Prognozowanie dostępności zasobów biomasy i określanie jej potencjału stanowi jedną z ważniejszych gałęzi wiedzy o biopaliwach. Ustalenie ilości energii, którą można pozyskać z biomasy jest wyzwaniem, gdyż stanowią je zasoby o niejednorodnym charakterze. Zróżnicowane biomasy przejawia się w jej pochodzeniu i stopniu przetworzenia (nieprzetworzona, pozostałości poprodukcyjne oraz odpady). Bez określenia ilości dostępnej biomasy18 nie jest możliwe planowanie inwestycji związanych z jej energetycznym wykorzystaniem. Uwzględnienie ograniczeń pozwala przejść od hipotetycznych wielkości potencjału biomasy do rzeczywistych. Literatura dotyczy potencjałów biomasy na poziomie
18Rosillo-Calle z zespołem (2007a) prezentuje koncepcje bilansu biomasy leśnej, nieleśnej i biopaliw drugorzędnych Za biopaliwa pierwszorzędne przyjmuje przetworzoną mechanicznie biomasę stałą pochodzenia leśnego i rolniczego, do drugorzędnych zalicza biopaliwa płynne i gazowe, które powstały z biomasy w procesach przemian chemicznych lub bardziej skomplikowanych procesach niż mechaniczne.
globalnym (Berndes, van den Broek, Hoogwijk, 2003, ss. 1-28, Parikka, 2004, ss. 613-620 i Eichhout i in. 2005, ss. 225-257), kontynentów (Ericsson, Nilsson 2006, ss. 1-15, Dam i in.
2007, ss. 345-366), państw (Fischer i in., 2007; Faaij, de Wit 2008), jak i innych płaszczyznach, (Fung i in. 2002, ss. 223-236; Horbaj i Kisely 2006, ss. 77-82), także poziomie regionalnym i lokalnym19.
W literaturze najczęściej wyróżnia się trzy typy potencjału biomasy rolniczej:
teoretyczny nazywany także biologicznym oraz techniczny i ekonomiczny. Na potrzeby bioenergetyki pojęcie potencjału teoretycznego, technicznego, ekonomicznego i użytkowego biomasy definiują Siejka, Tańczuk i Trinczek (2008, ss. 167-174) oraz Gostomczyk (2008, s. 98). Kolejne z wymienionych kategorii mają coraz węższy zakres.
Potencjał teoretyczny można utożsamiać z możliwościami produkcyjnymi rolnictwa (Voivontas, 2001, s. 103). Zapotrzebowanie na żywność i paszę, niedoskonałość technik gromadzenia biomasy, ograniczona efektywność konwersji paliw na energię oraz inne czynniki powodują, że pojęcie to ma znaczenie teoretyczne. Przy szacowaniu potencjału technicznego biomasy uwzględnia się sprawność dostępnych maszyn i urządzeń (ryc. 9), a określając potencjał ekonomiczny bierze się pod uwagę: ceny paliw, daniny na rzecz państwa, finansowanie zewnętrzne, otoczenie mikro- i makroekonomiczne oraz inne czynniki wpływające na opłacalność przedsięwzięcia (Kościk B., Kowalczyk-Juśko, Kościk K., 2008, ss. 3-4, Siejka, Tańczuk, Trinczek, 2008, s. 168). Niektórzy badacze szacują także dostępny potencjał biomasy jako strumień energii, który jest faktycznie wykorzystany na cele energetyczne (Siejka, Tańczuk, Trinczek, 2008, 168). Siejka, Tańczuk i Trinczek (2008, s. 169) przedstawiają algorytm obliczania wielkości potencjału energetycznego (ryc. 9).
W Polsce badacze początkowo szacowali potencjał stałych produktów ubocznych rolnictwa, szczególnie słomy zbóż oraz rzepaku (Grzybek, Kowalczyk, 2001, ss. 31-45, Gradziuk, 2001a, ss. 54-61, Gradziuk, Grzybek, Kowalczyk, 2003, ss. 87-124). Ważny aspekt badań stanowiło szacowanie cząstkowych potencjałów biomasy: słomy, roślin oleistych, energetycznych, surowców do produkcji alkoholu czy odpadów z rolnictwa wykorzystywanych do produkcji biogazu (Dubas, 2003, ss. 56-75, Grzybek, Gradziuk, 2006, ss. 28-48, Grzybek, Ludwicka, 2008, ss. 5-12). Grzybek (2004, ss. 46-50) przedstawia optymistyczną prognozę areału upraw w Polsce wierzby, ślazowca i miskantusa, razem z trawami (rok 2006 i 2009). Faber, Kuś i Madej (2006, ss. 195-210) szacują powierzchnię gruntów niezbędną do produkcji surowców roślinnych na cele energetyczne (podobnie Faber
19Przykład stanowią opracowania dla gminy Miechów (Plichta, Wróbel-Mierzwa, 2003) w województwie małopolskim i Sosnowica w lubelskim (Bilans… 2007, ss. 37 – 87).
teoretyczny
Ryc. 9. Teoretyczny potencjał biomasy rolniczej a różne kategorie potencjału biopaliw.
Źródło: Opracowanie własne.
i Kuś 2007, ss. 139-149 oraz Faber 2008, ss. 36-38, którzy skupiają się głównie na uprawie rzepaku). Grunty pod uprawę roślin z przeznaczeniem na cele energetyczne stanowi przedmiot analiz Jasiulewicza (2009, ss. 151-159), który prezentuje także przestrzenne zróżnicowanie produkcji biopaliw (2010a, 2010b, ss. 89-100). Trojanowska (2009, ss. 79-87) analizuje potencjał energetyczny biomasy (słoma czy rośliny energetyczne) dla potrzeb planowania energetyki w ujęciu wojewódzkim. Zarys potencjału produkcji biopaliw gazowych (biogazu) przedstawiło także Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi (2009, ss.
5-10). Produkcję i wykorzystanie słomy na obszarze Polski w latach 1975 – 2000 charakteryzuje Gradziuk (2001b, ss. 17-22, 2003a, ss. 28-44)20, zaś w latach 2002 – 05 Kopiński, Kuś i Madej (2006, ss. 211-226)21. Analizy Gradziuka (2001b) dla lat 2001 – 2005 uaktualnił Gostomczyk (2009a, ss. 110-111). W opracowaniu z 2006 roku Grzybek i Gradziuk (ss. 28-48) rozwijają zagadnienia dotyczące typów biomasy: aktualizują bilans słomy (1995 – 2005), prezentując także metodykę szacunków (Gradziuk, 2003b, ss. 31-33, 2006, s. 34). Gradziuk (2001b, ss. 17-22, 2003, ss. 39-43) oraz Grzybek i Gradziuk (2006, ss. 33-37) przedstawiają bilans słomy w Polsce według województw, zakładając, że jej dostępne zasoby zależą od wielkości jej produkcji i zapotrzebowania na nią. Według Gradziuka (2001b, s. 18) wielkość produkcji słomy zależy od powierzchni upraw, gatunku roślin i nawożenia, przy czym wprowadzenie do uprawy odmian zbóż sztywno- i
20 Gradziuk (2004, ss. 127 – 142) przedstawia podobne opracowanie dla lat 1999 – 2001.
21 Gradziuk przedstawia dane dla Polski w poszczególnych latach oraz dla województw, gdzie wykorzystuje średnią z lat 1999 – 2000. Kopiński, Kuś i Madej posługują się średnią z badanych lat dla Polski i województw.
krótkosłomowych spowodowało zmniejszenie stosunku plonu słomy do ziarna. Nadal przyjmowano jednak relację 1:1, gdyż brak informacji o produkcji słomy powodował konieczność przyjęcia założeń upraszczających.
Produkcja energii nie jest podstawowym sposobem zagospodarowania materii organicznej. Najwięcej kontrowersji wzbudza przeznaczanie na cele energetyczne biomasy, którą można wykorzystać jako pożywienie dla ludzi (rośliny alimentacyjne) i zwierząt (rośliny pastewne). W 2011 roku rośliny zbożowe i oleiste, które często są przeznaczane na biopaliwa, stanowiły 81% powierzchni wszystkich upraw na świecie (faostat.fao.org). W państwach rozwiniętych gospodarczo wzrost cen ziarna zbóż (konsumpcyjnych i paszowych) i roślin oleistych powoduje wzrost wydatków konsumentów, podczas gdy w krajach rozwijających się powiększa sferę ubóstwa, a w najbiedniejszych powoduje głód, a nawet śmierć ludzi (Hazell, Evans, 2011, s. 385). Konflikty na innych płaszczyznach niż biopaliwa-żywność w literaturze opisywane są ogólnie lub w ogóle pomijane (Hall, De Groot, 2005, ss. 17-21, Sustainable…, 2007, ss. 31-34, Giampietro, Mayumi, 2009, ss. 3-5).
Problem energetycznego zagospodarowania biomasy jest analizowany pod względem zapotrzebowania na grunty i zmian sposobu użytkowania gruntów (Biofuels…, 2007, ss.
198-207, America’s…, 2009, s. 310, Schubert, 2009, ss. 29-30, Kulshreshtha, 2011, ss. 150-51). Najważniejsza jest produkcja żywności i pasz, następnie wytwarzanie włókien naturalnych czy materiałów budowlanych, a dopiero pozostałe zasoby mogą zostać zagospodarowane na cele energetyczne. Rozważania o pozyskaniu energii z całości materii organicznej wyprodukowanej na świecie są zatem czysto hipotetyczne (ryc. 9).
2.7 Badania wiedzy, preferencji i opinii rolników – wiodące koncepcje