To właśnie w Europie zostały wyznaczone światowe standardy w rozwoju biogazowni, zarówno pod względem innowacyjności, jak i skali wykorzystania. Niemcy stały się liderem w biogazowniach rolniczych, gdzie odpady z pól i kiszonka kukurydziana zamieniają się w energię. Skandynawia zmienia oblicze transportu publicznego, zasilając autobusy biogazem produkowanym z miejskich bioodpadów. Francja natomiast rewolucjonizuje przemysł spożywczy, przekształcając resztki żywności w czystą energię, wpisując się w walkę z marnotrawstwem.
Biogaz znajduje szerokie zastosowanie w różnych obszarach energetyki i technologii. Najpopularniejsze sposoby jego wykorzystania obejmują:
- Produkcję energii w silnikach iskrowych (spalinowych).
- Produkcję energii cieplnej w przystosowanych kotłach gazowych – tym przypadku biogaz jest bezpośrednio spalany w kotłach, generując ciepło, które może być wykorzystane do ogrzewania budynków lub procesów przemysłowych.
- Produkcję energii elektrycznej i cieplnej w układach skojarzonych (kogeneratorach).
- Wykorzystanie biogazu jako paliwa do napędzania pojazdów (CNG) – biogaz może być oczyszczony i sprężony, stając się biometanem, który jest używany jako ekologiczne paliwo dla pojazdów.
- Wykorzystanie biogazu w procesach technologicznych.
Biogazownie można podzielić według kilku kryteriów: rodzaju stosowanych substratów, technologii procesu oraz ich mocy. Ze względu na biomasę, jaka jest w nich przetwarzana, można wyróżnić biogazownie komunalne, gdzie są utylizowane bioodpady z gospodarstw domowych i miast. Głównie są to ścieki, ale mogą to być też zebrane liście czy odpady kuchenne, który są zamieniane w biogaz, który może zasilać autobusy miejskie, jak ma to miejsce w Szwecji czy Holandii. Następnie można wyróżnić biogazownie utylizacyjne, gdzie dzięki dodatkowym modułom (higienizatorom) możliwa jest utylizacja w wyższych temperaturach oraz przy wyższym ciśnieniu odpadów stanowiących zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt (np. chore zwierzęta hodowlane). A także biogazownie rolnicze, w których wykorzystuje się odpady powstające w zakładach produkcyjnych, takich jak mleczarnie, rzeźnie czy browary, ale również inne organiczne substraty z rolnictwa, opisane dokładniej w dalszych częściach tego opracowania.
Biogazownie różnią się także wielkością i mocą:
- Mikrobiogazownie (do 50 kW) są stosowane głównie w małych gospodarstwach rolnych, gdzie energia jest zużywana na miejscu.
- Małe biogazownie (do 200 kW).
- Średnie biogazownie (do 500 kW).
- Duże biogazownie (powyżej 500 kW) przetwarzają odpady na ogromną skalę i często produkują energię dla całych regionów, przesyłając ją do sieci energetycznej.
W Polsce rozwój biogazowni koncentruje się na wykorzystaniu potencjału odpadów rolniczych. Większość instalacji to średniej wielkości biogazownie rolnicze. Niestety Polska wciąż ma stosunkowo niski wskaźnik wykorzystania biogazu w porównaniu do liderów europejskich, choć potencjał, zwłaszcza w sektorze rolniczym, jest ogromny.
Więcej o biogazie
Biogaz jest produktem procesów biochemicznych, zwanych fermentacją metanową, która zachodzi w warunkach beztlenowych. W procesie tym związki organiczne pochodzenia naturalnego, takie jak węglowodany, celuloza, skrobia, cukry, białka oraz tłuszcze roślinne i zwierzęce, są rozkładane (przez bakterie) na prostsze związki, z których końcowymi produktami są metan (CH₄) oraz dwutlenek węgla (CO₂). Fermentacja beztlenowa powszechnie występuje w naturze: w glebie, osadach dennych, torfowiskach, bagnach, mokradłach (znanych z powstawania tzw. gazu błotnego), a także na dnie jezior, mórz, w gnojowicy czy w układach pokarmowych przeżuwaczy, takich jak bydło.
Ten naturalny proces można wykorzystywać w kontrolowanych warunkach, do produkcji biogazu, a po oczyszczeniu, również biometanu, m.in. w:
- oczyszczalniach ścieków komunalnych,
- wysypiskach odpadów komunalnych (produkcja gazu wysypiskowego),
- biogazowniach rolniczych (gdzie wykorzystuje się odpady organiczne, takie jak odchody zwierząt, odpady roślinne i inne substraty biomasy).
Uszlachetnianie biogazu odbywa się w dwóch głównych etapach. Pierwszym jest oczyszczanie gazu z substancji szkodliwych, takich jak związki siarki, azotu i para wodna, co jest niezwykle ważne dla zapewnienia prawidłowej pracy generatora. Drugim etapem jest koncentracja metanu – zawartość metanu w surowym biogazie wynosi od 45% do 75%, natomiast po procesie uszlachetnienia może osiągnąć nawet 99,9%.
Biometan, posiadając właściwości zbliżone do gazu ziemnego po uszlachetnieniu, może być wprowadzany do istniejących sieci gazowych, co czyni go odnawialnym źródłem energii zdolnym do zastąpienia paliw kopalnych(IEA, 2020).Głównymi składnikami biogazu są: metan (50–75%), dwutlenek węgla oraz woda. Oprócz tych substancji biogaz zawiera również niewielkie ilości związków takich jak: azot, amoniak, siarkowodór, tlenek węgla, merkaptany, alkohole, ketony, estry, silany, siloksany, chlorowane związki organiczne oraz wodór (tabela 9). Choć są to składniki śladowe, mają znaczenie w procesie oczyszczania biogazu oraz jego dalszym wykorzystaniu.
Skład biogazu
| Składnik | Zawartość |
| Metan (CH4) | 40–75% |
| Dwutlenek węgla (CO2) | 25–45% |
| Woda (H2O) | 2–7% |
| Siarkowodór (H2S) | 20–20 000 ppm* |
| Azot (N2) | < 2% |
| Tlen (O2) | <2% |
| Wodór (H2) | <1% |
| Inne | śladowe ilości |
*) 1 ppm – jedna cząsteczka związku na milion cząsteczek biogazu
W dniu 1 stycznia 2020 r. weszły w życie przepisy kolejnej nowelizacji o odnawialnych źródłach energii, które m.in. rozszerzyły definicję biogazu rolniczego. Zgodnie z nową regulacją, biogaz rolniczy oznacza gaz otrzymywany w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych, odpadów lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej lub biomasy roślinnej zebranej z terenów innych niż zaewidencjonowane jako rolne lub leśne, z wyłączeniem biogazu pozyskanego z surowców pochodzących ze składowisk odpadów, a także oczyszczalni ścieków, w tym zakładowych oczyszczalni ścieków z przetwórstwa rolno-spożywczego, w których nie jest prowadzony rozdział ścieków przemysłowych od pozostałych rodzajów osadów i ścieków. Wytwórca wykonujący działalność gospodarczą w zakresie biogazu rolniczego jest zobowiązany wykorzystywać wyłącznie substraty wymienione w definicji biogazu rolniczego.
Definicja biogazowni rolniczej pozostała bez zmian, czyli jest taka, jak podaje ustawa z dnia 20 lutego 2015 roku o odnawialnych źródła energii – instalacja odnawialnego źródła energii służąca do wytwarzania biogazu rolniczego, energii elektrycznej z biogazu rolniczego, ciepła z biogazu rolniczego lub biometanu z biogazu rolniczego.
Biogazownie rolnicze służą do zagospodarowywania produktów takich jak:
- produkty uboczne z rolnictwa pochodzenia zwierzęcego, w tym: gnojowica, obornik, kurzak itp.,
- produkty uboczne z rolnictwa pochodzenia roślinnego, pozostałości po produktach rolnych (kiszonka),
- pozostałości po procesach przetwórstwa spożywczego,
- pozostałości z przetwórstwa owocowo-warzywnego;
a następnie do przetwarzania ich w procesie fermentacji metanowej na biogaz, z którego w procesie kogeneracji otrzymujemy energię elektryczną i cieplną.
W kontekście zrównoważonego rozwoju coraz większy nacisk kładzie się na pozyskiwanie surowców z odpadów i resztek, będących produktami ubocznymi działalności ludzkiej i zwierzęcej, które dotychczas były wykorzystywane tylko częściowo lub pozostawały niewykorzystane. Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) szacuje, że w 2018 roku stopień wykorzystania tych surowców stanowił jedynie 5% obecnego potencjału produkcyjnego biometanu. IEA zaproponowała podział surowców na dwie kategorie: pierwszej generacji (1G) oraz drugiej generacji (2G).
Surowce pierwszej generacji (1G) wg IEA
Surowce drugiej generacji (2G) wg IEA
