Пожнивні рештки – це матеріали, що залишаються на полі після збору основної культури (наприклад, солома зернових). Пожнивні рештки разом із гноєм тварин є найбільшими джерелами сировини для виробництва біогазу у всіх регіонах, особливо в країнах, що розвиваються, де сільськогосподарський сектор часто відіграє важливу роль в економіці.
Експерти UABIO в межах проєкту “Розвиток сектору біометану в Україні“ розробили важливу Аналітичну записку №2: “Виробництво передового біометану з лігноцелюлозної сировини”, яка охоплює всю необхідну інформацію про виробництво передового біометану з лігноцелюлозної сировини. Так, цей документ містить огляд стану та перспектив використання пожнивних решток для виробництва біометану. Далі розглянемо його детальніше.
Потенціал у світі та ЄС-27
Кожна частина світу має значні можливості для виробництва біогазу та/або біометану. Найбільшим потенціалом володіє Бразилія, країни Африки, Китай, Індія та Сполучені Штати. Сформований він за рахунок рослинних залишків, включно із залишками зернових культур, цукрових культур, коренеплодів та бульб, а також із залишками виробництва олії та білку, відходами тваринництва, іншими біологічними відходами та деревною біомасою для термічної газифікації.
Потенціал виробництва біогазу за регіонами та типами сировини, 2024 р. (КРР = країни та ринки, що розвиваються). Джерело: Міжнародне енергетичне агентство.
Так, у Бразилії великі обсяги залишків кукурудзи та цукрової тростини надходять від цукрової та етанольної промисловості. В Індії, де сільськогосподарський сектор забезпечує близько половини загальної зайнятості, переважна частка потенціалу біогазу формується завдяки пожнивним решткам цукрової тростини, рису та пшениці. Потенціал виробництва біогазу в Сполучених
Штатах та Європі розподіляється між рослинними рештками (головним чином залишками кукурудзи від етанольної промисловості в США), гноєм тварин та твердими побутовими відходами.
У 2022 році консорціум Gas for Climate опублікував дослідження, в якому оцінюється потенціал виробництва біометану в ЄС-27, а також Норвегії, Швейцарії та Великій Британії. Потенціал ЄС-27 у 2030 році оцінено в 41 млрд м3, з прогнозом росту до 151 млрд м3 у 2050 році, якщо буде реалізовано увесь потенціал сталого біометану. Оцінений потенціал для ЄС-27 плюс Норвегія, Швейцарія та Велика Британія становить 45 млрд м3 у 2030 році та 165 млрд м3 у 2050 році.
Витрати на виробництво
У світовому масштабі витрати на виробництво біогазу знаходяться в відносно широкому діапазоні від 8 до 32 доларів США/ГДж. Близько 70-95% загальних витрат на біогаз припадає на будівництво біореакторів, решта – на збір та переробку сировини. Велика варіативність цього показника пов’язана з тим, що сировина може мати нульову або навіть негативну вартість у випадках, коли виробник відходів зобов’язані платити за утилізацію своїх відходів. Тоді як в інших випадках вхідна вартість деяких видів сільськогосподарської сировини може сягати 100 доларів США за тонну в окремих регіонах. Витрати на виробництво біогазу з сільськогосподарських культур знаходяться в діапазоні від 12 до 25 доларів США/ГДж.
Крива вартості виробництва глобального потенціалу біометану за ключовими видами сировини, 2024 р. Джерело: Міжнародне енергетичне агентство.
Виробництво біогазу та біометану в ЄС
Загальне виробництво біогазу та біометану у 2023 році склало 22,1 млрд м3 або 234 ТВт·год енергії. Хоча виробництво біогазу залишається важливим та відносно стабільним, біометан є сегментом ринку, що найшвидше розвивається. Виробничі потужності Європи з виробництва біометану зросли з 5,5 млрд м3/рік у 2022 році до 6,1 млрд м3/рік у 2023 році, та 6,4 млрд м3/рік у першому кварталі 2024 року.
Інформація щодо використання сільськогосподарських відходів у європейських країнах все ще обмежена. Проте, можна побачити, що частка сільськогосподарських відходів у сировині є значною для тих країн, де розподіл між рослинними рештками та відходами тваринного походження не надано. Це може означати, що загалом частка рослинних решток у біогазовій сировині залишається невеликою, порівняно з гноєм. З іншого боку, спостерігається чітка тенденція до використання аграрних решток для виробництва біометану.
Відносне використання різних типів сировини для виробництва біогазу в окремих європейських країнах у 2023 році. Джерело: ЕВА.
Основні технології виробництва біометану
Дві основні технології виробництва біометану — анаеробне зброджування зі збагаченням біогазу та газифікація. Однак, майже весь біометан у Європі сьогодні виробляється шляхом анаеробного зброджування. Термічна газифікація з синтезом біометану наразі досягла лише демонстраційного рівня. Гідротермічна газифікація перебуває на стадії промислової демонстрації, ініціативи реалізуються в кількох європейських країнах. Потенціал для масштабування обох технологій є великим у середньостроковій та довгостроковій перспективі (2030 рік і далі).
Пожнивні рештки придатні як для анаеробного зброджування, так і для термічної газифікації. Однак у контексті цього дослідження розглядається лише анаеробне зброджування сировини, яке вже комерційно впроваджується у великих масштабах. Разом з тим, у майбутньому при використанні технології гідротермічної газифікації можна буде ще більше розширити спектр сировини, придатної для виробництва біометану, включно з пожнивними рештками.
Потенціал біометану (млрд м3/рік) у 2040 році за країнами та технологіями. Джерело: Gas for Climate.
Зі схеми видно, що Європейськими країнами з найбільшим потенціалом у 2040 році є Німеччина, Франція, Іспанія, Італія та Велика Британія. Разом ці країни забезпечують понад 50% загального потенціалу біометану.
Основними сировинними ресурсами у 2040 році будуть послідовно вирощені культури (43%), а також аграрні рештки (20%) та гній тварин (19%). Разом ці сировинні ресурси становлять 82% від загальної кількості. Країнами з найбільшим потенціалом аграрних решток у 2040 році будуть Франція (2,5 млрд м3), Німеччина (2,1 млрд м3), Польща (1,8 млрд м3), Велика Британія (1,5 млрд м3) та Іспанія (1,2 млрд м3).
Ознайомитися із повним документом Аналітичної записки №2 на сайті UABIO
Аналітична записка підготовлена в межах виконання проєкту “Розвиток сектору біометану в Україні“, який фінансується Енергетичним Співтовариством за підтримки агентства Великої Британії з міжнародного розвитку (FCDO) і виконується ГС “Біоенергетична асоціація України” (UABIO). Дякуємо експертам UABIO за підготовку цього документу!