Ekologiczne alternatywy dla tradycyjnego gazu

Dlaczego potrzebujemy alternatyw dla tradycyjnego gazu?

Gaz ziemny, mimo że uznawany za najczystsze paliwo kopalne, nadal przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych i zmian klimatycznych. W kontekście celów klimatycznych Unii Europejskiej i globalnych wysiłków na rzecz ograniczenia emisji CO₂, poszukiwanie ekologicznych alternatyw dla tradycyjnego gazu staje się coraz ważniejsze.

Polska, jako kraj silnie uzależniony od paliw kopalnych, stoi przed podwójnym wyzwaniem: zapewnieniem bezpieczeństwa energetycznego oraz redukcją wpływu na środowisko. Ekologiczne alternatywy dla gazu ziemnego mogą pomóc w realizacji obu tych celów.

W niniejszym artykule przedstawimy najważniejsze ekologiczne alternatywy dla tradycyjnego gazu, ich potencjał w Polsce oraz wyzwania związane z ich wdrożeniem.

Biometan - ekologiczna alternatywa ze źródeł odnawialnych

Biometan (zwany również biometanem) to oczyszczony biogaz, którego głównym składnikiem jest metan (CH₄). W przeciwieństwie do gazu ziemnego, biometan powstaje w procesie fermentacji beztlenowej materii organicznej, takiej jak odpady rolnicze, osady ściekowe czy odpady komunalne.

Jak powstaje biometan?

Proces wytwarzania biometanu obejmuje dwa główne etapy:

1. Produkcja biogazu - fermentacja beztlenowa materii organicznej, w wyniku której powstaje mieszanina gazów (głównie metanu i dwutlenku węgla)
2. Oczyszczanie biogazu - usuwanie dwutlenku węgla, siarkowodoru i innych zanieczyszczeń, aż do uzyskania biometanu o jakości odpowiadającej gazowi ziemnemu

Po oczyszczeniu biometan może być bezpośrednio wtłaczany do istniejącej sieci gazowej lub wykorzystywany jako paliwo transportowe (bioCNG lub bioLNG).

Potencjał biometanu w Polsce

Polska ma znaczący potencjał produkcji biometanu dzięki rozbudowanemu sektorowi rolniczemu. Według szacunków Europejskiego Stowarzyszenia Biogazu, teoretyczny potencjał produkcji biogazu w Polsce wynosi około 7,8 mld m³ rocznie, co mogłoby zaspokoić ponad 40% krajowego zapotrzebowania na gaz.

Obecnie w Polsce funkcjonuje ponad 300 biogazowni, jednak większość z nich wytwarza energię elektryczną i ciepło, a nie biometan. Sytuacja ta zaczyna się zmieniać - w 2022 roku PGNiG uruchomiło pierwszy projekt pilotażowy wtłaczania biometanu do sieci gazowej w Ciechanowie.

Korzyści z rozwoju sektora biometanowego w Polsce:

• Redukcja emisji gazów cieplarnianych (biometan jest uważany za neutralny pod względem emisji CO₂)
• Zagospodarowanie odpadów organicznych
• Dywersyfikacja źródeł energii
• Wsparcie lokalnych gospodarek wiejskich
• Możliwość wykorzystania istniejącej infrastruktury gazowej

Wodór - paliwo przyszłości

Wodór (H₂) jest często określany jako paliwo przyszłości ze względu na wysoki potencjał energetyczny i brak emisji CO₂ podczas spalania. W zależności od metody produkcji, wodór może być całkowicie ekologicznym nośnikiem energii.

Rodzaje wodoru

W dyskusji o wodorze jako alternatywie dla gazu, rozróżnia się kilka rodzajów wodoru, w zależności od metody produkcji i związanej z nią emisji CO₂:

• Wodór szary - produkowany z gazu ziemnego w procesie reformingu parowego metanu, bez wychwytywania powstającego CO₂
• Wodór niebieski - produkowany tak jak wodór szary, ale z wychwytywaniem i składowaniem CO₂ (technologia CCS)
• Wodór zielony - produkowany poprzez elektrolizę wody przy użyciu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych
• Wodór różowy - produkowany poprzez elektrolizę wody przy użyciu energii elektrycznej z elektrowni jądrowych

Z punktu widzenia ekologii, najkorzystniejszy jest wodór zielony, który nie wiąże się z emisją gazów cieplarnianych.

Wodór w polskiej sieci gazowej

Polska strategia wodorowa zakłada stopniowe zwiększanie roli wodoru w miksie energetycznym kraju. Kluczowe projekty i inicjatywy obejmują:

• Blending wodoru - dodawanie wodoru do istniejącej sieci gazowej (do 10% objętości)
• Tzw. "doliny wodorowe" - regionalne klastry produkcji i wykorzystania wodoru
• Wodór w transporcie - rozwój transportu opartego na wodorze, szczególnie w segmencie autobusów i kolei

Gaz-System i Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo prowadzą badania dotyczące możliwości przesyłu mieszanek gazu ziemnego z wodorem istniejącą infrastrukturą. Wyzwaniem jest adaptacja sieci gazowej, która nie jest w pełni przystosowana do transportu wodoru (wodór może powodować kruchość niektórych materiałów).

Wyzwania związane z wodorem

Pomimo obiecujących perspektyw, wodór jako alternatywa dla tradycyjnego gazu napotyka szereg wyzwań:

• Wysokie koszty produkcji - szczególnie w przypadku wodoru zielonego
• Niższa gęstość energetyczna - wymaga większych objętości do przechowywania
• Konieczność modernizacji infrastruktury - dostosowanie rurociągów, armatury i urządzeń końcowych
• Wymagania dotyczące bezpieczeństwa - wodór jest wysoce łatwopalny i wymaga szczególnych środków ostrożności

Eksperci szacują, że wodór będzie odgrywał znaczącą rolę w polskim miksie gazowym dopiero po 2030 roku, gdy koszty produkcji zielonego wodoru spadną, a infrastruktura zostanie odpowiednio zmodernizowana.

Syntetyczny gaz ziemny (SNG)

Syntetyczny gaz ziemny (SNG) to kolejna obiecująca alternatywa dla tradycyjnego gazu. Jest to metan wytwarzany syntetycznie w procesie metanizacji, gdzie dwutlenek węgla reaguje z wodorem.

Proces produkcji SNG

Produkcja syntetycznego gazu ziemnego obejmuje kilka etapów:

1. Pozyskanie wodoru - najczęściej poprzez elektrolizę wody przy użyciu energii odnawialnej
2. Pozyskanie dwutlenku węgla - z procesów przemysłowych, biogazowni lub bezpośrednio z atmosfery
3. Metanizacja - reakcja chemiczna wodoru z dwutlenkiem węgla w obecności katalizatora (reakcja Sabatiera)
4. Oczyszczanie i kondycjonowanie gazu

Jeśli do produkcji SNG wykorzystywany jest wodór zielony i dwutlenek węgla pochodzący z biogazowni lub wychwycony z atmosfery, powstały produkt można uznać za neutralny pod względem emisji CO₂.

Zalety SNG jako alternatywy dla gazu

Syntetyczny gaz ziemny oferuje szereg korzyści w porównaniu do innych alternatyw dla tradycyjnego gazu:

• Pełna kompatybilność z istniejącą infrastrukturą - SNG może być transportowany i wykorzystywany dokładnie tak samo jak gaz ziemny
• Możliwość magazynowania energii odnawialnej - nadwyżki energii z OZE mogą być przekształcane w SNG i magazynowane
• Zagospodarowanie CO₂ - SNG może wykorzystywać dwutlenek węgla z innych procesów przemysłowych

W Polsce technologia SNG jest na wczesnym etapie rozwoju. Instytut Energetyki i inne ośrodki naukowe prowadzą badania nad optymalizacją procesu metanizacji dla warunków polskich.

Biogaz i gaz wysypiskowy

Biogaz powstaje w wyniku fermentacji beztlenowej materii organicznej i składa się głównie z metanu (50-70%) i dwutlenku węgla (30-50%). W przeciwieństwie do biometanu, biogaz nie jest oczyszczany do jakości gazu ziemnego i najczęściej jest wykorzystywany lokalnie do produkcji energii elektrycznej i ciepła.

Źródła biogazu

Biogaz może być pozyskiwany z różnych źródeł:

• Biogazownie rolnicze - wykorzystujące substraty takie jak obornik, gnojowica, odpady roślinne i spożywcze
• Biogazownie przy oczyszczalniach ścieków - wykorzystujące osady ściekowe
• Składowiska odpadów - gdzie biogaz (gaz wysypiskowy) powstaje samoczynnie w wyniku rozkładu odpadów organicznych

Stan rozwoju w Polsce

Polska ma duży potencjał rozwoju energetyki biogazowej. Obecnie funkcjonuje około 300 instalacji biogazowych różnego typu, ale ich łączna moc stanowi zaledwie niewielki ułamek możliwości.

Według Polskiej Izby Gospodarczej Energii Odnawialnej i Rozproszonej, do 2030 roku w Polsce mogłoby powstać nawet 2000 biogazowni o łącznej mocy elektrycznej około 2 GW. Większość istniejących instalacji wykorzystuje biogaz do produkcji energii elektrycznej i ciepła w układach kogeneracyjnych, jednak coraz więcej uwagi poświęca się możliwości oczyszczania biogazu do jakości biometanu.

Szczególnie interesującym obszarem jest odzysk gazu wysypiskowego. Na wielu polskich składowiskach odpadów instalowane są systemy odgazowania, które pozwalają na pozyskanie i wykorzystanie metanu, który w przeciwnym razie przedostałby się do atmosfery, przyczyniając się do efektu cieplarnianego (metan jest gazem cieplarnianym o potencjale ocieplenia 25 razy większym niż CO₂).

Gaz z odpadów - piroliza i zgazowanie

Innowacyjne technologie termicznego przetwarzania odpadów, takie jak piroliza i zgazowanie, umożliwiają produkcję gazu syntezowego (syngas), który może być wykorzystywany podobnie jak gaz ziemny.

Proces pirolizy i zgazowania

Piroliza to proces termicznego rozkładu materii organicznej w atmosferze beztlenowej, natomiast zgazowanie to proces częściowego utleniania materii organicznej. Oba procesy prowadzą do wytworzenia mieszaniny gazów, głównie wodoru, tlenku węgla, metanu i dwutlenku węgla.

W przeciwieństwie do spalania, piroliza i zgazowanie pozwalają na konwersję odpadów na wartościowe produkty energetyczne, przy niższych emisjach zanieczyszczeń.

Potencjał w Polsce

W Polsce technologie pirolizy i zgazowania są wciąż na etapie badań i demonstracji. Kilka instalacji pilotażowych funkcjonuje przy uczelniach technicznych i instytutach badawczych.

Potencjał tych technologii w Polsce jest znaczący ze względu na:

• Problemy z zagospodarowaniem odpadów
• Potrzebę redukcji ilości odpadów trafiających na składowiska
• Poszukiwanie alternatywnych źródeł energii

Szczególne zainteresowanie budzi możliwość przetwarzania odpadów trudnych do recyklingu, takich jak odpady z tworzyw sztucznych, które mogą być konwertowane na gaz syntezowy.

Porównanie ekologicznych alternatyw dla tradycyjnego gazu

Poniższa tabela przedstawia porównanie najważniejszych parametrów omawianych ekologicznych alternatyw dla tradycyjnego gazu ziemnego:

Parametr	Biometan	Wodór (zielony)	Syntetyczny gaz ziemny	Biogaz
Główny składnik	CH₄ (metan)	H₂ (wodór)	CH₄ (metan)	CH₄ (50-70%) + CO₂ (30-50%)
Kompatybilność z istniejącą infrastrukturą	Pełna	Ograniczona (wymaga adaptacji)	Pełna	Ograniczona (lokalne wykorzystanie)
Źródło surowca	Materia organiczna (odpady)	Woda + energia odnawialna	CO₂ + H₂	Materia organiczna (odpady)
Stopień rozwoju technologii w Polsce	Średni	Wczesny	Wczesny	Średni
Potencjał redukcji emisji CO₂	Wysoki	Bardzo wysoki	Wysoki	Średni
Obecne koszty produkcji	Średnie	Wysokie	Bardzo wysokie	Niskie

Wyzwania i bariery rozwoju

Pomimo obiecujących perspektyw, rozwój ekologicznych alternatyw dla tradycyjnego gazu w Polsce napotyka szereg wyzwań:

Wyzwania ekonomiczne

• Wysokie koszty inwestycyjne - instalacje do produkcji biometanu, wodoru czy SNG wymagają znaczących nakładów
• Konkurencyjność cenowa - ekologiczne alternatywy są często droższe niż tradycyjny gaz ziemny
• Niepewność regulacyjna - brak stabilnych mechanizmów wsparcia zniechęca inwestorów

Wyzwania techniczne

• Konieczność modernizacji infrastruktury - dostosowanie sieci gazowej do nowych paliw
• Potrzeba standaryzacji - określenie jednolitych wymagań jakościowych dla nowych paliw
• Rozwój technologii magazynowania - szczególnie istotny dla wodoru

Wyzwania społeczne i regulacyjne

• Niska świadomość społeczna - ograniczona wiedza na temat ekologicznych alternatyw
• Syndrom NIMBY - opór przed lokalizacją instalacji biogazowych w sąsiedztwie
• Złożone procedury administracyjne - utrudniające realizację projektów

Polskie firmy gazowe wobec ekologicznych alternatyw

Największe polskie firmy gazowe już teraz przygotowują się do transformacji w kierunku bardziej ekologicznych rozwiązań:

PGNiG

Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo realizuje kilka projektów związanych z ekologicznymi alternatywami dla gazu:

• Program "PGNiG Biometan" - zakładający budowę biogazowni i instalacji do oczyszczania biogazu
• Projekt InGrid - badania nad możliwością zatłaczania wodoru do sieci gazowej
• Współpraca z ośrodkami naukowymi w zakresie technologii power-to-gas

Gaz-System

Operator systemu przesyłowego gazu realizuje program badawczy dotyczący przystosowania krajowej sieci przesyłowej do transportu domieszek wodoru i innych gazów odnawialnych. Firma bierze również udział w europejskich inicjatywach dotyczących rozwoju infrastruktury wodorowej.

Polska Spółka Gazownictwa

PSG, jako operator systemu dystrybucyjnego, testuje możliwości techniczne sieci gazowej w zakresie dystrybucji mieszanek gazu ziemnego z gazami odnawialnymi. Firma opracowuje również standardy dla przyłączania biogazowni do sieci dystrybucyjnej.

Podsumowanie i perspektywy na przyszłość

Ekologiczne alternatywy dla tradycyjnego gazu, takie jak biometan, wodór, syntetyczny gaz ziemny czy biogaz, mają znaczący potencjał rozwoju w Polsce. Ich wdrożenie może przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych, zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego i rozwoju lokalnych gospodarek.

W krótkiej perspektywie (do 2025 roku) największy potencjał rozwoju mają instalacje biogazowe i produkcja biometanu, ponieważ są to technologie już dojrzałe i wymagające stosunkowo niewielkich modyfikacji istniejącej infrastruktury.

W średniej perspektywie (2025-2030) można oczekiwać pierwszych komercyjnych wdrożeń technologii power-to-gas i syntetycznego gazu ziemnego, a także zwiększenia udziału wodoru w miksie gazowym (do 10%).

W długiej perspektywie (po 2030 roku) można spodziewać się rozwoju dedykowanej infrastruktury wodorowej i znaczącego wzrostu udziału gazów odnawialnych w polskim miksie energetycznym.

Kluczowe dla powodzenia transformacji w kierunku ekologicznych alternatyw dla gazu będzie stworzenie stabilnych ram regulacyjnych, zapewnienie wsparcia finansowego dla innowacyjnych projektów oraz rozwój technologii obniżających koszty produkcji gazów odnawialnych.