Часто ми зустрічаємо погляд на відновлювану енергетику винятково крізь призму сонця та вітру. Однак енергія з біомаси є одним із ключових відновлюваних джерел, що надходить від прямого спалювання біомаси або ж анаеробного зброджування (метанізації). І саме виробництво біогазу є на сьогодні надважливим і перспективним напрямом через потреби заміщення великих обсягів російського газу біометаном.
Переважно біогазові заводи розташовані у сільській місцевості та навколо ферм. Це великі закриті резервуари, реактори анаеробного зброджування, які перетворюють біомасу, наприклад, сільськогосподарські біовідходи, в енергію. Це і є процес анаеробного зброджування, коли «біомаса розщеплюється природними мікроорганізмами за відсутності кисню», вивільняючи багатий на метан біогаз.
Анаеробне зброджування для отримання біогазу – особливості процесу
- Біомаса подається в реактор, де відбуваються хімічні та біологічні реакції. Сировиною є органічні матеріали, зокрема біологічні тверді речовини стічних вод, харчові відходи, сільськогосподарські відходи та гній худоби;
- Мікроорганізми, бактерії та археї, перетравлюють цю біомасу. У результаті виділяється біогаз, що складається переважно з біометану (CH4) і вуглекислого газу (CO2).
- Після цього процесу в метантенку все ще є залишковий продукт – дигестат. Це рідкий і твердий переварений матеріал. Оскільки він багатий поживними речовинами, його можна використовувати як добриво.
- Біогаз використовуватися як транспортне паливо або для виробництва електроенергії і тепла.
Наразі ж постає питання, чи можливе виробництво біогазу в невеликих масштабах – мікрометанізація – бути сталим енергетичним рішенням для міст у майбутньому.
Перетворюючи біологічні відходи на сировину, анаеробне зброджування покращує циркулярну економіку на місцях, водночас виробляючи відновлювану енергію. Таким чином, це допомагає пом’якшити зміну клімату та сприяє плідній взаємодії між сільським господарством та енергетичним сектором.
Оскільки більша частина сировини для метантенку (біомаси, зокрема відходів сільського господарства) знаходиться за межами міст, біогазові заводи будують у безпосередній близькості та переважно в сільській місцевості. Однак все може змінитися, якщо взяти до уваги цінність міських біовідходів для зменшення впливу міст на навколишнє середовище, який зазвичай зростає разом із населенням.
На сьогодні розроблено деякі рішення, такі як мікрометанізація, яка є процесом анаеробного зброджування з обмеженим розміром, що дозволяє метантенкам працювати в міських районах. Проте досі мікрометанізація в містах викликає багато питань щодо розміру метантенку, сировини і подальшого використання енергії.
Важливою тут є думка доктора Жана-Ромена Баутісти Анджелі, експерта з анаеробного зброджування міських відходів і учасника проєкту MELiSSA, у межах якого досліджують кругові системи життєзабезпечення в космосі. Публікуємо відповіді на запитання, які дав експерт платформі European Science-Media Hub.
Які обмеження має мікрометанізація у середовищі міста?
Доктор Жан-Ромен Баутіста Анджелі:
Анаеробне зброджування є цінним процесом, лише якщо воно виробляє енергію, а також поживні речовини (дигестат), які будуть відновлені. Корисне використання енергії та поживних речовин є двома передумовами, які мають бути виконані, щоб анаеробне зброджування було виправданим. Таким чином, у міському середовищі важливо знайти застосування як для енергії, так і для дигестату, що може бути важко для останнього. У разі ж транспортування з місця виробництва втрачається продуктивність.
Анаеробне зброджування — це процес, який, особливо в невеликих масштабах, може бути нестабільним: чим більше ви збільшуєте об’єм, тим краще його контролюєте. Крім того, керувати цим процесом нелегко: це мікробіологічний процес, який потребує певних знань, навичок і навчання для оптимізації.
Крім того, багато зацікавлених сторін та гравців мають бути залучені до цього процесу. Отже, це вимагає тісної взаємодії між ними, без налагодження якої питання про розробку такого роду технологій у місті краще не піднімати.
І останнє, але не менш важливе: існують обмеження щодо використання стічних вод. А якщо сировиною є біовідходи, потрібно враховувати законодавство ЄС щодо ієрархії відходів (чи використання певного типу відходів відповідає критеріям сталості).
Біомаса, біогаз та анаеробне зброджування в законодавстві ЄС регулюються такими нормативними документами:
- Директива про відновлювані джерела енергії 2018/2001 встановлює критерії стійкості та критерії скорочення викидів парникових газів для біомаси;
- Положення про землекористування, зміни землекористування та лісове господарство встановлює запобіжні заходи щодо біоенергетики та гарантує, що всі сектори сприяють досягненню цілі ЄС щодо скорочення викидів до 2023 року;
- Стратегія ЄС щодо біорізноманіття до 2030 року наголошує, що інтенсивне використання біомаси для виробництва біоенергії має бути зведено до мінімуму у разі конфлікту інтересів щодо використання у харчових ланках;
- План дій щодо поживних речовин;
- Рамкова директива щодо відходів, що встановлює ієрархію відходів у ЄС.
Крім того, у ЄС заявляють про прагнення скоротити харчові відходи, а це може вплинути на доступні обсяги сировини для виробництва біогазу. Проте, якщо стічні води розглядаються як основна сировина, не буде потреби у великих обсягах біовідходів. Тому питання використання метантенків за жодних умов не втратить актуальності, адже домогосподарства все одно будуть утворювати стічні води. Застереження експерта полягає у тому, що у разі використання стічних вод ми маємо залучити більше гравців і зацікавлених сторін, тому складність з точки зору регулювання є більшою.
Чи може розмір метантенків бути обмеженням для мікрометанізації в міських районах?
Д-р Жан-Ромен Баутіста Анджелі:
У випадку мікрометанізації важливим є поняття децентралізованої та автономної системи.
Насправді, є метантенки, які працюють на рівні домашнього господарства. Проте важливо враховувати, що цим метантенкам для роботи потрібна мінімальна кількість біовідходів: навіть якщо вони мають невелику потужність, вони вимагають значного щоденного надходження органічних речовин. Чи здатна одна родина виробляти таку кількість відходів, враховуючи політику щодо зменшення харчових відходів? Тому необхідно передбачити біогазову установку, яка б відповідала місцевим ресурсам і виробничій потужності.
Які можливості, пов’язані з мікрометанізацією, є в містах?
Доктор Жан-Ромен Баутіста Анджелі:
Найважливішим наслідком мікрометанізації в міських районах є виробництво зеленої енергії і внесок у циркулярну економіку. Наприклад, станція очищення стічних вод потребує енергії для роботи; і, навпаки, реактор анаеробного зброджування, що виробляє енергію потребує шляхів постачання. Крім того, це прямий вплив на скорочення витрат на тепло та електроенергію для людей.
Довгий час існувала думка, що сміття – це брудна річ, від якої потрібно відійти. За допомогою анаеробних реакторів у своїх будівлях люди можуть перетворювати свої відходи на біогаз, а потім споживати цей біогаз, який вони щойно виробили завдяки своїм відходам. Таким чином ми можемо відновити зв’язок людей з поняттям відходів, а також з поняттям ресурсів. Анаеробне зброджування в міських районах може мати такий соціальний підхід і налагоджувати зв’язок людей із відходами, ресурсами та впливом їх способу життя.
Нарешті, ми все більше говоримо про міські ліси, самоокупні міста та міські ферми. Ці проєкти вимагають запровадження сталих підходів. Отже, анаеробне зброджування в міських районах може бути доцільним для забезпечення потреб такого міста.
Чи ефективність виробництва біогазу в містах аналогічна комплексам у сільськогосподарських районах?
Д-р Жан-Ромен Баутіста Анджелі:
З огляду на сучасні технології, міська мікрометанізація розглядається лише з точки зору когенерації. Для постачання в газову мережу або для використання на транспорті Bio LNG та Bio CNG (транспортному засобі, що використовує біогаз як паливо), біогаз потрібно збагатити до якості біометану (досягти бажаного відсотка метану); а цей процес вимагає занадто багато енергії та грошей.
Таким чином, продуктами міської мікрометанізації є переважно тепло та електроенергія, спожиті домогосподарствами. Насправді, навіть когенерація може бути ускладненою, особливо для двигунів, які виробляють тепло та електроенергію з низькою потужністю. Кількість енергії особливо важлива, оскільки виробництво тепла може бути в 5 разів більше, ніж виробництво електроенергії. У цьому сенсі установка анаеробного зброджування поблизу кінцевих споживачів є критично важливою.
Наразі ми говоримо лише про перетворення біогазу в енергетичні форми, але питання використання дигестату також дуже перспективне.
Що робити із утвореним дигестатом у місті?
Д-р Жан-Ромен Баутіста Анджелі:
Насправді, можна транспортувати його за межі міст, це залежить від того, де знаходиться метантенк: у центрі міста чи поблизу околиць… Це також залежить від розміру та природи біомаси. Якщо йдеться про стічні води, то обсяги більші. Тим не менш, якщо сировиною є лише біовідходи, обсяги менші, і їх легше транспортувати. Найголовніше – не множити транспорт і не збільшувати відстані. Якщо мета полягає в тому, щоб створити стале місто майбутнього, яке є самодостатнім і потребує поживних добрив, воно того варте. Якщо нам не потрібні добрива, можливо, шукати інші шляхи.
Який рівень соціальної прийнятності анаеробного зброджування в містах?
Доктор Жан-Ромен Баутіста Анджелі:
Питання анаеробного зброджування завжди є дискусійним для людей: завжди є «за» і «проти» та багато суперечностей. Саме тому дуже важливо підвищувати обізнаність, щоб люди бачили реальні переваги та обмеження, щоб кожен міг знайти відповіді на свої запитання та зробити усвідомлений вибір. Деякі люди бояться, що цей процес може завдати шкоди, бо не розуміють, що і як відбувається.
Однак, якщо біогазовий завод створює проблеми, це, як правило, лише тому, що ним погано керують. Наприклад, дигестат може створювати проблему неприємного запаху тільки у разі, якщо порушена технологія. Люди повинні розуміти, що небезпека пов’язана з будь-яким промисловим процесом, і не повинно бути особливої небезпеки, пов’язаної з анаеробним зброджуванням.
Цим матеріалом ми б хотіли привідкрили завісу майбутнього в управлінні міськими відходами і розповісти про те, що виробництво біогазу, насправді, є багатограннішим процесом. Чим більше суспільство буде обізнане, тим продуктивнішим буде діалог і прийняття нового.
Джерело: European Science-Media Hub
Зображення: Waste Management World; Zorg Biogas