrojenjima su regulisani brojnim propisima Republike Srbije, od kojih se prva grupa odnosi na dobijanje građevinske dozvole za izgradnju postrojenja, a druga grupa na sticanje prava za proizvodnju toplotne i električne energije (energetska dozvola za snage preko 1 MW). Posebnim propisima reguliše se dobijanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije.

Pored zakonske regulative koja može značajno da utiče na dinamiku izrade biogasnog kogeneracionog postrojenja, relativno visoka investiciona ulaganja, dobijanje i trajanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije, ustaljena praksa na farmama i poljoprivrednim gazdinstvima i nedostatak lokalnih primera dobre prakse su neki od problema za masovniju primenu biogasnih kogeneracionih postrojenja. Takođe, postoji i ustaljena praksa primene veštačkih đubriva, naspram primene organskog đubriva koje je nusproizvod u procesu proizvodnje biogasa. 

Sa aspekta održivosti i cirkularnosti, direktna upotreba organskog đubriva se može smatrati prihvatljivim rešenjem koje ne zahteva velike investicije poput izgradnje biogasnog postrojenja, ali se na ovaj način ne rešava problem drugih vrsta biorazgradivog otpada ni problem neprijatnih mirisa i emisije metana u atmosferu. Proizvodnja organskog đubriva iz digestata koji je nusproizvod procesa proizvodnje prirodnog gasa, pored primene na obradivim površinama operatera biogasnog postrojenja, daje mogućnost i prodaje ovog proizvoda na tržištu i doprinosi boljoj isplativosti biogasnih postrojenja.