Pomiń polecenia Wstążki
Przeskocz do głównej zawartości

Ludzie Politechniki

Drukuj

​To rozwiązanie może napędzić rynek biogazu

15.10.2013 | Aktualizacja: 17.12.2014 09:21

Dr inż. Sebastian Koziołek pracuje na Wydziale Mechanicznym w Zakładzie Komputerowego Wspomagania Projektowania i Badań Eksperymentalnych Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn (fot. Krzysztof Mazur)

Jest tani, ekologiczny, powstaje z odpadów. Można nim ogrzewać pomieszczenia, a po oczyszczeniu zasilać samochody i maszyny. To biogaz. Jego produkcją zainteresował się dr Sebastian Koziołek z PWr, laureat programu LIDER. 

Dr Koziołek już wkrótce rozpocznie budowę mobilnej stacji dystrybucji biogazu. Do dyspozycji ma prawie milion złotych.
Co to właściwie jest ten biogaz?
Widzieli państwo kiedyś błędne ogniki? Czasem w nocy nad bagnem, torfowiskiem, czy innym mokradłem widoczne są niewielkie światełka. To nie duchy, ale zachodzące tam zjawisko samozapłonu gazów (głównie metanu), powstających z gnijących szczątków roślin i zwierząt. Podobne substancje powstają wszędzie tam, gdzie rozkład substancji organicznych zachodzi w warunkach beztlenowych. Proces jest dziełem mikroorganizmów anaerobowych (beztlenowych). Otrzymany z substancji organicznych gaz, czyli biogaz, składa się w około 65 proc. z metanu (CH4), w 35 proc. z dwutlenku węgla (CO2) i niewielkiej ilości biomasy. Jest więc dość podobny do używanego często gazu ziemnego.
Biogaz jest wytwarzany z odpadów biologicznych, a nie przez wydobycie ze złóż. Stąd też przedrostek bio- w nazwie. Składnikiem do produkcji biogazu, oprócz biomasy (np. z uprawy kukurydzy) mogą być odpady ulegające biodegradacji (odpady komunalne, odchody zwierzęce, osady ściekowe). W tej chwili najbardziej korzystna jest produkcja z odpadów, których jest najwięcej, czyli z odpadów komunalnych. Możemy więc biogaz nazwać paliwem ze śmieci.
Zatem to źródło energii?
Biogaz jest wykorzystywany zarówno do produkcji energii elektrycznej, jak i ciepła. W wyniku nowoczesnych procesów oczyszczania biogazu powstaje biometan o parametrach zbliżonych do jakości gazu ziemnego. Jego główną zaletą są walory ekologiczne. Pojazdy zasilane biometanem emitują mniej szkodliwych substancji niż tradycyjne. Samochody napędzane olejem napędowym powodują o 75 proc. lub większą emisję dwutlenku węgla. W przypadku zastosowania biopaliw ciekłych, takich jak bioetanol czy biodiesel, ograniczamy emisję CO2 jedynie o 30-60 proc.
Czy pojazdy na biogaz nie szkodzą środowisku naturalnemu w inny sposób?
Pojazdy zasilane oczyszczonym biogazem dobrze sprawdzają się również dlatego, że nie zanieczyszczają środowiska pyłem ani tlenkami azotu, spełniają standardy czystości spalin (Euro 5) i normy emisji spalin EEFV (Enhance Environmental Friendly Vehicles). Biometan (oczyszczony biogaz) jest paliwem czystym i odnawialnym, a do tego wydajnym. Ma wyższą wartość opałową niż benzyna, olej napędowy czy LPG. Jest zdecydowanie tańszy od benzyny czy oleju napędowego. Silniki zasilane biometanem emitują mniej hałasu dzięki temu, że proces spalania przebiega łagodniej. Najwięksi producenci budują obecnie pojazdy napędzane gazem ziemnym i biometanem, np. Fiat, Opel, Volkswagen, Ford, Mercedes, Iveco.
Jak wygląda taka samochodowa instalacja na biometan?
Bardzo podobnie do instalacji na LPG (mieszaniny propanu i butanu), czyli bardzo popularnego autogazu. Różnica kryje się w konstrukcji zbiornika i przewodów gazowych. W przypadku biometanu stosuje się zbiornik ciśnieniowy, więc te instalacje są nieco droższe, ale też znacznie bezpieczniejsze. Podczas wypadku paliwo LPG, ponieważ jest cięższe od powietrza, rozleje się, zaś biometan jako lżejszy unosi się i paruje. Z tego też powodu samochody wyposażone w instalację LPG nie mogą wjeżdżać do garaży podziemnych, bo ewentualna nieszczelność takiej instalacji może być niebezpieczna, a pojazdy zasilane biometanem nie stanowią zagrożenia.
Został pan laureatem programu LIDER i wygrał prawie milion złotych na budowę mobilnej stacji dystrybucji biogazu. Skąd pomysł na taką stację?
Bardzo ograniczone i mało wydajne wykorzystanie biogazu wytwarzanego z odpadów w elektrociepłowniach skłoniło mnie do poszukiwania lepszych metod jego stosowania. Pod względem ekonomicznym i ekologicznym najlepszymi surowcami do produkcji biogazu są odpady, które mogą pochodzić z hodowli zwierząt, produkcji roślinnej czy przemysłowej. Wiadomo, że odpadów jest coraz więcej, a ich recykling lub utylizacja stwarza problemy.
Na czym polega innowacyjność tej stacji?
Problemem jest sposób kumulowania i przechowywania energii. Najkosztowniejsze jest to w przypadku energii elektrycznej. Zdecydowanie łatwiejsze jest przechowywanie energii w postaci gazu. Spalając gaz możemy wyprodukować energię elektryczną, cieplną, mechaniczną. Do tego przechowywanie gazu jest zdecydowanie mniej kosztowne. Stacja ma rozwiązać problem uzyskania i zastosowania różnych rodzajów energii dokładnie wtedy, kiedy tego chcemy. To rozwiązanie nie powoduje większych strat energii. Posłużę się przykładem – biogazownie najczęściej powstają wtedy, kiedy mają zapewniony bezpośredni odbiór ciepła przez elektrociepłownie. Biogazownia produkuje i spala biogaz, a energię cieplną przekazuje elektrociepłowni lub zakładom przemysłowym. Zapotrzebowanie na ciepło jest jednak głównie zimą, a biogaz jest produkowany przez cały rok, stąd też nie ma możliwości magazynowania biogazu. Mobilna stacja biogazu ma więc za zadanie uregulować odbiór gazu. Biogaz będzie cały czas produkowany i oczyszczany, a jego odbiór będzie następował w różnych punktach. To rozwiązanie może napędzić cały rynek biogazu.
Mobilność stacji jest więc podstawowym atutem?
Tak. Ruchoma stacja paliw może pojawić się w miejscach, w których brak jeszcze właściwej infrastruktury, np. odpowiedniej instalacji elektrycznej, czy rurociągu gazu ziemnego. To na przykład wielkie budowy dróg i mostów. Większość pracujących tam urządzeń technicznych może być przystosowana do zasilania biometanem. Proponujemy zatem projekt mobilnej stacji zasilania oczyszczonym biogazem (biometanem) przeznaczonym do zasilania wielu maszyn, urządzeń i obiektów. Wymieńmy tu: agregaty prądotwórcze, gazowe kotły grzewcze, pojazdy wyposażone w instalację zasilającą biometanem oraz wiele innych, których przemieszczanie się jest niemożliwe bądź bardzo ograniczone. Stosowanie oczyszczonego biogazu zredukuje emisję szkodliwych substancji i nawet o 30 proc. zmniejszy koszt paliwa. Skompresowany biometan może być dostarczany w dowolne miejsce, dokładnie tam, gdzie chcemy.
Ciężko było przekonać ekspertów programu „Lider” do swojego pomysłu?
Trudno odpowiedzieć, co miało szczególny wpływ. Myślę, że eksperci brali pod uwagę innowacyjny charakter tego rozwiązania, możliwość realizacji i komercjalizacji wyników tego projektu, zidentyfikowany rynek odbiorców i ich zaangażowanie w realizację projektu oraz ryzyko. Podczas rozmowy starałem się przekonać, że projekt jest realny pod względem technicznym i ekonomicznym, a jego wyniki mogą przyczynić się do powstania nowego, innowacyjnego produktu, odpowiadającego wzrastającym potrzebom energetycznym i środowiskowym. Zaprezentowałem też metodologię badań, przyszłych odbiorców i wykwalifikowany zespół, który – podobnie jak ja – został przeszkolony z komercjalizacji wyników badań na uniwersytecie Stanforda w Dolinie Krzemowej, co zawdzięczamy programowi TOP-500 Innovators.
Czy korzystanie z mobilnej stacji będzie tanie?
Eksploatacja gazu ziemnego jest średnio o połowę tańsza od eksploatacji oleju napędowego. Koszt dostarczonego biogazu będzie zależał od opracowanej technologii jego oczyszczania i transportu. Zależy nam na opracowaniu technologii alternatywnej w stosunku do dotychczas stosowanych, ale nie droższej. Warto jednak pamiętać, że biogaz może mieć różną jakość.   Stosowany jako paliwo do napędzania silników powinien spełniać wysokie wymogi, ale gdy służy do ogrzewania budynków, nie musi być oczyszczany do jakości gazu ziemnego. Będzie więc tańszy.
Czy w Polsce stosuje się biogaz? Jeśli tak, to na jaką skalę?
Jesteśmy na początku drogi. Obecnie zmieniają się przepisy związane z gospodarką odpadami. Istnieje ryzyko, że przy niekorzystnych regulacjach ten rynek z dnia na dzień się załamie. Nie stanowi to jednak zagrożenia dla naszego projektu, bo ta stacja może być stosowana również do gazu kopalnianego, czyli do gazu łupkowego.
Jakie są więc perspektywy rozwoju biogazu jako źródła energii?
Wiele zależy od decyzji politycznych. Byłoby doskonale, gdyby w Polsce ustanowiono przepisy, które przyniosłyby dodatkowe korzyści zakładom zajmującym się gospodarowaniem odpadami i produkującym biogaz. Obecnie to rozwiązanie funkcjonuje na równi z innymi technologiami produkcji energii, choćby ze spalaniem węgla brunatnego, a więc najszerzej stosowaną metodą pozyskiwania energii w Polsce. Nie chodzi tu jednak o bezpośrednie konkurowanie z nią, a o wypełnienie niezagospodarowanych obszarów rynku. Węgiel brunatny jest spalany w elektrowniach, gdzie produkowana jest energia elektryczna, więc wracamy do problemu jej dystrybucji i magazynowania. W Europie Zachodniej wykorzystanie biogazu rozpowszechnia się dzięki korzystnym rozwiązaniom prawnym. Instytucje europejskie jasno wskazują poprzez swoje działania, że biogaz i biometan powinny być powszechnie stosowane, choćby w produkcji energii elektrycznej lub bezpośrednio, jako paliwo w transporcie. W wielu krajach Unii Europejskiej stosuje się już konkretne rozwiązania prawne, np. zwolnienia podatkowe, dotacje dla producentów biogazu, dopłaty do zakupu pojazdów ekologicznych.
Czy jest możliwość wdrożenia projektu do produkcji?
Projekt MobileBioGas jest we wstępnej fazie realizacji, ale przedsiębiorstwa gospodarki odpadami są zainteresowane nowym produktem. Wiele zależy od efektów badań, na które musimy poczekać 3 lata. Staramy się przewidzieć, w jaki sposób będzie się rozwijał rynek, żeby w odpowiedni sposób ukierunkować rozwój technologiczny tego urządzenia, bo ono musi mieć uzasadnienie ekonomiczne. Musi odpowiadać konkretnym potrzebom rynku. Często użytkownicy są zaskakiwani nowymi rozwiązaniami i przekonują się, że są one użyteczne i rozwiązują pewne problemy. Ale jeśli odbiorca nie poinformuje o swoich potrzebach, to jak wynalazca może je rozwiązać? Dlatego niezbędne są wnikliwe analizy i badania, które pozwalają przewidywać z pewnym prawdopodobieństwem te potrzeby. My, inżynierowie, musimy szybko reagować na zmieniające się realia rynku.
Rozmawiała Małgorzata Jurkiewicz
Dr inż. Sebastian Koziołek jest pracownikiem Politechniki Wrocławskiej na Wydziale Mechanicznym w Zakładzie Komputerowego Wspomagania Projektowania i Badań Eksperymentalnych Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. W 2002 roku ukończył studia inżynierskie na Nottingham Trent University w Wielkiej Brytanii. Jest laureatem europejskiego programu Leonardo da Vinci, w ramach którego zaprojektował instalację do mieszania składników w produkcji artykułów farmaceutycznych w firmie produkcyjnej SkidTek w Irlandii. Odbył też trzymiesięczny staż na George Mason University w USA. Uczestnik programu Wrocławskiego Centrum Akademickiego pt. Zielony Transfer oraz MOZART. Trzykrotny stypendysta programu dla najlepszych młodych naukowców Politechniki Wrocławskiej w ramach projektu Młoda Karda. Uczestnik programu MNiSzW „TOP 500 Innovators”, w ramach którego odbył staż na uniwersytecie Stanforda w Dolinie Krzemowej. Prowadzi prace badawcze z zakresu przewidywania rozwoju technologii, projektowania wynalazczego, kreatywności oraz zarządzania. Współpracuje z wieloma zagranicznymi jednostkami naukowymi na całym świecie.