Czynniki rozwoju transportu miejskiego zasilanego biometanem

Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski

CZYNNIKI ROZWOJU TRANSPORTU MIEJSKIEGO

ZASILANEGO BIOMETANEM

Rkopis dostarczono, maj 2013

Streszczenie: W artykule przedstawiono mo liwoci produkcji biometanu jako paliwa transportowego przeznaczonego do autobusów eksploatowanych w polskich miastach, a tak e uwarunkowania do jego szerszego wykorzystania jako paliwa do zasilania autobusów komunikacji miejskiej na wzór wybranych szwedzkich miast wraz z nakreleniem systemów wsparcia dla biometanu w krajach europejskich. Zaprezentowano perspektywy wykorzystania biometanu w transporcie miejskim w odniesieniu do istniejcego stanu floty miejskich autobusów gazowych zasilanych CNG oraz istniejcej infrastruktury CNG.

Sowa kluczowe: biometan, CNG, paliwa gazowe

1. WSTP

Wyczerpywanie si zasobów kopalnych róde energii, a co za tym idzie wzrost cen paliw konwencjonalnych takich jak benzyna czy olej napdowy, bezpieczestwo energetyczne oraz uzale nienie od importu paliw, jak równie pogarszajcy si stan rodowiska i efekt cieplarniany powoduj, e powstaje coraz wicej nowych technologii wykorzystujcych odnawialne róda energii. W perspektywie rednio- i dugookresowej niezbdne s istotne zmiany dotyczce rodków transportu w zakresie zapewnienia “zrównowa onej mobilnoci”, natomiast w horyzoncie krótkookresowym rozwizaniem mo e by wdra anie biopaliw, w tym biogazu oczyszczonego do postaci biometanu, oraz odnawialnych paliw alternatywnych. Biometan mo e by otrzymywany z odpadowej masy organicznej. Dyrektywa 2009/28/WE wskazuje na korzyci zwizane z wykorzystaniem odpadów do produkcji paliw transportowych, celem dekarbonizacji sektora energetycznego i zobowizuje pastwa czonkowskie UE do stosowania paliw odnawialnych.

Surowy biogaz jest mieszanin metanu (ok. 65%), ditlenku wgla (ok. 35%) a tak e innych substancji ladowych. Biogaz jest wytwarzany przez mikroorganizmy z materii organicznej w wyniku fermentacji metanowej w warunkach beztlenowych. Jak wspomniano powy ej najbardziej odpowiednimi substratami do pozyskiwania biogazu s

176 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski

odpady rolnicze (biomasa), odpady komunalne z wysypisk, organiczne odpady przemysowe oraz osad ciekowy z oczyszczalni cieków [2].

Spr ony gaz ziemny (Compressed Natural Gas – CNG) ju obecnie jest paliwem wykorzystywanym w transporcie i rozpowszechnionym na wiecie, szczególnie w pastwach Ameryki Poudniowej i pastwach azjatyckich.

Doskonaym substytutem stosowanego w transporcie spr onego gazu ziemnego CNG jest uszlachetniony biogaz, czyli biometan pochodzcy z odnawialnych róde energii. róda te wykorzystywane s w biogazowniach rolniczych, biogazowniach przy wysypiskach odpadów komunalnych, a tak e biogazowniach w oczyszczalniach cieków. Bazuj one na substratach, jakimi s odpady rolnicze i z hodowli, odpady komunalne, a tak e cieki komunalne. Na rynku pojawiaj si równie biogazownie wykorzystujce mieszany surowiec.

Silniki spalinowe zasilane biometanem charakteryzuj si ni sz emisj zanieczyszcze oraz gazów cieplarnianych od silników o zaponie samoczynnym.

2. CNG JAKO PALIWO TRANSPORTOWE W POLSCE

2.1. INFRASTRUKTURA AUTOBUSÓW MIEJSKICH ZASILANYCH

CNG

W Polsce nie istnieje adna instalacja oczyszczajca biogaz do jakoci gazu ziemnego (biometanu). Jednak z uwagi na:

- wysoki potencja produkcji biogazu (biometanu) w Polsce,

- pr nie rozwijajc si infrastruktur instalacji biogazowych przy oczyszczalniach cieków i wysypiskach odpadów komunalnych i przemysowych,

- dobrze rozwinit infrastruktur rurocigów gazowych,

- to, e ponad 10 polskich miast wykorzystujcych w swoich flotach komunikacji miejskiej co najmniej 10 autobusów zasilanych spr onym gazem ziemnym (CNG), - mo liwo stosowania biometanu w autobusach przystosowanych do zasilania CNG

bez koniecznoci wprowadzania modyfikacji w tych pojazdach,

Zasadnym wydaje si budowa tego typu instalacji i stosowanie biometanu do zasilania pojazdów komunikacji miejskiej. Caa flota pojazdów zasilanych CNG, eksploatowana dzi w Polsce, mogaby by zasilana biometanem [10].

Obecnie w 18 polskich miastach i u 21 przewo ników eksploatowanych jest okoo 306 autobusów miejskich zasilanych CNG [10]. Tym samym, CNG to najpopularniejsze paliwo stanowice alternatyw dla oleju napdowego stosowane do zasilania autobusów.

Aktualnie (pa dziernik 2012) najwiksz liczb autobusów CNG eksploatuje PKM Tychy – 47 sztuk. Na kolejnych miejscach s MPK Rzeszów – 40 sztuk oraz MPK Radom – 38 sztuk [10]. Trzy pierwsze miasta eksploatuj cznie 1/3 polskich autobusów CNG. Na rysunku 1 przedstawiono map Polski, na której oznaczono miasta z najwiksz iloci autobusów zasilanych CNG.

Rys. 1. Polskie miasta eksploatujce najwiksz ilo autobusów zasilanych CNG [3] Wszystkie eksploatowane w Polsce autobusy miejskie zasilane spr onym gazem ziemnym (CNG), mog by zasilane tak e oczyszczonym biogazem (biometanem), bez koniecznoci dokonywania zmian w budowie ukadu napdowego pojazdu. Potencja do produkcji biogazu w Polsce jest wystarczajcy do zasilania flot autobusów w ka dym z polskich miast. Liczba biogazowni w Polsce pod koniec marca bie cego roku wynosia 207 instalacji, i wci ronie [7]. W kraju biogaz jest u ywany tylko do produkcji ciepa i energii elektrycznej.

Autorzy artykuu oszacowali, e w przypadku powstania w Polsce instalacji do oczyszczania biogazu do jakoci biometanu i przy wykorzystaniu potencjau istniejcej infrastruktury instalacji biogazowych rolniczych, wysypiskowych i przy oczyszczalniach cieków, wiele z polskich miast bdzie miao zapewnion wystarczajc ilo paliwa biometanowego do zasilania istniejcej infrastruktury autobusowej.

Aktualnie (01.2013) najwikszym potencjaem w dziedzinie mo liwoci wykorzystania biogazu jako paliwa silnikowego charakteryzuj si nastpujce miasta: Tychy,

178 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski

Wabrzych, Gdynia i Supsk. W Tychach, gdzie aktualnie eksploatowanych jest 47 autobusów zasilanych CNG, przy istniejcej infrastrukturze do produkcji biogazu mo na by zasili biometanem a 92 autobusy. W Wabrzychu, po którego ulicach je dzi 26* autobusów zasilanych CNG, biometanu starczyoby do zasilenia a 111 autobusów. Równie Supsk, gdzie eksploatowanych jest 10 autobusów zasilanych CNG, charakteryzuje si du ym potencjaem – okoo 78 autobusów mogoby by w peni zasilanych biometanem. Najlepszym uwarunkowaniem w tym wzgldzie charakteryzuje si Gdynia, po której ulicach je dzi 14 autobusów zasilanych CNG. Infrastruktura do produkcji biogazu, znajdujca si w najbli szej okolicy tego miasta, zapewniaby mo liwo zasilenia biometanem a 265 autobusów [3, 10].

2.2. INFRASTRUKTURA CNG DO ZASILANIA AUTOBUSÓW

MIEJSKICH

Wedug stanu na koniec stycznia 2013 roku w Polsce istnieje 24 ogólnodostpnych stacji CNG. Rozmieszczenie stacji CNG na obszarze Polski jest nierównomierne – najwiksza koncentracja wystpuje w Polsce wchodniej oraz poudniowo-zachodniej. Sie stacji na pónocy i w centrum kraju jest stosunkowo sabo rozwinita [8].

Stacje tankowania CNG s zlokalizowane w pobli u dróg krajowych, z czego okoo 20% znajduje si bezporednio przy drogach krajowych. Praktycznie adna ze stacji nie jest zlokalizowana bezporednio przy drogach ekspresowych lub autostradzie.

Istniejca obecnie w Polsce infrastruktura w zakresie stacji tankowania CNG jest niewystarczajca, a braki w dostpnoci paliwa stanowi jedn z kluczowych barier rozwojowych dla rynku NGV i wzrostu zapotrzebowania na CNG. Dla uzyskania 10% udziau w rynku paliw dla pojazdów pasa erskich niezbdne jest zapewnienie mo liwoci tankowania CNG na co czwartej stacji paliw Polsce. Wzrost dostpnoci CNG mo e nastpi poprzez wprowadzenie tego paliwa do oferty istniejcych stacji paliw (np. sprzeda CNG odbywa si na niektórych stacjach paliw w Niemczech nale cych do Polskiego Koncernu Naftowego Orlen) [1].

Szanse na popularyzacj CNG budzi przyjta w 2010 roku „Strategia dziaania GK PGNiG w zakresie rozwoju rynku gazu ziemnego do napdu pojazdów (CNG)”. Wybrana opcja strategiczna zakada zaanga owanie firmy w rozwój rynku CNG w Polsce poprzedzone dziaaniami na rzecz zmiany otoczenia regulacyjnego oraz akcje promocyjne na rzecz CNG. W przypadku, gdy nie powiedzie si projekt regulacyjny, PGNiG rozpocznie wycofywanie si z rynku lub utrzyma jego stan obecny. Zamkniciu ulegn najmniej rentowne stacje. Nie jest to zbyt optymistyczne rozwizanie, ale daje szanse na wykorzystanie wytwarzanego w biogazowniach metanu i oczyszczenia go do jakoci CNG. Warunkiem przydatnoci produkowanego przez biogazownie metanu bdzie ich lokalizacja. Sukces odnios instalacje bdce w pobli u wikszych miast oraz szlaków komunikacyjnych.



*

3. BIOMETAN JAKO PALIWO TRANSPORTOWE

W EUROPIE

Doskonaym przykadem dla Polski i innych krajów Europejskich w zakresie wykorzystania biogazu (biometanu) jako paliwa transportowego jest Szwecja. W tym pastwie biometan z sukcesem stosowany jest w transporcie publicznym jako paliwo, midzy innymi do zasilania silników autobusów komunikacji miejskiej. Wyznaczonym celem dla stolicy Szwecji – Sztokholmu w zakresie stosowania odnawialnych róde energii (OZE) byo zorganizowanie 40% floty autobusowej zasilanej paliwami z odnawialnych róde energii w 2010 roku, a w 2011 roku – 50%. Zgodnie z prognozami, w 2025 roku w Sztokholmie caa flota autobusów miejskich zasilana bdzie wycznie tzw. „paliwami odnawialnymi” (biometan, biodiesel, bioetanol) [6].

Biogaz w Sztokholmie jest produkowany w trzech oczyszczalniach cieków, które wytwarzaj okoo 8 mln Nm3 biogazu rocznie [5]. Biogaz jest transportowany gównie w butlach przez butlowozy, z powodu braku sieci gazowej.

Odpowiednie wyposa enie do tankowania biometanu jest dostpne w kilku sztokholmskich zajezdniach. W 2013 roku w miecie bdzie je dzio okoo 230 autobusów napdzanych biometanem [6].

W Örebro wszystkie 61 autobusów kursujcych w tym miecie jest napdzanych biogazem (biometanem). Te pojazdy zu ywaj ok. 6 mln Nm3 biogazu (biometanu) rocznie, a dzienne zu ycie paliwa tych autobusów to okoo (7000÷8000) Nm3. Oznacza to, e roczne zapotrzebowanie na substrat do produkcji biogazu w tym miecie dla autobusów komunikacji miejskiej jest okoo 50 000 Mg [4]. Substrat dostarczany jest przez dwa zakady - miejsk oczyszczalni cieków o mocy przerobowej 1,5 mln Nm3 i biogazowni "Swedish Biogas" o mocy przerobowej 6 mln Nm3. W zwizku z wprowadzeniem autobusów zasilanych biometanem w miecie Örebro, odnotowano znaczn redukcj emisji gazów cieplarnianych i zwizków toksycznych. Roczna redukcja emisji CO2 zostaa

zanotowana na poziomie 14 000 Mg, NOx - 21 Mg, SOx - 4 Mg i PM - 2 Mg [4].

3.1. SYSTEMY WSPARCIA DLA BIOMETANU W KRAJACH

EUROPEJSKICH

Wiele rozwiza stymulujcych w skali kraju oraz wspieranie przez wadze regionalne staj si coraz bardziej popularne i zaliczamy do nich [9]:

- system zielonych certyfikatów,

- zachty finansowe do budowy infrastruktury niezbdnej do wtaczania biometanu do sieci,

- ró ne zachty uzale nione od rodzaju surowca u ytego do produkcji biogazu, - zachty do produkcji biogazu z odpadów rolniczych,

- wsparcie bada naukowych nad biogazem, - dotacje bezporednio dla producentów biogazu, - zwolnienie biogazu z opodatkowania.

180 Wojciech Gis, Paulina Grzelak, Andrzej ótowski

Niektórzy europejscy operatorzy gazu byli niechtni polityce wspierania produkcji biogazu ze wzgldu na stosunkow ma zdolno produkcji i du e koszty inwestycyjne. Dodatkowo, istniejcy system zielonych certyfikatów promuje stosowanie biogazu do produkcji energii elektrycznej i ciepa. Obecnie prowadzona przez Uni Europejsk polityka walki z emisj CO2 poczona z zapewnieniem wtaczania biometanu do

gazocigów, pomog w peni wykorzysta potencja zastosowania ekologicznego biogazu na europejskim rynku gazowniczym. Ten wypracowany wzór pozwoli wykaza w skali wiata dla przemysu gazu ziemnego, rzdów i urzdów regulacyjnych potencja i mo liwoci wykorzystania biogazu i biometanu i to w niedalekiej przyszoci. Nale y podkreli, e biometan jest paliwem o maej emisji CO2 w przypadku zastosowania w

pojazdach zasilanych gazem ziemnym w tzw. cyklu „od róda do koa” WTW (Well-to-Wheel). Zmniejszenia emisji CO2 powinno by dla uczestników rynku oraz

pastwa wystarczajc zacht do wprowadzenia dodatkowych zacht wykorzystania biometanu w sektorze transportu [9].

4. WNIOSKI

Biogaz produkowany w oczyszczalniach cieków, na wysypiskach odpadów i biogazowniach rolniczych, oczyszczony do jakoci gazu ziemnego, czyli biometanu stanowi biopaliwo bdce substytutem gazu ziemnego w silnikach spalinowych i nie tylko. Du y potencja produkcyjny oczyszczonego biogazu oraz jego dobre waciwoci stanowi o opacalnoci produkcji.

Wykorzystanie biometanu jako paliwa silnikowego, poza bezporednimi efektami komercyjnego wykorzystania biometanu jako paliwa, odznacza si równie znacznymi korzyciami dla rodowiska. Silniki spalinowe zasilane biometanem, w porównaniu do silników zasilanych olejem napdowym, charakteryzuj si ni szym poziomem emisji zanieczyszcze takich jak czstki stae i wielopiercieniowe wglowodory aromatyczne, oraz ni szym nat eniem haasu. Stanowi to szczególnie istotn kwesti w przypadku zastosowania go jako paliwa w komunikacji miejskiej.

Obecna polityka promuje biogaz do produkcji energii elektrycznej i ciepa. Chcc zmieni t sytuacj potrzebne bd wielopaszczyznowe dziaania rzdu.

Rozwój technologii produkcji biometanu stosowanego w transporcie drogowym jest wa nym czynnikiem warunkujcym rozwój biogazowni rolniczych oraz odpowiednie wykorzystywanie surowców i odpadów rolniczych. Biogaz (biometan) mo e by równie wykorzystywany przez silniki spalinowe w zastosowaniach rolniczych. wiatowe dowiadczania (m. in. skandynawskie, niemieckie czy amerykaskie) jasno pokazuj wielki potencja tej technologii.

Liderem w zakresie produkcji biogazu, jako paliwa transportowego jest niewtpliwie Szwecja, gdzie autobusy komunikacji miejskiej w Sztokholmie, Örebro i innych miastach (ich liczba siga ok. 2000 autobusów) s napdzane bardzo czsto paliwami pochodzcymi ze róde odnawialnych, w tym biometanem. Szwedzkie rozwizania s wietnym wzorem do naladowania dla innych pastw europejskich, midzy innymi dla Polski, która dopiero rozpoczyna swoj drog w wykorzystywaniu biometanu jako paliwa transportowego.

Zainteresowanie oczyszczonym biogazem i jego produkcj w Polsce i Unii Europejskiej wzrasta, z uwagi na mo liwoci utylizacji odpadów komunalnych, osadu ciekowego i odpadów rolniczych, jak równie ze wzgldu na realizacj wytycznych Dyrektywy 2009/28/EC w sprawie promowania stosowania energii ze róde odnawialnych.

Bibliografia

1. Biernat K. Gis W., Grzelak P., ótowski A.: Analysis of the biomethane didtribution possibilities in Poland, COMBUSTION ENGINES (SILNIKI SPALINOWE), No. 1/2012 (148), PTNSS-2012-SS1-123, Bielsko-Biaa 2012.

2. Biernat K., Dzioak P.L., Gis. W., ótowski A.: The Baltic Biogas Foresight: Desk study on wider range of biogas production options and experiences including production potential scenarios for the Baltic Sea Region, Final Report in WP4 “Securing biogas supply” in Baltic Biogas Bus project, September 2012. 3. Bocheska A., Gis W., Grzelak P., ótowski A., Analiza mo liwoci zasilania biometanem autobusów

komunikacji miejskiej w Polsce, Sprawozdanie z realizacji pracy statutowej nr 6228/CO, Instytut Transportu Samochodowego, stycze 2013.

4. Gis W., Wakiewicz J., ótowski A.: Examples of strategy use of biogas in public transportation, Seminarium projektu Baltic Biogas Bus, Wabrzych, wrzesie 2010.

5. Hallgren L.: Biogas in Stockholm Public Transport – strategies & policies, Conference “Biogas as vehicle fuel”, Saint-Petersburg, Russia, November 2010.

6. Hallgren L.: The introduction of biogas buses in Stockholm, Baltic Biogas Bus –Seminar, St. Petersburg, Russia, October 2011.

7. Mapa Odnawialnych róde Energii, przygotowana przez Urzd Regulacji Energetyki, aktualizacja na 31 marca 2012: http://www.ure.gov.pl/uremapoze/mapa.html.

8. www.cng.auto.pl: Mapa stacji CNG w Polsce, stycze 2013.

9. www.cng.auto.pl: Wdro enie biometanu dla europejskich pojazdów zasilanych gazem ziemnym, opinia doktora Jeffrey'a M. Seisler'a, prezesa Clean Fuels Consulting: Ju czas na poczenie europejskiej polityki na rzecz biopaliw z potencjaem rynku pojazdów zasilanych gazem ziemnym (NGV), 09.10.2010, ngvglobal.com.

10. www.cng.auto.pl: Wykaz autobusów na CNG w Polsce, pa dziernik 2012.

DEVELOPMENT FACTORS OF CITY TRANSPORT POWERED BY BIOMETHANE Summary: The paper presents the possibility of biomethane production as a transport fuel for buses in Polish cities, as well as the conditions for its wider use as a vehicle fuel on the example of selected Swedish cities with an indication of support systems for biomethane in European countries. There were presented the opportunities for use the biomethane in urban transport concerning the existing fleet of CNG city buses and existing CNG infrastructure. There were also conducted an assessment of the benefits, especially the environmental ones, of use of gaseous fuels for these applications.