Bioplyn a biometan mohou nahradit 20 % zemního plynu

Snížení závislosti na dovážených fosilních palivech, zvýšení bezpečnosti dodávek energií, stabilizace ceny energií, výrazný rozvoj obnovitelných zdrojů a větší flexibilita těchto zdrojů. Tato témata dnes silně rezonují a v kontextu událostí všichni chápou jejich význam. Společnost sužují vysoké ceny energií, a navíc i obava, že plynu a ropy bude kvůli omezení dovozu fosilních zdrojů z Ruska málo. Bioenergetika včetně bioplynu a biometanu dostává slovo a veřejnost se začíná zajímat, jaký vlastně má potenciál nahradit dovážené komodity. Nejde však pouze o to, kolik se nám bioplynem podaří nahradit zemního plynu, ale i o to, jak zastavit současný nárůst cen.

Současná situace na trhu s plynem v ČR

Spotřeba zemního plynu od začátku ruské agrese na Ukrajině výrazně klesá a snažíme se naši závislost na této energetické komoditě snížit různými způsoby. V roce 2021 činila spotřeba zemního plynu přibližně 100 TWh, což je množství energie, které není úplně jednoduché ze dne na den nahradit. Řešení se nachází v kombinaci různých opatření s využitím všech dostupných zdrojů a obzvlášť těch obnovitelných. Probíhá masivní výstavba fotovoltaických elektráren, instalace tepelných čerpadel, jistě se podaří realizovat několik větrných a geotermálních zdrojů, přibydou výtopny na biomasu a postavíme i několik bioplynových stanic a mnoho těch stávajících zmodernizujeme.

V Česku je bioplyn produkován na více než 550 zařízeních s celkovou produkcí energie v bioplynu bezmála 7 TWh. V současné době je bioplyn využíván k produkci elektrické a tepelné energie a očekává se, že některá zařízení přejdou na úpravu bioplynu do podoby obnovitelného zemního plynu, tedy biometanu. Takové zařízení, které dodává vyčištěný bioplyn na biometan do plynárenské soustavy, je v Česku zatím jediné, v Rapotíně.

Abychom však dokázali naše plynovody významně dotovat domácím biometanem musíme celý obor zásadně rozvíjet. V této situaci je nutný jednoznačný postoj k řešení energetické krize, a tím je realizace nových obnovitelných zdrojů spolu s přijetím úsporných opatření napříč celou společností. 

Bioplyn je lokální zdroj obnovitelné energie

Bioplynové stanice umí využít širokou škálu vstupní biomasy, a to od zbytků jídla, různých bioodpadů, vedlejších produktů až po pěstovanou biomasu. Většina bioplynových stanic je nyní úzce navázána na zemědělskou činnost, protože stejně dobře umí zpracovat kejdu, hnůj, ale i další materiály bez tržního využití. Vyprodukují přitom energie, které zemědělci a jejich sousedé využijí pro vlastní provozy a zbylou část dodávají do sítě. Bioplynové stanice dnes zásobují teplem a elektřinou města a obce, hotely, skleníky, pivovary, chovy ryb, mlékárny, výrobny těstovin a další různý průmysl. 

Kromě hlavního produktu, tedy energie, v bioplynce vzniká produkt vedlejší, a tím je digestát. Ten zemědělci použijí jako hnojivo na pozemky, na kterých opět vypěstují potraviny, krmení pro svá zvířata anebo jako vstupní surovinu pro bioplynku. Takové oběhové hospodářství funguje, i když se zrovna některému článku úplně nedaří. Na samém počátku výstavby bioplynky zachraňovaly chovy hospodářských zvířat z důvodu snižování zápachu a tlaku obyvatel obcí zasažených kejdovým rozvozovým plánem. Digestát zas pomáhá řešit společenský tlak na snižování aplikace minerálních hnojiv. 

“Energie a organická hnojiva jsou pro konkurenceschopnost českých sedláků velmi důležitá. Vhodným moderním nástrojem jsou právě bioplynové stanice. Dosud byla státní podpora výstavby bioplynových stanic rentabilní jen pro větší instalace. Stát by měl nastavit motivační podporu na výrobu elektřiny z bioplynu také pro menší zemědělce v řádu desítek či několika málo stovek hektarů, aby mohla vzniknout malá zařízení využívající lokálně dostupnou biomasu”, uvádí Jaroslav Šebek, předseda Asociace soukromého zemědělství ČR. “Bioplynové stanice mohou být srdcem komunitní energetiky a také pomáhat snižovat emise skleníkových plynů a amoniaku ze zemědělství,” dodává.

“Výroba energie přímo na farmě prostřednictvím malé bioplynové stanice náklady na energie může snížit a stabilizovat. Je také zdrojem kvalitních organických hnojiv, dále zemědělcům umožňuje pěstovat plodiny, které prospívají půdě, zlepšují osevní postup, ale nemají jiné tržní uplatnění,” uzavírá Šebek.

Přínosy bioplynu a biometanu pro společnost jsou stejné jako u ostatních obnovitelných zdrojů (OZE). Je to úspora emisí skleníkových plynů, které by jinak vypouštěla fosilní energetika, a také vyšší soběstačnost a bezpečnost dodávek díky domácí výrobě. Oproti ostatním nepalivovým obnovitelným zdrojům energie je bioplyn a biometan odlišný. Zásadní rozdíly jsou jak při výrobě, tak v možnostech a způsobu využití. 

V bioplynových stanicích máme zatím ukrytý regulační potenciál o výkonu srovnatelném s přečerpávací vodní elektrárnou Dlouhé stráně (tedy cca 700 MW) nebo i vyšším. Regulaci výkonu jsou schopny nabídnout jak na denní bázi (mohou vykrývat kolísající výrobu FVE a VTE elektráren), tak i v rámci sezóny. Sezónní regulace, to je služba, kterou poskytují zatím převážně jen uhelné elektrárny. Kromě elektřiny a tepla umí bioplynové stanice produkovat také biometan v kvalitě zemního plynu anebo z koncentrovaného CO₂ v bioplynu za pomoci biologických procesů s přídavkem vodíku produkovat syntetický metan, tzv. syngas. 

Současná produkce bioplynu v bioplynových stanicích v ČR představuje necelých 7 TWh, což je přibližně 8 % současné spotřeby zemního plynu. Na výrobu takového množství bioplynu je použito zhruba 10 mil tun biomasy (kejda, hnůj, vedlejší produkty, siláž, senáž, bioodpady). Přitom pěstovaná biomasa pro celý obor bioplynu zabírá pouze 3-4 % zemědělské půdy (130-180 tis ha). Často se řeší, že by bioplynky měly využívat především bioodpad. To samozřejmě ano, ale produkce bioodpadů v ČR je pouhých cca 1,5 mil t a důležitou společenskou snahou je toto číslo nadále snižovat. Jestliže hledáme cesty, jak nahradit zemní plyn, najdeme je v precizním využití všech bioodpadů, vedlejších produktů, ale především v pěstované biomase a samozřejmě v úsporách. 

Obrovskou výhodou bioplynových stanic je jejich variabilita, a to jak na straně vstupní biomasy, tak na straně výstupů. Přes léto mohou vyrábět více biometanu a pomáhat plnit zásobníky zemního plynu. V zimním období naopak mohou vyrábět více elektřiny a tepla pro potřeby okolí a také pro podporu sítě, která bude trpět sníženou výrobou z fotovoltaických zdrojů. To vyžaduje opatřit bioplynovou stanici jak kogeneračními jednotkami, tak i úpravou na čištění bioplynu na biometan. Obě technologie pak mohou plynule měnit výkon. Přidáme-li k tomu možnost krátkodobě akumulovat bioplyn pro následné rychlé špičkování ve výrobě elektřiny anebo naopak její maření za vzniku vodíku a výroby syngasu, jde o ideální pomocníky k regulaci sítě tolik potřebné pro nasazení dalších obnovitelných zdrojů.

Proč je bioplyn a biometan přínosný?

1. Výroba je předvídatelná a je možné ji regulovat. Jinými slovy, výrobna je typickým palivovým zdrojem energie. Je možné výrobu energie pozastavit a znovu rychle uvést do provozu. Nebo je možné zdroj udržet v provozu neustále 24 hodin denně, 365 dní v roce. Bioplynky pomohou řešit akumulaci energie nebo stabilizaci energetické soustavy tak, abychom mohli více využívat energie ze slunce, větru nebo vody a nemuseli se přitom spoléhat na uhelné zálohy. To je velmi důležité pro dekarbonizaci energetiky. 

2. Biometan je přímá náhrada zemního plynu. To, co funguje na zemní plyn, bude fungovat beze změny i na biometan. Plyn umíme efektivně skladovat a naše plynárenská síť je masivní a rozšířená. Máme tedy kvalitní infrastrukturu, jen musíme plyn využívat efektivně a umět ho v dostatečné míře vyrobit z vlastních zdrojů. Díky biometanu a syngasu můžeme produkovat až 40 % současné spotřeby zemního plynu.    

3. Vyrábí se z mnoha různých vstupních surovin jako jsou kaly z čistíren odpadních vod, vedlejší produkty ze zemědělství a potravinářství, komunální odpady, odpady z restaurací a jídelen, prošlé potraviny, vedlejší živočišné produkty například z jatek, masokombinátů či mlékáren a mnoho dalších surovin biologického původu, které nejsou vhodné ke spotřebě. Širokou škálu odpadů a vedlejších produktů je velmi efektivně možné doplnit pěstovanou biomasou, a to obzvlášť z plodin zlepšující kvalitu půdy nebo meziplodin. Své opodstatnění má i přímá produkce např. kukuřice, která je nejefektivnějším transformátorem slunečního záření na pevnou biomasu mezi rostlinami vůbec a při dobré agrotechnice neškodí půdě nijak víc než jakákoliv jiná plodina.

4. Mnoho možností využití biometanu. Obnovitelná (bio)pohonná hmota, teplo i elektřina zároveň jsou možnosti, které žádná jiná obnovitelná energie nemá. Biometan vyráběný ze surovin, které definuje jak evropská směrnice RED II, tak zákon o POZE, se nazývá pokročilým biopalivem. Tento pokročilý biometan se bude využívat v dopravě jako stlačený plyn BioCNG nebo ve zkapalněné formě jako BioLNG. Ostatní nepokročilý biometan je vhodné využívat místo hnědého uhlí při výrobě tepla ve zdrojích, které dodávají teplo do systémů CZT (centrální zásobování teplem). 

Potenciál biometanu

Rychlé rozšíření biometanu v Evropě díky aktualizovaným plánům EU by mohlo do roku 2030 zajistit nejméně 34 miliard m3 obnovitelného plynu, pokud bude podpořeno vhodným legislativním rámcem. To představuje přibližně 10 % celkové poptávky po plynu v EU do roku 2030. Významným faktorem je i cena plynu, a hlavně její stabilita. Biometan vyráběný z lokálních zdrojů nebude podléhat tak velkým cenovým výkyvům jaké předvádí poslední rok zemní plyn. Zatímco jiné obnovitelné plyny jako je zelený vodík, potřebují čas na rozšíření a zavedení v praxi a jsou stále 2 až 4krát dražší, biometan je dostupný a v praxi snadno využitelný rychle anebo v nadcházejících letech.

Aktuální výroba bioplynu v ČR představuje 8 % z české spotřeby zemního plynu. Je to čtvrtý nejvyšší podíl v EU. Potenciál dokládá také to, že se v ČR vyrábí 6,8 % celkové produkce bioplynu v EU. Podle analýzy CZ Biom, největšího oborového sdružení v bioenergetice, můžeme při plánovaném rozvoji produkce do roku 2030 nahradit 20 % zemního plynu biometanem z domácí výroby. Potenciál v ČR je dobrý a můžeme z něj hodně získat. Nechceme-li promarnit šanci, kterou v biometanu máme, musíme rychle začít budovat nové výrobny biometanu a zároveň modernizovat stávající bioplynové stanice.

Proč není možné vyrábět bioplyn pouze z odpadů?

V současné době jsou velkým tématem biologicky rozložitelné odpady, které by měly být preferovanými surovinami na vstupu do bioplynových stanic. V Česku však stále ještě skládkujeme 40-60 % biologicky rozložitelných odpadů, které nejsou separovány z komunálního odpadu, a přitom máme povinnost od 1. 1. 2024 odděleně sbírat veškerý bioodpad z domácností včetně odpadu živočišného původu. Čeká nás tedy ještě cesta k preciznímu třídění a využití tohoto materiálu. 

Snahou společnosti by však kromě řádného cirkulárního chování mělo být samotné předcházení vzniku odpadu. Přibližně ⅓ vyrobených potravin na světě končí jako odpad. Nejenže výroba odpadních potravin spotřebuje velké množství materiálových, energetických, finančních a lidských zdrojů, ale nakonec musíme zaplatit i jejich likvidaci, v lepším případě využití. Uhlíková stopa těchto surovin je tedy ve skutečnosti vyšší než primární produkce biomasy pro energetické využití.

Příklad: zpracování odpadu vs. zemědělské biomasy

Nákladní auto plné starého pečiva, které přijelo na bioplynku, představuje množství energie v bioplynu srovnatelné s produkcí zelené hmoty sklizené z ½ ha pole. Přitom na výrobu pečiva bylo třeba mouky z obilí vypěstovaného přibližně na 1 ha, a navíc je zde nákladná a energetický náročná cesta vedoucí od sklizně obilí přes výrobu chleba, nabídku v obchodě a končící na bioplynce. Ta cesta je o to delší, jedná-li se o živočišný produkt v jakékoliv podobě. Není tedy vhodné vyrábět zboží, aby později v podobě odpadu krmilo bioplynové stanice. Mnohem jednodušší a efektivnější je pěstovanou biomasu zpracovávat přímo k energetickým účelům. Tímto postupem získáme i mnohem zajímavější čísla popisující energetický potenciál. Jestliže precizně využijeme komunální odpady, získáme 1,5-2 TWh energie v bioplynu, a jak bylo řečeno, s žádoucím klesajícím trendem. Přidáme k tomu vedlejší produkty zemědělské výroby s velmi podobným trendem a získáme další téměř 2 TWh v bioplynu. Sečteme-li tyto zdroje s tím, co už nyní v oboru máme, pohybujeme se okolo 10 TWh energie v bioplynu. Jestliže potřebujeme další násobky tohoto čísla, není jich možné dosáhnout jinak než pěstovanou biomasou. Při zachování potravinové bezpečnosti můžeme plochu energetických plodin klidně ztrojnásobit. To však není úplně potřeba, protože velkou produkci biomasy můžeme získat z údržby zeleně, oddělovacích pásů, předplodin a meziplodin. Pro udržení kvality půdy a snížení množství hnojiv bude přínosné využít zlepšující plodiny, pro které není jiné tržní využití.  

Co brzdí rozvoj domácího zeleného plynu?

Hlavním důvodem zaostávání Česka v rozvoji biometanu byly legislativní a technické bariéry. Když Evropa na počátku minulé dekády startovala biometan, v ČR byl vyškrtnut ze Zákona o podporovaných zdrojích a až do počátku roku 2022 neexistovala právní úprava, která by biometan definovala, regulovala a podporovala. Zastaralé plynárenské vyhlášky vtláčení biometanu do plynárenské sítě velmi komplikovaly a někdy prakticky zcela znemožňovaly. Požadavky na kvalitu biometanu, podmínky jeho měření a vtláčení do plynárenské sítě byly v letošním roce upraveny vydáním nové vyhlášky č. 78/2021 Sb. Po přijetí Zákona o podporovaných zdrojích energie (POZE) bude možné od roku 2022, resp. 2023, biometan podporovat, certifikovat a vydávat záruky původu. 

Celoroční dodávka biometanu do plynárenské soustavy je v ČR umožněna pouze na vybraných místech vysokotlaké distribuční soustavy. Biometan je přitom možné dodávat i do plynovodů se středním tlakem nebo do lokálních sítí, jako je to běžné v Německu, Francii, Itálii, Holandsku a mnoha dalších zemích. Výhodou vtláčení biometanu do plynovodů s nízkým tlakem je velká úspora elektrické energie používané na kompresní práci. Provozovatelé distribučních soustav v ČR by měli být efektivně motivováni (nebo mít povinnost) k realizaci chytrých řešení, která umožní plné využití potenciálu biometanu v rámci co nejnižší tlakové úrovně. Mezi taková řešení patří například možnost obousměrných redukčních stanic s možností přečerpat přebytek plynu z nižší tlakové úrovně do vyšší, digitalizace plynárenské soustavy a používání zón kvality pro přesnou fakturaci spalného tepla odběratelům, nebo úprava spalného tepla v místě připojení výrobny biometanu. 

Chybí efektivní finanční motivace dodavatelů paliv a tepláren pro snižování emisí skleníkových plynů pomocí vyššího využívání biometanu. V mnoha zemích EU byly státem zprostředkovány smlouvy mezi dodavateli paliv a výrobci biometanu o dodání potřebného množství biometanu za předem stanovenou a dlouhodobě garantovanou cenu. 

Mezi výrobci je stále velká nejistota ohledně nových pravidel regulace a podpory. Zemědělské podniky čekají na vydání jasných pravidel, jež by garantovala návratnost nemalých výdajů, které budou muset bioplynové stanice realizovat. „V posledních měsících zaznamenáváme z řad provozovatelů bioplynových stanic zvýšenou poptávku po dodatečném vybavení BPS technologií úpravy bioplynu na biometan. Každé takovéto úpravě stanice však musí předcházet zpracování projektové dokumentace a získání stavebního povolení, což dnes znamená půl roku až rok. Samotná výstavba a zprovoznění pak trvá dalšího půl roku navíc. Dosud panující nejistota pravidel pro regulaci a podporu biometanu pak zemědělce ponechává ve stádiu úvah o záměru a nemotivuje k zahájení projekčních prací. Několik projektů však již zpracováváme a část z nich je hotova ve fázi před získáním stavebního povolení. Jasná pravidla by pomohla k rozvoji dalších projektů. Řádově za dva roky bychom pak mohli mít v distribuční síti významnější množství obnovitelného plynu – biometanu,“ uvádí Ondřej Frič, obchodní ředitel agriKomp Bohemia s.r.o., jednoho z největších dodavatelů technologií bioplynu a biometanu na českém trhu. 

Po odstranění těchto hlavních bariér se experti shodují, že potřebujeme co nejrychlejší nárůst produkce biometanu, abychom splnili české národní cíle úspor emisí skleníkových plynů a podílu obnovitelné energie v sektoru dopravy a v sektoru teplárenství. „Bez významného přispění biometanu to nepůjde“, tvrdí shodně Vnitrostátní plán České republiky v oblasti energetiky a klimatu a také Národní akční plán čisté mobility. Biometan je nejlevnější dostupnou možností, jak v dopravě nahradit fosilní CNG a LNG a jak v teplárenství nahradit spalování hnědého uhlí. O zajímavém potenciálu biometanu mluvíme nejenom kvůli jeho vysoké úspoře emisí skleníkových plynů, ale také díky podmínkám, které naše země má. Jedná se o 578 vybudovaných výroben bioplynu. A to je i v celoevropském kontextu hodně. V přepočtu na počet obyvatel je to třetí nejvyšší číslo.

Je zřejmé, že naší největší brzdou rozvoje sektoru zeleného plynu je kombinace komplikovaných systémů schvalovacích procesů, výkaznictví, evidencí, podmínek a legislativy. Zatímco okolní státy snižují závislost na ruských zdrojích a daří se jim to o desítky procent, u nás je závislost snižována jen uživateli, kteří v křeči zastavují kohouty topení kolabující při pohledu na faktury za energie. 

Novou podobu energetického mixu budou jistě doprovázet energetické úspory. Pokud však navýšíme podíl domácí výroby obnovitelné energie, výsledkem bude nejen výrazné omezení závislosti na Rusku, ale rovněž peníze za energie, které dnes putují za hranice, budou zůstávat v Česku.

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky