Biogospodarka (bioeconomy) nie jest wynalazkiem XXI w. W okresie poprze-dzającym rewolucję przemysłową stanowiła ona najważniejszą gałąź gospodar-ki, gwarantując legospodar-ki, żywność, odzież, transport, budulec i ogrzewanie domostw, czasami nawet broń, czyli zaspokajając wszystkie podstawowe potrzeby czło-wieka dzięki odnawialnym zasobom biologicznym. Współcześnie wciąż odgry-wa podobną rolę, ale rozwój nauki pozwolił jej również na przejęcie licznych funkcji pełnionych przez rafinerie ropy naftowej. Warto jednak prześledzić ewo-lucję pojęcia biogospodarki, gdyż w jego historii zawarta jest także ewolucja poglądów na kształt gospodarki jako takiej. Po raz pierwszy zbliżony termin – „bioekonomia” (bioeconomics) został wykorzystany w latach 60. XX w. przez J. Zemana, a następnie N. Georgescu-Roegena, którzy wskazywali na biolo-giczne podstawy niemal wszystkich rodzajów działalności gospodarczej. Drugi wspomniany badacz wykazywał również niemożność realizowania planu nie-ograniczonego wzrostu, jako niezgodnego z prawem natury (Bonaiuti 2015).
Termin „bioekonomia” różni się jednak od terminu „biogospodarka”. Według J. von Brauna (2014) to drugie pojęcie zostało sformułowane po raz pierwszy dopiero w latach 90. XX w. przez dwóch genetyków J.E. Cabota i R. Martineza, którzy w 1998 r. stwierdzili, że: „działalność gospodarcza oparta na badaniach na-ukowych i wdrożeniach skupiających się na zrozumieniu mechanizmów i proce-sów na molekularnym (genetycznym) poziomie, celem wdrożenia i zastosowania w procesach przemysłowych, doprowadzi do zmian w światowej gospodarce i bę-dzie stanowić podstawę do powstania nowego sektora” (Martinez 1998). Podejście
27
1.3. Biogospodarka – definicja i znaczenie
to cechuje pewne zawężenie idei biogospodarki. Kolejne definicje, formułowane już w XXI w., znacznie rozszerzyły rozumienie sektora biogospodarki oraz wpro-wadziły istotny prośrodowiskowy kontekst. Jest on zauważalny zwłaszcza w de-finiowaniu biogospodarki przez instytucje Unii Europejskiej, dla której wsparcie tego sektora stanowi element szerszej strategii zrównoważonego rozwoju.
W 2005 miała miejsce jedna z pierwszych europejskich konferencji doty-czących biogospodarki, pod tytułem New Perspectives on the Knowledge-Based Bio-Economy („Nowe perspektywy biogospodarki opartej na wiedzy”), podczas której podkreślono, że bazująca na wiedzy biogospodarka jest zrównoważoną, efektywną środowiskowo transformacją odnawialnych zasobów biologicznych w produkty służące zdrowiu, żywność, energię i inne produkty przemysłowe;
w 2007 r. podczas konferencji En Route to the Knowledge-Based Bio-Econo-my („Transformacja w kierunku biogospodarki opartej na wiedzy”), w Kolonii, zawarto w tekście pt. Cologne Paper ramowe rozumienie biogospodarki, obej-mującej problematykę żywności, biomateriałów, bioprocesów, bioenergii, bio-medycyny i wyłaniających się koncepcji technologicznych (McCormick, Kautto 2013). W lutym 2012 r. Komisja Europejska uszczegółowiła definiowanie tego zjawiska: „biogospodarka” oznacza gospodarkę opierającą się na zasobach bio-logicznych pochodzenia lądowego i morskiego oraz odpadach, w tym odpadach z produkcji żywności, wykorzystywanych w przemyśle i do produkcji energii.
Pojęcie obejmuje także bioprocesy realizowane dla zielonych gałęzi przemysłu (Komisja Europejska 2012a). Rok wcześniej, w projekcie BECOTEPS (EPSO 2011) zaproponowano definicję, według której biogospodarka oznacza zrówno-ważoną produkcję i przetwarzanie odnawialnych zasobów biologicznych na pro-dukty żywnościowe, medyczne, włókna, towary przemysłowe oraz bioenergię.
Odnawialną biomasę stanowią wszelkie substancje pochodzenia organicznego mogące stanowić surowiec. Rok 2018 przyniósł działania uzupełniające nad strategią biogospodrki w Europie, których celem stało się wzmocnienie relacji między gospodarką, środowiskiem naturalnym i społeczeństwem. W dokumen-cie A Sustainable Bioeconomy for Europe: strengthning the connection between economy, socjety and environment podkreślony jest interdyscyplinarny charakter biogospodarki. Biogospodarka obejmuje wszystkie sektory i systemy opierające się na zasobach biologicznych (zwierzętach, roślinach, mikroorganizmach i bio-masie przez nie wytworzonej, włączając w to oodpady biologiczne), ich funk-cje i zasady. Obejmuje i łączy: ekosystemy lądowe i morskie oraz świadczone przez nie usługi; wszystkie sektory produkcji pierwotnej, które wykorzystują i wytwarzają zasoby biologiczne (rolnictwo, leśnictwo, rybołówstwo i akwa-kultura); oraz wszystkie sektory gospodarki i przemysłu, które wykorzystują zasoby i procesy biologiczne do produkcji żywności, pasz, dóbr przemysłowych powstałych z biomas, energii i usług.
By odnieść sukces, europejska gospodarka musi opierać się na zrównowa-żeniu oraz obiegu zamkniętym. Stanowią one drogę do modernizacji przemysłu i systemów produkcji, ochrony środowiska i poprawy bioróżnorodności (Ko-misja Europejska 2018). Widoczne jest więc wyraźne odejście od ściśle bio-technologicznego rozumienia terminu w kierunku rozszerzenia jego znaczenia, uczynienia sposobem funkcjonowania gospodarki, co znacznie wykracza poza funkcjonowanie biogospodarki wyłącznie jako pewnego sektora, a czyni z niej narzędzie paradygmatu zrównoważonego rozwoju. Kluczowy w rozumieniu biogospodarki będzie więc realizowany przez nią charakter działań, których ce-lem jest oczywiście zaspokajanie potrzeb społeczeństwa poprzez przyjazną śro-dowisku produkcję biomas i tworzonych z nich dóbr.
Definiowanie biogospodarki nie jest jednoznaczne i ewoluuje w czasie, zależne jest również od uwarunkowań lokalnej specyfiki rynkowej:
Definicja Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) (2009 r.): „Biogospodarka może być rozumiana jako rzeczywistość, w której biotechnologia stanowi istotny wkład w wynik gospodar-czy. Jest wysoce prawdopodobnym, że powstająca biogospodarka stanie się globalnym systemem opartym na regułach rozwoju zrównoważonego. Biogospodarka obejmuje trzy elementy: wiedzę bio-technologiczną, odnawialne biomasy oraz integrację pomiędzy rozmaitymi zastosowaniami”.
Capital Economics, TBR and E4tech for the Biotechnology and Biological Sciences Research Council and the Department for Business, Innovation & Skills, Evidencing the Bioeconomy (2016): „Biogo-spodarka polega na produkcji biomasy i konwersji odnawialnych zasobów biologicznych w produkty o wartości dodanej, takie jak żywność, produkty przemysłowe oparte na biomasie i bioenergia. Jest ukonstytuowana wokół działań obejmujących procesy transformacyjne z wykorzystaniem zasobów biologicznych. Są to działania począwszy od tradycyjnego rolnictwa (…) upraw i hodowli, aż do naj-bardziej zaawansowane biologicznie terapie medyczne”.
THE WHITE HOUSE OFFICE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY POLICY (2019): „Biogospodarka odnosi się do infrastruktury, innowacji, produktów, technologii i uzyskanych danych z procesów biolo-gicznych i nauki, które napędzają wzrost gospodarczy, i pozytywnie wpływają na zdrowie publiczne, rolnictwo i bezpieczeństwo. Produkty biogospodarki są niezwykle różnorodne i mają niemal nieogra-niczoną perspektywę zastosowań i generowania wartości; począwszy od nowych metod leczenia no-wotworów, poprzez technologie produkcji leków, plastików, materiałów i produktów przemysłowych;
gatunków roślin odpornych na działanie szkodników, kończą na systemach informacyjnych opartych na DNA, które mogą przechowywać więcej danych, niż było to kiedykolwiek wcześniej możliwe”.
Dokonując przeglądu definicji, można wyodrębnić rozmaite podejścia do te-matu biogospodarki, zależne od celów, wartości, oczekiwań i problemów, wo-bec których stawali autorzy. W literaturze wyróżnia się trzy podejścia, które nie wykluczają się, a często założenia tych koncepcji uzupełniają się i przenikają.
Pierwsza koncepcja bliska jest definicji J. Martineza i sprowadza biogospodarkę
29
1.3. Biogospodarka – definicja i znaczenie
do podejścia biotechnologicznego, którego celem jest generowanie miejsc pracy i wzrostu gospodarczego, dzięki rozwojowi badań biotechnologicznych, inno-wacjom i patentom, a potencjał zawiera się w innowacyjnych badaniach biotech-nologicznych. Drugie podejście – biosurowcowe, koncentruje się na obszarach rolnictwa, gospodarki leśnej i morskiej oraz bioenergii, czyli na sektorach tra-dycyjnych. Celem jest tu generowanie wzrostu gospodarczego w ramach zrów-noważonego rozwoju. Potencjał tak rozumianej biogospodarki tkwi w konwersji zasobów biologicznych. Typ ten cechuje interdyscyplinarność, optymalizacja wykorzystania surowców odnawialnych oraz gleb, zagospodarowywanie odpa-dów i rekultywacja obszarów zdegradowanych. Trzeci typ – bioekologiczny, za cel stawia zrównoważony rozwój, ochronę bioróżnorodności i ekosystemu. Roz-wój produkcji opiera się na lokalnych zasobach, zrównoważonym rolnictwie, ekologicznej produkcji i konsumpcji, gospodarce obiegu zamkniętego (Bugge i in. 2016). Wszystkie te podejścia łączy w sobie przywoływana powyżej defini-cja Komisji Europejskiej (2012).
Rysunek 1.8. Transformacja w kierunku biogospodarki
Przyszłość: Biorafineria Teraźniejszość: Rafineria ropy naftowej
biomasa
Paliwa i oleje
energia chemikalia
plastik
bioenergia biopaliwo
i biooleje
chemikalia pochodzenia biologicznego pasze bogate w białko składniki
odżywcze
składniki zdrowej żywności
bioplastik
Źródło: opracowanie własne na podstawie: Lange 2016.
Biogospodarka stanowi jedną z odpowiedzi na problemy współczesności – rosnącą populację, zgłaszającą coraz większy popyt na żywność oraz niezrów-noważoną, wysokoemisyjną produkcję dóbr konsumpcyjnych; generuje przy tym znaczącą liczbę miejsc pracy, co czyni ją narzędziem doskonale wpisującym się w instrumentarium zrównoważonego rozwoju. Transformacja w kierunku spo-łeczeństwa opartego na biogospodarce niesie ze sobą mniejszą ilość odpadów,
optymalizację wykorzystania plonów, rozwój alternatywnych dla ropopochod-nych materiałów: bioplastików, biochemikaliów, bioenergii; produkcję wysokiej jakości składników odżywczych, wysokobiałkowych pasz; jednocześnie umoż-liwia zrównoważoną cyrkulację składników odżywczych w glebie. Biomasy już przy obecnym poziomie wiedzy umożliwiają wytworzenie większej ilości pro-duktów niż ropa naftowa. Kierunkiem rozwoju jest więc przejście od konwen-cjonalnej rafinerii w kierunku biorafinerii.
Biorafinowanie – w ramach nowych gałęzi biogospodarki: biotechnologii, biochemii, przemysłu biotekstylnego czy biochemicznego – nie stanowi jedy-nego kierunku wykorzystania potencjału biomasy, najbardziej rozpoznawalne są wciąż tradycyjne sektory biogospodarki: rolnictwo, ogrodnictwo, leśnictwo, rybołówstwo, produkcja żywności, produkcja pasz czy przemysł papierniczo--celulozowy (Szymańska i in. 2017).
Wielość źródeł biomasy uświadamia jej olbrzymi potencjał i znaczenie dla minimalizacji ilości generowanych odpadów. Na rysunku 1.9 przedstawiono źródła biomasy według rodzajów – kolorów.
Rysunek 1.9. Źródła biomasy
Biomasa
Organiczna frakcja ścieków Nowa biomasa: owady,
grzyby, bakterie, mikroorganizmy Odpady organiczne
z gospodarstw domowych
Pozostałości z produkcji mięsa Ryby, skorupiaki,
glony, algi i wszystko, co pochodzi z morza
Liście, skoszona trawa, koniczyna itp.
Słoma, ścinki, wióry itp.
Pozostałości po przetwarzaniu żywności i pasz
Źródło: opracowanie własne na podstawie: Lange 2009.
Żółta biomasa to między innymi ścinki drewna, wióry lub słoma. Biomasa taka może zostać poddana tzw. biorafinowaniu, czyli z wykorzystaniem en-zymów dochodzi do rozbicia biomasy na cząsteczki proste, w tym przypadku celulozy na cząsteczki glukozy, będące pożywką dla mikroorganizmów, które produkują z niej przykładowo bioetanol, bioplastiki lub biochemikalia. Roślin-ną biomasę można rozbić również na białka, włókna celulozy, hemicelulozy czy ligninę i na ich podstawie wytwarzać nowe produkty. Proteiny znajdują zastosowanie w tworzeniu pasz, celuloza, jak już wspomniano – bioplasti-ków, biochemikaliów i biopaliw, hemiceluloza służy do produkcji dodatków
31
1.3. Biogospodarka – definicja i znaczenie
do żywności, w tym prebiotyków, a lignina – np. materiałów kompozytowych stosowanych w budownictwie. Zielona biomasa, przykładowo trawa i koni-czyna, stanowi surowiec do produkcji dodatków do pasz. Niebieska biomasa pochodzi z połowów morskich, nie oznacza jednak wyłącznie pełnowartościo-wego pokarmu, są to wszystkie pozostałości – szkielety, pancerze, muszle, glony, algi, wodorosty, meduzy, strzykwy itp. Biomasa morska wykorzystywa-na jest jako składnik pasz, żywności, źródło kolagenu stosowanego w kosme-tykach i środkach pielęgnacyjnych, źródło oleju rybiego i białek używanych w produkcji suplementów żywnościowych. Przykładem wykorzystania szarej biomasy jest pozyskiwanie i wykorzystywanie serwatki, która jest obecnie co najmniej równie ważna jak sam ser i wykorzystuje się ją jako surowiec w bio-gazowniach, w produkcji żywności dietetycznej, specjalistycznej, typu light, odżywkach, mleku zastępczym i w produkcji pasz. Organiczne odpady komu-nalne stanowią bazę do produkcji kwasów organicznych, bioplastików, kom-postu i biogazu, natomiast brązowa biomasa, czyli organiczna frakcja ścieków, to substrat dla bakterii produkujących bioplastik, źródło fosforu do zastoso-wań w rolnictwie i rekultywacji ziem oraz surowiec do produkcji biopaliwa.
Te przykłady nie wyczerpują zastosowań biomasy, pokazują jednak zakres ich wykorzystania i niewątpliwy potencjał, jaki się w nich kryje. Odmienne spo-soby wykorzystania biomasy mają jednak różną wartość, zależności te przed-stawiono na rysunku 1.10.
Rysunek 1.10. Piramida wartości biomasy
Leki oraz suplementy
Żywność, składniki żywności, pasze Bioplastiki i biochemikalia
Biopaliwa transportowe
Elektryczność i ogrzewanie generowane z biomas Wysoka wartość
Niska wartość
Źródło: opracowanie własne na podstawie: Lange 2016.
Spalanie biomasy i biopaliw generuje najniższą wartość, ponieważ docho-dzi do wykorzystania nie potencjału struktury biomasy, a jedynie jej zawartości energetycznej. Zoptymalizowanym, zrównoważonym sposobem zastosowania biomasy jest wykorzystanie pełnego potencjału każdego ze składników – za-wartości energetycznej, składowych elementów strukturalnych i składników od-żywczych. Oznacza to, że należy dążyć do wykorzystania jak największej ilości biomasy dla produktów z górnej części piramidy wartości: suplementów, leków, składników odżywczych, żywności, pasz, oraz do zastąpienia produktów ropo-pochodnych substancjami pochodzenia biologicznego i nowymi materiałami, takimi jak np. bioplastiki.
Biogospodarka stanowi jedno z istotniejszych narzędzi wdrażania zasad rozwoju zrównoważonego pozwalające już teraz mitygować skutki nadmiernej eksploatacji zasobów naturalnych. Środowiskowy sens tego rozwiązania może stanowić przynajmniej częściową odpowiedź na dwie istotne kwestie: wysokiej emisji produkcji i ograniczoności zasobów. XX wiek przyniósł poważne obawy co do kwestii zasobów. Wyrażał je opublikowany w 1972 roku raport Klubu Rzymskiego „Granice Wzrostu” (Meadows i in. 1973). Autorzy raportu prze-strzegali przed sytuacją, gdzie już w okresie 100 lat może zabraknąć zasobów, co skutkować miało zahamowaniem i zastojem wzrostu gospodarczego. Czarny scenariusz, jak do tej pory, nie spełnił się, gdyż autorzy nie uwzględnili w swo-ich prognozach postępu technologicznego. Aktualnie rzeczowy problem bariery surowcowej, czyli fizyczny brak minerałów, nie stanowi bezpośredniego zagżenia dla możliwości gospodarowania (Górka, 2014). Uwzględniając jednak ro-snące zapotrzebowanie na surowce nieodnawialne, zagrożenie nakreślone przez autorów Klubu Rzymskiego nie może być ignorowane.
W niektórych regionach brak surowców staje się faktem. W większości przypadków jednak głównym problemem jest kryzys zaopatrzenia związany z problemami politycznymi, zbrojnymi, dynamiką cen, obawami dotyczącymi stanu środowiska naturalnego. Obserwuje się również tendencję do pozyskiwa-nia zasobów z coraz mniej atrakcyjnych i czystych złóż, co skutkuje wzrostem kosztu eksploatacji i zarządzania odpadami. Tempo pozyskiwania surowców długo utrzymywało się na poziomie 4–5% rocznie, jednak ich zużycie w latach 1981–1995 było większe niż łączne zużycie w całym okresie od początków ich eksploatacji do 1980 roku (Górka, 2012).
Współczesne predykcje wskazują, że zasoby ropy naftowej wystarczą jesz-cze na 50,2 lat, gazu ziemnego 52,6, a węgla na 1342 (BP Statistical Review…
2018). Odnawialne źródła energii, w tym biogospodarka, stanowią tu jednak
2 Szczegółowe dane dotyczące nieodnawialnych zasobów surowców energetycznych przed-stawiono w rozdziale II.
33
1.3. Biogospodarka – definicja i znaczenie
alternatywę. Bardziej niepokojące są jednak szacunki dotyczące złóż metali, opublikowane przez Departament Spraw Wewnętrznych USA w 2013 roku, które wskazują, że globalne zasoby metali wyczerpią się jeszcze w tym wieku (por. tabela 1.3).
Tabela 1.3. Światowa produkcja i szacowane zasoby metali, 2012
Pierwiastek Produkcja (w tonach) Światowe zasoby (w tonach)
Statystyczna wystarczalność
(w latach)
Mangan 16 000 630 000 ~ 39
Nikiel 2 100 000 75 000 000 ~ 36
Cynk 13 000 000 250 000 000 ~ 19
Miedź 17 000 000 680 000 000 ~ 40
Srebro 24 000 540 000 ~ 23
Złoto 2 700 52 000 ~ 19
Kobalt 110 000 7 500 000 ~ 68
Wolfram 73 000 3 200 000 ~ 44
Źródło: Departament Spraw Wewnętrznych USA (2013), Mineral Commodities Summaries 2013, US Geological Survey, Reston Virginia.
O ile energia odnawialna, w tym ta pochodząca z biomasy, jest alternatywą dla surowców energetycznych, o tyle w odniesieniu do metali jedynym roz-wiązaniem wydaje się być zmiana paradygmatu gospodarki linearnej w kie-runku cyrkularnej.
Drugą istotną cechą, która czyni z biogospodarki narzędzie rozwoju zrów-noważonego, jest potencjalnie niewielka emisyjność tego rodzaju działalności.
Na rysunku 1.11 przedstawiono porównawcze wielkości emisji gazów cieplar-nianych na przykładzie produkcji energii.
Biomasa jest źródłem energii o wyjątkowo niskiej emisyjności w porówna-niu z wciąż najpowszechniej wykorzystywanymi paliwami kopalnymi. Zna-cząco niższą emisyjność mają również bioplastiki w porównaniu z plastikami konwencjonalnymi. Tworzywa pochodzenia biologicznego mają przewagę nad konwencjonalnymi tworzywami sztucznymi, zmniejszając zależność od ograni-czonych zasobów kopalnych i zmniejszając emisję gazów cieplarnianych. Już w procesie wzrostu rośliny zatrzymują atmosferyczny dwutlenek węgla. Wy-korzystanie roślin do produkcji tworzyw sztucznych przyczynia się więc do redukcji CO2 w atmosferze, który jest następnie (trwale, o ile produkt będzie poddany recyklingowi) magazynowany w tworzywie. Zaspokojenie globalnego
rocznego popytu na polietylen na bazie paliw kopalnych substytucyjnym biopla-stikiem zapobiegłoby emisji 42 mln ton CO2 (european-bioplastics.org, dostęp:
31.03.2020). Obniżenie emisji gospodarki w biogospodarce odbywa się rów-nież dzięki wykorzystaniu strumieni bocznych biomasy, będących surowcem dla biogospodarki, a odpadem w gospodarce konwencjonalnej. Kraje Unii Europej-skiej w 2015 roku wygenerowały 241 mln ton odpadów komunalnych, z cze-go 40–60% stanowiły odpady organiczne, cechujące się wysokim poziomem wilgotności i zawartością soli, które prowadzą do szybkiego procesu rozkładu i licznych niepożądanych zjawisk, poczynając od odorów, poprzez emisję gazów cieplarnianych, na odciekach i problemach sanitarnych kończąc. Jednak potrak-towane jako surowiec służą produkcji nawozów, biopestycydów, bioplastików i bioenergii (Vea, Romeo, Thomsen, 2018).
Rysunek 1.11. Emisje gazów cieplarnianych (GHG) dla wybranych źródeł energii (kg ekwiwalentu CO2/kWh – wartości średnie)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Węgiel brunatny
Węgiel Olej ciężki Olej napędowy Wodór z reformingu parowego Gaz ziemny Gaz ziemny – cykl kombinowany Węgiel CCS Gaz ziemny CCS Energia nuklearna Geotermia suchych skał Energia słoneczna (fotowoltaika) Biomasa Elektrolizer wodoru Energia słoneczna (termalna) Hydroenergia Wiatr Biogaz
Źródło: opracowanie własne na podstawie: Schirone L., Pellitteri F. (2017), Energy Policies and Sustainable Management of Energy Sources, Sustainability 9(12).
Niska emisyjność bioenergii i bioplastiku, zmiana koncepcji odpadów, właści-wości roślin, pozwalające im wyłapywać i magazynować CO2, to tylko wybrane przykłady cech, czyniących z biogospodarki narzędzie rozwoju zrównoważonego.
35