Możliwości wykorzystania surowców rolniczych są bardzo duże, zwłaszcza w ciepłownictwie, transporcie oraz energetyce. Rynek roślin energetycznych ma jednak dotychczas lokalny charakter. Biomasa jest wykorzystywana głównie w kotłowniach indywidualnych i osiedlowych. Przykłady energetycznego wyko-rzystania lokalnych zasobów biomasy wskazują, że jest ona nie tylko ekonomicz-nie konkurencyjna z kopalnymi nośnikami energii, ale rówekonomicz-nież tworzy nowe miejsca pracy, przyczynia się do aktywizacji gospodarczej, wpływa na wzrost dochodów lokalnej społeczności i przyczynia się do pełniejszego wykorzystania zasobów rolnictwa.
Przeciwnicy rozwoju odnawialnych źródeł energii i przeznaczania dotychcza-sowych surowców żywnościowych na cele energetyczne często podkreślają ich negatywny wpływ na wzrost cen żywności. T h e International Foot Research Institute (IFPRI), wykorzystując własny model, oszacował wpływ biopaliw na ceny bazowe artykułów żywnościowych. Zastosowana wariantowość w tym mo-delu polegała na tym, że jeden z przyjętych scenariuszy przewiduje wypełnienie już przyjętych planów inwestycyjnych w zakresie biopaliw, a drugi podwojenie ich produkcji do roku 2020. Z szacunków IFPRI wynika, że przy obecnej podaży surowców na cele niekonsumpcyjne wpływ produkcji biopaliw na ceny żywności jest niewielki ze względu na znikomy udział biopaliw w podaży paliw ogółem. Zmieni się to nie wcześniej niż w roku 2020, kiedy biopaliwa stanowić powinny około 20% rynku (Jankowiak, 2008). Niekorzystny wpływ na ceny żywności może być częściowo ograniczony poprzez zmiany w strukturze konsu-mpcji i wdrażanie nowych technologii. Obecnie w Polsce dla wytworzenia żyw-ności dla jednego mieszkańca, przy stosowaniu technologii tradycyjnych prze-znacza się 0,46 ha użytków rolnych. Szacuje się, że zastosowanie technologii intensywnych, wysokowydajnych, pozwoliłoby przy produkcji żywności na mie-szkańca przeznaczyć tylko 0,20 ha a pozostałą część można by spożytkować na wytwarzanie surowców energetycznych. Pozwoliłoby to Polsce osiągnąć
zna-64 W a l d e m a r G o s t o m c z y k
czny, wysoki poziom samowystarczalności energetycznej, zwłaszcza w zakresie paliw płynnych i gazowych.
Rozwój funkcji energetycznej polskiego rolnictwa możemy rozpatrywać w dwóch aspektach:
1. wypełniania narodowych celów wskaźnikowych, czyli przyjętych
zobo-wiązań wobec UE1,
2. dążeniu do osiągania samowystarczalności energetycznej w skali lokalnej i całego kraju.
Przyjęte przez Polskę zobowiązania obligują, że w 2010 r. powinniśmy osiąg-nąć wskaźnik 7,5% udziału energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii oraz 5,75% udziału biokomponentów i biopaliw w strukturze paliw ciekłych. Prognozuje się, że w 2010 r. będziemy zużywali około 160 tera-watogodzin energii, a to oznacza, że ilość energii wytworzonej z odnawialnych źródeł energii (OZE) powinna wynosić 12 terawatogodzin. Przy poziomie spra-wności wytwarzania energii wynoszącej 40% potrzebny areał rolniczy do wy-pełnienia unijnych zobowiązań wynosi 0,32 min ha (Płatek, 2006).
W Polsce głównym źródłem energii odnawialnej ma być biomasa, tj. słoma, buraki, zboża, rzepak, rośliny energetyczne. Według Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej polskie rolnictwo wytwarza rocznie 200—300 min ton bio-masy, z czego około 20% można wykorzystać do celów energetycznych. Odpo-wiada to pod względem energetycznym 2 0 - 3 0 min ton węgla. Do niedawna znaczący udział w O Z E , a w szczególności w biomasie, miały odpady drzewne. Około 31% zielonej energii produkowanej w Polsce powstaje w procesie współspalania, czyli jednoczesnego spalania surowców konwencjonalnych i odnawialnych. Dotychczas obok węgla elektrownie często wykorzystywały dre-wno. Sektor energetyczny ma zdecydowaną przewagę na rynku surowcowym, gdyż jest wspierany przez dotacje do produkcji energii elektrycznej z biomasy. Jest on konkurencyjny do producentów płyt drewnopodobnych i papieru, któ-rzy ograniczają produkcję z powodu braku surowca. Sytuacja ta ma się zmienić. Drewno, jako surowiec energetyczny dla dużych elektrowni, ma być całkowicie wyeliminowane w 2015 r. Sytuacja ta stwarza korzystne perspektywy przed ryn-kiem biomasy uzyskiwanej ze specjalnie w tym celu tworzonych plantacji ener-getycznych. Według Urzędu Regulacji Energii i Ministerstwa Gospodarki udział biomasy rolniczej w łącznej ilości biomasy używanej do produkcji energii ma wynosić w 2008 r. - 5%, 2009 r. - 10%, 2010 r. - 25%, 2011 r. - 40%, 2012 r. - 55%, 2015 r. - 100%.
1 Narodowy Cel Wskaźnikowy to minimalny udział biokomponentów i innych paliw odnawial-nych w ogólnej ilości paliw ciekłych i biopaliw zużywaodnawial-nych w ciągu roku kalendarzowego w transporcie, liczony według wartości opałowej.
Dla osiągnięcia w 2010 r. wymaganego 5,75% wskaźnika biokomponentów i biopaliw ciekłych przeznaczyć należy 0,16 min ha użytków rolnych.
Za biopaliwa transportowe uważa się paliwa zawierające w swym składzie bio-komponenty. Są to m.in. benzyny zawierające powyżej 5% etanolu lub co naj-mniej 15% eteru etylowego t-butylowego (ETBE) i olej napędowy z dodatkiem powyżej 5% estrów. Paliwa transportowe o mniejszej zawartości biokomponen-tów w świetle obowiązującego prawa nie są biopaliwami, ale też podlegają zwol-nieniom akcyzowym przewidzianym dla biopaliw (tab. 1 i 2).
T a b e l a 1. Zużycie b i o k o m p o n e n t ó w w zależności o d w y m a g a n e j wielkości w paliwie ( w e d ł u g wartości energetycznej)
Lata Bioetanol (tys. ml) Biodiesel (tys. mł)
2006 128 140
2007 194 226
2008 291 361
2009 368 487
2010 463 648
Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Ministerstwa Rolnic-twa i Rozwoju Wsi.
T a b e l a 2. Minimalny udział b i o k o m p o n e n t ó w w o g ó l n y m zużyciu paliw transportowych, z g o d n i e z zaleceniami Dyrektywy 2003/30/EC
2005 2006 2007 2008 2009 2010 Udział biokomponentów (e) 2,00 2,75 3,50 4,25 5,00 5,75
Bioetanol (o) 3,20 4,41 5,61 6,81 8,01 9,21
ETBE w przeliczeniu na bioetanol (o) 6,82 9,37 11,93 14,49 17,04 19,60
Estry (o) 2,12 2,92 3,71 4,51 5,51 6,10
(o) w ujęciu objętościowym, (e) w ujęciu energetycznym.
Dostępna ilość rzepaku przeznaczonego na cele energetyczne wynika z aktual-nego poziomu produkcji, pomniejszoaktual-nego o ilość rzepaku zagospodarowaaktual-nego na cele konsumpcyjne (tab. 3). Kształtuje się ona na poziomie około 800 tys. ton (Skrobacki, 2006). Zwiększenie wykorzystania potencjału genetycznego plonowania rzepaku, wykorzystywanego obecnie w 60% pozwoli w przyszłości pokryć potrzeby paliwowe i możliwości samozaopatrzenia rolnictwa. Na 1 ha gruntów ornych rolnik zużywa średnio 120 litrów oleju napędowego. Z jednej tony rzepaku otrzymuje się powyżej 300 litrów biodiesla. Gospodarstwo o powierzchni 20 ha potrzebuje w ciągu roku 2400 1 paliwa. Może się w nie samodzielnie zaopatrzyć, przerabiając 8 ton rzepaku otrzymanego z powierzchni 3 ha i plonie 2,5 t/ha (Grzybek, 2006).
6 6 W a l d e m a r G o s t o m c z y k
T a b e l a 3. Z a p o t r z e b o w a n i a n a estry metylowe z rzepaku w Polsce
Rok
Udział energetyczny estru w oleju n a p ę d o w y m (%)
Zapotrzebowanie na estry (min litrów)
Zapotrzebowanie na rzepak (tys. ton)
Powierzchnia uprawy rzepaku na estry (tys. ha) 2005 2,00 129 284 129 2006 2,75 177 390 177 2007 3,50 225 496 225 2008 4,25 274 602 262 2009 5,00 322 708 308 2010 5,75 370 814 339 2020 10,00 641 1411 543 Źródło: Żmuda, 2005.
Powierzchnia uprawy w przyszłości będzie zależała również od możliwości eksportu surowca do krajów ościennych, w których ceny często są wyższe od oferowanych w kraju. Nie zawsze korzyści z takiego handlu osiąga rolnik-pro-ducent. T o pośrednicy przechwytują większość wytworzonej wartości dodanej. Szereg surowców, które obecnie w zdecydowanej ilości mają przeznaczenie kon-sumpcyjne, może w bliskiej przyszłości stanowić surowiec do produkcji bioeta-nolu (tab. 4). Pozwoli to efektywniej wykorzystać potencjał polskiego rolnictwa i zagospodarować nadwyżki produkcyjne. W dalszej perspektywie zwiększony popyt na surowce energetyczne wymusi na rolnictwie intensyfikację produkcji, obniżkę kosztów jednostkowych i wzrost dochodów rolników.
T a b e l a 4. Ilość etanolu z w y b r a n y c h s u r o w c ó w
Gatunek (dt/ha) Plon cukru/skrobi Zawartość (% s.m). Uzysk etanolu z surówki gorzelnianej 90% alk. (l/dt) Produkcja etanolu w z sur. gorzel. 90% alk. (l/ha) Konieczna powierzchnia d o uzyskania 340 tys. I surówki gorzelnianej (tys. ha) Pszenica 36,3 59,5 38 1379 247 Pszenżyto 31,2 56,5 36 1123 303 Żyto 22,1 54,5 35 773 440 Kukurydza 60,0 65,0 42 2520 135 Ziemniak 184,0 17,8 11 2024 168 Burak cukrowy 370,0 16,0 10 3700 92
Źródło: opracowanie własne na podstawie: Komorowicz i Magiera, 2008.
Głównymi producentami etanolu przemysłowego są gorzelnie, które jako surowica stosują ziarna zbóż. Nie jest to jednak najwydajniejsze źródło węglo-wodanów do fermentacji alkoholowej. Bardziej efektywnym surowcem w przeli-czeniu na jednostkę plonu jest kukurydza. Z jednego ha buraków cukrowych
można uzyskać co prawda więcej etanolu, ale fermentacji należy poddać dużo więcej surowca, co zwiększa koszty produkcji etanolu (tab. 5).
T a b e l a 5. W y d a j n o ś ć produkcji etanolu z różnych roślin u p r a w n y c h (IUNG Puławy)
Roślina
Zawartość skrobi lub cukru (%)
Wydajność
etanolu (l/t) Plon (t/ha) Etanol (l/ha)
Ekwiwalent benzyny (I) Kukurydza 65,0 417 8,0 3336 2234 Burak cukrowy 16,0 98 45,0 4410 2953 Ziemniak 17.8 120 16,0 1920 1280 Zyto 62,0 390 2,8 1092 730
Zastępowanie w przyszłości benzyny etanolem może być istotnym elementem rozwoju obszarów wiejskich. Szacunki przeprowadzone w różnych krajach UE wskazują, że wyprodukowanie 1000 Mg biopaliw płynnych wymaga zatrudnie-nia około 12-16 osób (Kuś, 2003). Badazatrudnie-nia własne przeprowadzone w kilku pomorskich gorzelniach wskazują, że uzyskują one następujące parametry pro-dukcyjno-ekonomiczne:
o z jednej tony surowca, na przykład żyta kupowanego u okolicznych rolników otrzymuje się 350 litrów czystego spirytusu 95%;
• w ciągu jednej zmiany (8 h) przetwarza się 5 zacierów (każdy z zacierów to 1 tona surowca);
a w ciągu jednej zmiany produkuje się 1750 litrów etanolu, w ciągu doby -5250 litrów;
• w procesie produkcji uczestniczą 3 osoby;
• gorzelnia opalana jest słomą - 4 tony w ciągu zmiany (cena 150 zł/t); o Koszty wyprodukowania 1 litra spirytusu to 1,8-1,9 zł;
• Cena sprzedaży surowego spirytusu 2,12-2,27 zł w zależności od jakości. Produkty rolnicze mogą być także doskonałym surowcem do produkcji bio-gazu. Przeznaczając 5% dostępnego w Polsce areału rolniczego pod uprawy agroenergetyczne, tj. 0,8 min ha, przy obecnej średniej wydajności upraw oraz dostępnej technologii zgazowania fermentacyjnego, można wyprodukować
4 mld m3 biometanu, co jest porównywalne z obecnym poziomem wydobycia
gazu ziemnego. W kolejnych latach, w miarę wzrostu wartości przyjętych wskaź-ników, powierzchnia rolniczych upraw energetycznych będzie się powiększać.
Dla zapewnienia samowystarczalności Polski w zakresie zaopatrzenia w gaz
ziemny (import gazu ziemnego wynosi około 10 mld m3) oraz paliwa płynne dla
pojazdów benzynowych (6 mld m3/rok) wystarczy przeznaczyć na cele
energety-czne 3 min ha, czyli 19% powierzchni rolnej kraju. Szacunki te opracowano, przy założeniu istotnych wzrostów plonów.
6 8 W a l d e m a r G o s t o m c z y k
T a b e l a 6. Z a p o t r z e b o w a n i a na bioetanol z kukurydzy w Polsce
Rok bioetanolu w benzynie Udział energetyczny (%) na bioetanol (min) Zapotrzebowanie na ziarno kukurydzy Zapotrzebowanie (tys. t.)
Powierzchnia uprawy kukurydzy na bioetanol (tys. ha)
2005 2,00 178 481 80 2006 2.75 244 658 110 2007 3,50 309 834 139 2008 4,25 373 1008 168 2009 5,00 437 1181 197 2010 5,75 501 1353 225 2020 10,00 850 2296 383 Źródło: Zmuda, 2005.
W celach energetycznych można również wykorzystać szereg odpadów pro-dukcji rolniczej. Biogazownie rolniczo-utylizacyjne umożliwiają neutralizacje odchodów zwierzęcych, gnojowicy, odpadów poubojowych i osadów komunal-nych. Można również zagospodarować glicerynę, która jest produktem odpado-wym przy produkcji biodiesla. Jest to produkt wysokoenergetyczny, z
fermenta-cji 1 tony można otrzymać 600 m3 biometanu. Dla porównania z 1 tony świeżej
masy gnojowicy świńskiej otrzymuje się tylko 30 m3 biometanu.
W najbliższych latach znacząco powinna wzrosnąć produkcja kukurydzy. Ma ona wysoką wydajność energetyczną zarówno przy produkcji bioetanolu, jak i biometanu (tab. 6 i 7). Technologia jej uprawy jest już dobrze przyswojona, a gospodarstwa sprzętowo przygotowane są do jej zbioru.
T a b e l a 7. W y d a j n o ś ć w y b r a n y c h roślin s t o s o w a n y c h przy produkcji b i o m e t a n u
Roślina Wydajność suchej masy (t/ha) biometanu (ml/t) Wydajność
Produkcja biometanu (mł/ha) Produkcja biogazu (mł/ha) Miskant cukrowy 33,0 410 13530 15920 Spartina preriowa 24,0 410 9840 11580 Trawy łąkowe 8,0 410 3280 3860 Kukurydza 24,0 450 10800 13010 Lucerna 15,0 410 6150 7240 Burak półcukrowy (korzenie i liście) 22,4 840 18820 22140
Pszenica (ziarno i słoma) 8,0 390 3120 4160
J. Popczyk (2008) w ramach kreowania nowej funkcji rolnictwa - rolnictwa energetycznego - formułuje następujące założenia dotyczące transformacji rolni-ctwa żywnościowego w rolnictwo energetyczne. Dla całego areału ziem upraw-nych (około 16 min ha), którym dysponuje Polska, 75% przeznaczoupraw-nych zosta-nie na potrzeby rolnictwa żywnościowego (12 min ha) oraz 25% dla potrzeb rolnictwa energetycznego (4 min ha). Przyjęte założenia opierają się na nastę-pujących szacunkach wykorzystania zasobów ziemi do celów energetycznych:
• do pokrycia wymaganego udziału energii odnawialnej na rynku paliw trans-portowych konieczna jest powierzchnia gruntów ok. 0,5 min ha,
• do pokrycia wymaganego udziału energii odnawialnej na rynku energii ele-ktrycznej, ok. 1,3 min ha,
• do pokrycia wymaganego udziału energii odnawialnej na rynku ciepła produ-kowanego w kotłowniach, ok. 0,7 ha.
Obecnie wydajność energetyczna z ekwiwalentnego hektara, np. kukurydzy poddanej zgazowaniu w procesie fermentacji, wynosi około 50 M W h . Wynika to stąd, że z kiszonki kukurydzy zebranej z jednego hektara można
wyproduko-wać 5 tys. m3 biometanu. W kogeneracji można z 5 tys. m3 biometanu
wypro-dukować około 17 M W h energii elektrycznej i około 90 GJ ciepła.
Łączna powierzchnia gruntów koniecznych do wypełnienia przez Polskę celów obligatoryjnych u n i j n e g o Pakietu energetycznego 3x20 wynosi 2,5 min ha, co jest istotnie mniej od założeń przyjętych przez Popczyka (około 4 min ha). Mniejsza powierzchnia jest rezultatem przyjętego postępu technolo-gicznego w 2020 r. umożliwiającym osiąganie przyjętego plonu kukurydzy na poziomie 80 t/ha i wydajności energetycznej 80 MWh/ha.