Gospodarka obiegu zamkniętego (GOZ) to podejście, które zakłada minimalizację odpadów i maksymalizację efektywnego wykorzystania surowców poprzez ich wielokrotne wykorzystywanie, recykling i regenerację. W obliczu globalnych wyzwań związanych z ochroną środowiska, zmianami klimatycznymi oraz rosnącym zapotrzebowaniem na zrównoważone rozwiązania energetyczne, GOZ staje się coraz bardziej istotnym modelem dla sektora rolnictwa.
W ostatnich dekadach w Europie obserwuje się powstawanie wysokospecjalistycznych gospodarstw rolnych, często ukierunkowanych tylko na produkcję rośliną, bądź tylko na produkcję zwierzęcą. Prowadzi to do zachwiania bilansu składników odżywczych przy jednoczesnym wzroście ryzyka nadmiernych dawek nawozów naturalnych. Przykładami są tu chociażby duże kombinaty szklarniowe, pieczarkarnie, fermy drobiowe. Odpady organiczne z tych przedsiębiorstw można efektywnie uzdatniać w biogazowniach.
Biogazownie rolnicze, które przetwarzają odpady organiczne, są doskonałym przykładem działania zgodnie z zasadą 3R: redukcji, ponownego wykorzystania i regeneracji zasobów organicznych.
Schemat obiegu zamkniętego na przykładzie biogazowni rolniczej
W procesie fermentacji beztlenowej biomasy, oprócz produkcji biogazu (głównie metanu), powstaje poferment, który jest ostatnim produktem w biogazowni. Poferment jest zasobny w składniki odżywcze, co stanowi o tym, że może być stosowany jako nawóz organiczny, a to prowadzi do zamknięcia cyklu składników odżywczych niezbędnych w hodowli roślin, takich jak azot, fosfor i potas. W ten sposób surowce z rolnictwa, po wykorzystaniu do produkcji energii, wracają na pola uprawne, poprawiając jakość gleby i zmniejszając potrzebę stosowania nawozów mineralnych. Dodatkowo stosowanie pofermentu jako nawozu może wpływać pozytywnie na proces sekwestracji (wychwytywania i przechowywania) węgla w glebie, który jest niezbędnym składnikiem próchnicy w glebach.
Surowce/substraty wykorzystywane do produkcji biogazu (czyli materiały organiczne pochodzenia roślinnego, zwierzęcego lub odpadowego, które ulegają procesowi fermentacji beztlenowej, prowadząc do wytworzenia biogazu zawierającego głównie metan i dwutlenek węgla) powinny być dobierane w sposób zrównoważony. Należy pamiętać, że biomasa pełni istotne funkcje ekologiczne, takie jak ochrona gleby przed erozją, utrzymanie materii organicznej w glebie oraz zapewnienie siedlisk dla zwierząt. Zbyt intensywna eksploatacja biomasy może prowadzić do degradacji gleby, spadku jej produktywności oraz utraty różnorodności biologicznej. Tego typu instalacje są również przykładem efektywnego zagospodarowania odpadów rolniczych i resztek organicznych takich jak: produkty pozostałe po produkcji roślinnej, ale również gnojowica, obornik oraz produkty uboczne przemysłu spożywczego, ograniczając składowanie odpadów na wysypiskach. W ten sposób można wpływać na zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska. Wprowadzenie do GOZ pofermentu z biogazowni rolniczych niesie za sobą nie tylko korzyści ekonomiczne (poprzez wykorzystanie organicznego nawozu), ale również przekłada się na niższe koszty zakupu energii. Dodatkowo, zrównoważone zarządzanie odpadami organicznymi zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia wód gruntowych i gleby, co ma pozytywny wpływ na jakość środowiska i zdrowia publicznego.
Do produkcji biometanu – gazu powstającego w procesie przetwarzania biomasy – można wykorzystać szeroki wachlarz substratów, z naciskiem na biomasę odpadową, której dostępność staje się coraz bardziej pożądana. W kontekście biometanu odpady przemysłowe dzielą się głównie na dwie kategorie:
- Resztki pochodzące z produktów rolniczych – są to odpady powstałe podczas produkcji roślinnej, na przykład słoma, liście oraz inne części roślin, które nie znajdują zastosowania w konsumpcji;
- Produkty pochodzenia zwierzęcego – obejmują głównie nawozy naturalne oraz inne produkty uboczne powstające przy hodowli zwierząt.
Każda z tych grup wymaga innego podejścia do oceny potencjału biomasy, uwzględniające odmienną wartość energetyczną i specyfikę składu chemicznego. Przewiduje się, że do 2050 roku, w wyniku odpowiednio wdrożonych polityk innowacji technologicznych, biomasa pochodząca z upraw energetycznych będzie stanowiła aż 26% substratów używanych w biogazowniach rolniczych. Uprawy, zwłaszcza te prowadzone na obszarach nieużytkowanych rolniczo lub realizowane pomiędzy sezonami, mogą istotnie przyczynić się do wzrostu produkcji biometanu. Dodatkowo, odpady z lasów stanowią cenny surowiec w produkcji biometanu. Dzięki zrównoważonemu zarządzaniu zasobami leśnymi, które obejmuje regenerację drzewostanu, można zwiększyć udział biomasy drzewnej bez szkody dla środowiska.
Pod względem dostępności biomasy wiodącymi krajami w Europie są Francja i Niemcy, które wyróżniają się rozwiniętym sektorem rolnym i leśnym. Należy pamiętać, że szacunki są obarczone pewnym stopniem niepewności, szczególnie w prognozach długoterminowych, ale mimo to przewiduje się, że do 2050 roku dostępna biomasa na terenie Unii Europejskiej oraz w dziesięciu krajach partnerskich pozwoli na produkcję biometanu o wysokiej wartości opałowej, szacowaną na ponad 1700 TWh HHV (Terawatogodzin Wysokiej Wartości Opałowej) (tabela I.B-1).
Potencjał biomasowy w wybranych krajach EU 27 + 10 (w THh)
| TWh | Pozostałości rolnicze | Uprawy pośrednie | Obornik | Odpady z przemysłu | Odpady zielone | Drewno leśne i pozostałości | Przycinanie |
| Francja | 38,00 | 62,60 | 30,40 | 6,58 | 20,61 | 71,12 | 3,95 |
| Niemcy | 21,83 | 41,04 | 21,72 | 4,47 | 17,64 | 97,67 | 0,89 |
| Turcja | 26,83 | 80,03 | 20,17 | 4,49 | 28,74 | 8,76 | 5,67 |
| Hiszpania | 24,22 | 48,37 | 15,42 | 4,20 | 17,35 | 11,68 | 11,48 |
| Rumunia | 26,06 | 43,30 | 5,03 | 1,11 | 6,00 | 31,52 | 1,52 |
| Polska | 15,43 | 45,77 | 10,33 | 2,91 | 9,69 | 19,57 | 0,52 |
| Szwecja | 1,78 | 5,04 | 0,37 | 0,20 | 8,78 | 80,52 | 0,01 |
| Włochy | 12,96 | 23,31 | 14,42 | 3,87 | 14,11 | 18,04 | 5,39 |
| Wielka Brytania | 12,07 | 19,56 | 27,15 | 2,30 | 21,83 | 7,38 | 0,0 |
| Finlandia | 1,61 | 5,08 | 0,72 | 0,24 | 5,97 | 43,45 | 0,0 |
Kraje w Europie dysponują znaczącym potencjałem biomasy do produkcji biometanu, który szacowany jest na 45,1 mld m³, z czego 41,1 mld m³ przypada na kraje UE-27. Taka ilość zrównoważonych surowców pozwala na realne osiągnięcie ambitnych celów określonych w programie REPowerEU 2030, który zakłada produkcję 35 mld m³ biometanu (wykres 2). W międzynarodowym raporcie Gas for Climate (z 2022 roku) oszacowano, że największy dostęp do biomasy będą miały takie kraje jak: Francja, Niemcy, Hiszpania oraz Polska, a poza UE duży potencjał w tym zakresie będzie miała Turcja. W perspektywie długoterminowej istotną rolę odegrają uprawy pośrednie, które mogą stanowić nawet około 26% całkowitej dostępnej biomasy. Dodatkowo, zwiększenie wykorzystania drewna z lasów przy zrównoważonym zarządzaniu zasobami drzewnymi mogłoby znacznie podnieść produkcję biometanu do roku 2050, wspierając cele klimatyczne i energetyczne w Europie.
Potencjał biometanu w 2030 r dla EU-27 i Europy
Do roku 2050 planowany jest wzrost produkcji biometanu w Europie do 98 mld m³. Wiodące w tym zakresie będą kraje takie jak Francja, Niemcy, Włochy, Hiszpania i Polska, które łącznie będą odpowiadać za ponad 50% całkowitego potencjału produkcji biometanu (wykres 3).
Potencjał biometanu w 2050 r dla EU-27 i Europy
