Poljski znanstvenici otkrivaju kako regulatorne barijere sprječavaju razvoj održivog sustava upravljanja organskim otpadom
Europska unija godišnje proizvodi gotovo 59 milijuna tona otpada od hrane, pri čemu više od polovice tog otpada potječe iz kućanstava. Dok se kompostiranje često promovira kao rješenje za upravljanje organskim otpadom, anaerobna digestija koja proizvodi bioplin nudi dodatnu prednost – stvaranje obnovljivog izvora energije. Novo istraživanje objavljeno u časopisu Energies otkriva paradoksalnu situaciju: unatoč tehničkoj izvedivosti i ekološkim prednostima, kućna proizvodnja bioplina u Europi suočava se s značajnim pravnim i regulatornim preprekama koje onemogućavaju njen razvoj.
Znanstvenici iz Instituta za naftu i plin u Krakovu proveli su sveobuhvatnu analizu cijelog lanca vrijednosti bioplina proizvedenog u kućnim uvjetima, od dostupnosti sirovina preko procesa fermentacije do konačne uporabe dobivenog plina. Njihova studija otkriva da tehnički izazovi nisu glavni problem – ključna prepreka leži u zakonodavnom okviru koji bioplin ne tretira kao legitimno gorivo za kućansku uporabu.
Dostupnost supstrata nije ograničavajući faktor
Analiza pokazuje da Europa ima više nego dovoljno organskog otpada za podršku kućnoj proizvodnji bioplina. Prosječno kućanstvo u Europskoj uniji proizvodi između 7 i 86,5 kilograma otpada od hrane godišnje, ovisno o zemlji. Južna Koreja prednjači s 86,5 kilograma po stanovniku godišnje, dok Rumunjska bilježi najniže vrijednosti od oko 7 kilograma.
Međutim, otpad od hrane nije jedini supstrat dostupan za kućnu proizvodnju bioplina. Zeleni otpad iz vrtova i parkova, uključujući pokošenu travu i lišće, predstavlja dodatni značajan resurs. Prema Direktivi 2008/98/EZ Europskog parlamenta i Vijeća, bio-otpad definiran je kao biorazgradivi otpad iz vrtova i parkova, otpad od hrane i kuhinje iz kućanstava, restorana, ugostiteljskih objekata i maloprodaje, kao i usporedivi otpad iz pogona za preradu hrane.
Direktiva eksplicitno identificira kompostiranje kao prikladnu metodu za upravljanje bio-otpadom, ali ne pruža sličan fokus na proizvodnju bioplina iz takvog otpada. Ipak, preporuke usvojene od strane “Europskog građanskog panela o otpadu od hrane” sugeriraju da bi životni ciklus otpada od hrane trebao slijediti ovu hijerarhiju: konzumacija od strane ljudi, konzumacija od strane životinja, pretvorba u biogoriva i konačno kompostiranje.
Psihofilna fermentacija omogućava proizvodnju tijekom cijele godine
Jedan od ključnih tehničkih izazova za kućnu proizvodnju bioplina u Europi je klimatska prilagodba. Prema standardu EN ISO 23590:2021, koji definira zahtjeve za kućne sustave za proizvodnju bioplina, digestor bi trebao biti smješten na otvorenom ili u dobro ventiliranom prostoru gdje se izmjena zraka odvija najmanje pet puta na sat.
Anaerobna digestija općenito funkcionira u tri optimalna temperaturna raspona: psihofilni (ispod 20 stupnjeva Celzijusa), mezofilni (20-43 stupnja Celzijusa, s optimalnom temperaturom od 35-37 stupnjeva) i termofilni (50-60 stupnjeva Celzijusa, optimalno na 55 stupnjeva). S obzirom na prosječne mjesečne temperature u različitim dijelovima Europe, čini se da je jedini izvediv proces anaerobne digestije za kućne biogas postrojenja onaj koji se odvija u psihofilnim uvjetima.
Istraživanja o anaerobnoj digestiji u psihofilnim uvjetima osporila su predodžbu da temperaturne fluktuacije predstavljaju značajan izazov za proces u hladnim regijama. Iako takve fluktuacije utječu na strukturu i aktivnost mikrobnih populacija, što dovodi do smanjenog prinosa bioplina, to se može ublažiti korištenjem psihofilnih mikroorganizama. Ovi mikroorganizmi imaju optimalnu temperaturu rasta od 15 stupnjeva Celzijusa i maksimalnu temperaturu rasta od 20 stupnjeva.
Analiza prosječnih mjesečnih temperatura u europskim zemljama pokazuje da su uvjeti optimalni za anaerobnu digestiju s psihofilnim mikroorganizmima otprilike 5 mjeseci godišnje. Ovo razdoblje je najkraće na Islandu, gdje traje samo 2 mjeseca, a najduže u zemljama poput Monaka, Portugala i Španjolske, gdje traje 8 mjeseci. U 24 od 45 analiziranih zemalja javljaju se razdoblja kada prosječne mjesečne temperature prelaze 20 stupnjeva Celzijusa, što zahtijeva korištenje psihotrofnih organizama tijekom dijela godine.
Pročišćavanje bioplina tehnički je jednostavno
Prema standardu EN ISO 23590, bioplin proizveden u kućnom biogas postrojenju trebao bi biti osušen i pročišćen kako bi se uklonio višak sumporovodika. Međutim, standard ne specificira metodu koja bi se trebala koristiti za proces pročišćavanja bioplina.
Voda i sumporovodika su primarne nečistoće u bioplinu, a njihove koncentracije mogu značajno varirati. Sirovi bioplin na temperaturama između 40 i 50 stupnjeva Celzijusa zasićen je vodenom parom, što znači da je točka rosišta nezasićenog bioplina unutar ovog temperaturnog raspona. Hlađenje bioplina rezultira uklanjanjem značajnog dijela vlage. Najjednostavnija metoda za sušenje bioplina je njegovo hlađenje, što omogućava sušenje do razine gdje temperatura točke rosišta vode iznosi 0,5 stupnjeva Celzijusa (pri tlaku od 1 atmosfere), a sadržaj vode ne prelazi 100 miligrama po kubnom metru.
Sumporovodika je uvijek prisutna u bioplinu kada supstrat korišten za proizvodnju bioplina sadrži sumpor. Međutim, koncentracija sumporovodika može varirati ovisno o sirovini iz koje se bioplin proizvodi. Koncentracija sumporovodika u sirovom poljoprivrednom bioplinu može varirati u širokom rasponu, od nekoliko desetaka ppm do čak 5,5 posto, iako većina literature ukazuje da sadržaj sumporovodika ne bi trebao prelaziti 2 posto prije desulfurizacije.
Metode za uklanjanje sumporovodika iz bioplina mogu se kategorizirati u tri skupine: biološka desulfurizacija, apsorpcija u tekuću otopinu (npr. vodu) i adsorpcija na čvrsti adsorbent (željezna spužva, pelete željeznog oksida, aktivni ugljen). Zbog troškova i jednostavnosti, najprikladnija rješenja za kućne sustave bioplina uključuju procese desulfurizacije korištenjem tekućih ili čvrstih sorbenata. Korištenje odgovarajućih sorbenata može smanjiti sadržaj sumporovodika za čak 98 posto.
Skladištenje bioplina u fleksibilnim spremnicima
Na europskoj razini, pitanja vezana uz skladištenje bioplina u kućnim sustavima nisu regulirana. Tehnički aspekti kako bi bioplin iz kućnih biogas postrojenja trebao biti sigurno i učinkovito skladišten nisu detaljno opisani ni u standardu EN ISO 23590. Standard samo preporučuje da “materijali korišteni u konstrukciji digestora i komore za skladištenje bioplina trebaju biti takvi da ne daju boju, miris ili toksični učinak i ne kontaminiraju biomasu”.
Materijali korišteni u konstrukciji kućnog sustava za bioplin trebaju biti kompatibilni s okruženjem bioplina, imati vlačnu čvrstoću ne manju od 12 N/mm², propusnost plina manju od 350 cm³/m²/dan/bar metana i ne smiju biti opasni za korisnika. Dodatno, unutarnje i vanjske površine digestora bioplina i skladišta bioplina trebaju biti bez skrivenih unutarnjih defekata poput mjehurića zraka, udubina i metalnih ili drugih stranih materijala.
To znači da se bioplin može skladištiti i u čeličnim tlačnim posudama i u fleksibilnim polimernim niskotlačnim spremnicima. Mogu se koristiti i rješenja u kojima se bioplin privremeno skladišti u komori za fermentaciju, a zatim izravno koristi za napajanje plinskih uređaja. Međutim, ovo rješenje može generirati probleme povezane s niskim protokom plina tijekom rada uređaja.
U slučaju tlačnih posuda, dodatna komponenta za kućni sustav bioplina bio bi plinski kompresor. Takvo rješenje značajno povećava troškove proizvodnje kućnog biogas postrojenja i povećava složenost njegove naknadne uporabe. Iz tih razloga, optimalna rješenja za skladištenje bioplina proizvedenog u kućnim biogas postrojenjima su fleksibilni polimerni spremnici. Međutim, slično kao kod kućnih sustava za bioplin, dostupnost namjenskih fleksibilnih spremnika za skladištenje bioplina na europskom tržištu je ograničena.
Pravna prepreka: bioplin nije priznat kao gorivo
Iako je bioplin proizveden u kućnim sustavima primarno namijenjen za kuhanje, ova informacija uglavnom se odnosi na rješenja primijenjena izvan Europe. Uporaba bioplina na ovaj način čini se otežanom u Europi zbog pravnih propisa kako na europskoj razini tako i nekih lokalnih odredbi.
Ograničenje na razini EU-a može biti činjenica da, prema Uredbi (EU) 2016/426 Europskog parlamenta i Vijeća od 9. ožujka 2016. o uređajima koji sagorijevaju plinovita goriva, uredba obuhvaća uređaje i opremu koji su novi na tržištu EU-a u trenutku kada se stavljaju na tržište. Prema članku 4. ove uredbe, države članice obavještavaju Komisiju i druge države članice o vrstama plinova i odgovarajućim tlakovima opskrbe koji se koriste na njihovom teritoriju.
To znači da kako bi uređaj dizajniran za sagorijevanje određene vrste goriva mogao biti stavljen na tržište, gorivo mora biti odgovarajuće prijavljeno. Međutim, bioplin kao gorivo nije prijavila nijedna država članica EU-a.
Dodatno, bioplin nije klasificiran kao plinovito gorivo u standardu EN 437:2021-09, “Ispitni plinovi – Ispitni tlakovi – Kategorije opreme”, koji specificira plinove za ispitivanje, ispitne tlakove i kategorije uređaja povezanih s uporabom plinovitih goriva iz prve, druge i treće obitelji. Ovaj standard služi kao referentni dokument za druge standarde vezane uz uređaje.
Odsutnost bioplina kao definiranog plinovitog goriva u standardu EN 437:2021-09 znači da se uređaji ne mogu testirati na usklađenost s referentnim standardima i, posljedično, ne mogu biti stavljeni na europsko tržište. Industrijski bioplin ima slična fizikalno-kemijska svojstva kao plin iz Grupe S, koji se regionalno koristi u Mađarskoj. Stoga se može pretpostaviti, u ograničenoj mjeri, da se uređaji dizajnirani za plin Grupe S mogu sigurno koristiti s industrijskim bioplinom.
Međutim, ova pretpostavka nije valjana za bioplin proizveden u kućnim sustavima, jer je bioplin proizveden u tim uvjetima slabo desulfuriziran (sa sadržajem sumporovodika oko 50 ppm) i također može sadržavati veće količine kisika i ugljičnog dioksida od plina Grupe S. S obzirom na potencijalnu varijabilnost bioplina proizvedenog u kućnim uvjetima, ovisno o supstratima i uvjetima procesa fermentacije, kao i nedostatak kontinuirane kontrole kvalitete proizvedenog plina, korištenje uređaja namijenjenih za plin Grupe S za sagorijevanje bioplina nije prikladno.
Paradoks europske energetske politike
Sam dizajn i proizvodnja uređaja sposobnog sigurno koristiti bioplin nije dovoljan za njegovo stavljanje na tržište zbog formalnih i pravnih prepreka koje isključuju bioplin i njegove derivate (isključujući biometan) iz ovog dijela tržišta namijenjenog pojedinačnim potrošačima. Važno je napomenuti da se bioplin proizveden u kućnom biogas postrojenju u Europi trenutno ne može koristiti ni u jednom uređaju za sagorijevanje (npr. roštilji, plinski štednjaci, bojleri) koji su proizvedeni i/ili odobreni za prodaju na europskom tržištu.
Naravno, vlasnik kućnog biogas postrojenja može koristiti gorivo proizvedeno u njemu s uređajima dostupnima na azijskim ili američkim tržištima, ali takav uređaj može uvesti u EU samo privatna osoba za osobnu uporabu. Ova situacija dovodi do nekoliko neugodnosti i može imati negativne posljedice za potencijalne korisnike, poput ograničavanja prava vezanih uz jamstvo proizvođača ili problema vezanih uz pokrivenost osiguranja, te nedostatka CE oznake.
Ova regulatorna praznina posebno je paradoksalna kada se uzme u obzir da EU aktivno promiče obnovljive izvore energije i kružno gospodarstvo. Europska zelena agenda, EU strategija za metan i strategija integracije energetskog sustava svi naglašavaju važnost bioplina i biometana u dekarbonizaciji energetskog sektora. Ipak, kućna proizvodnja bioplina – koja bi mogla značajno doprinijeti ovim ciljevima – ostaje pravno marginalizirana.
Digestat kao vrijedan nusproizvod
Nusproizvod proizvodnje bioplina u kućnim sustavima je digestat, koji se može koristiti kao bio-gnojivo. Ovaj proizvod treba upravljati ili odlagati na ekološki siguran način. Prema Uredbi (EU) 2019/1009 Europskog parlamenta i Vijeća od 5. lipnja 2019., digestat se može koristiti kao supstrat za proizvodnju gnojiva.
Digestat iz procesa fermentacije koji se može koristiti u proizvodnji gnojiva uključuje svježi digestat usjeva (CMC 4) i digestat osim svježeg digestata usjeva (CMC 5). Digestat, osim svježeg digestata usjeva, može se dalje odvojiti u čvrste i tekuće frakcije prije korištenja za proizvodnju gnojiva. Međutim, ovi propisi primarno se odnose na primjene industrijskog razmjera.
Na isti način, nakon odvajanja čvrstih i tekućih frakcija ostataka fermentacije iz kućnih instalacija, mogu se koristiti kao gnojivo u domaćim primjenama. Efluent iz proizvodnje bioplina može se izravno koristiti kao gnojivo u poljoprivredi, jer anaerobna fermentacija organske tvari rezultira lako apsorbirajućim hranjivim tvarima poput dušika, fosfora i kalija, koje su korisne za biljke.
Čvrsta frakcija digestata također može služiti kao gnojivo, sadržavajući značajne količine organske tvari i fosfora, što može poboljšati sastav tla. Nadalje, digestat se može pretvoriti u kompost, a zatim koristiti kao medij za uzgoj biljaka ili za regeneraciju zemljišta.
Ekonomske i ekološke prednosti kućne proizvodnje
Koncept proizvodnje bioplina izravno u kućanstvima iz otpada generiranog unutar njih nudi mnoge prednosti i doprinosi očuvanju resursa. Prije svega, pomaže smanjiti transport biorazgradivog otpada, snižava troškove povezane s nadogradnjom bioplina u biometan i smanjuje gubitke energije uzrokovane potrebom za transportom i distribucijom biometana od mjesta proizvodnje do krajnjih korisnika.
Ovo rješenje posebno je popularno u područjima gdje kućanstva imaju ograničen pristup plinskoj mreži. U takvim slučajevima, bioplin proizveden u kućnim sustavima koristi se za kuhanje i pruža zgodnu alternativu nezgodnijim rješenjima zasnovanim na čvrstim gorivima (poput ugljena ili drva).
Za europska kućanstva, od kojih većina ima pristup plinskim mrežama ili električne energije dobivene, barem djelomično, iz obnovljivih izvora, opcija proizvodnje i korištenja bioplina u domaće svrhe može se činiti manje privlačnom. Međutim, sposobnost prerade biorazgradivog otpada na mjestu nastanka, uz istovremeno dobivanje obnovljive energije i gnojiva za uzgoj biljaka, usklađuje se s načelima kružnog gospodarstva i može poslužiti kao čimbenik koji promiče takva rješenja u europskim kućanstvima.
Uspješni primjeri iz drugih dijelova svijeta
Dok Europa zaostaje u kućnoj proizvodnji bioplina, druge regije svijeta pokazuju impresivne rezultate. SNV organizacija instalirala je približno 52.000 kućnih biogas postrojenja u 14 zemalja između 2020. i 2021. godine, uglavnom u Africi i Aziji. Ovi projekti pokazali su poboljšanja javnog zdravlja smanjenjem onečišćenja zraka u zatvorenom prostoru od tradicionalnih metoda kuhanja na biomasu, kao i socioekonomske koristi smanjenjem troškova goriva i stvaranjem digestata bogatog hranjivim tvarima za poljoprivredu.
Institucije poput Montana State University i grada Bozemana podržavaju napore za promicanje i poboljšanje učinkovitosti kućne proizvodnje bioplina kroz projekte financirane od strane Agencije za zaštitu okoliša SAD-a. Ovi programi pokazuju da je tehnologija zrela i da može značajno doprinijeti održivom upravljanju otpadom i energetskoj neovisnosti.
Preporuke za razvoj sektora
Kako bi se podržala ekspanzija kućnih sustava za bioplin u Europi, potrebno je poduzeti nekoliko mjera. Prije svega, nužna je harmonizacija zakonodavstva EU-a, posebno u registraciji goriva i certifikaciji uređaja. To uključuje zagovaranje ažuriranja standarda EN 437 kako bi uključio bioplin kao gorivo koje se može testirati, te razvoj EU-širih standarda kvalitete za kućni bioplin kako bi se osigurala sigurnost i kompatibilnost.
Potrebno je promicati edukaciju korisnika kućnog bioplina kroz razvoj prilagođenih smjernica i najboljih praksi za upravljanje digestatom na razini kućanstva, proširenu tehničku obuku i korisničku podršku, kampanje za podizanje svijesti javnosti i edukaciju, te informacije o sigurnoj i učinkovitoj primjeni digestata na usjeve.
Ulaganje u istraživanje i razvoj kompaktnih, učinkovitih tehnologija ključno je za budućnost sektora. To uključuje poticanje inovacija i razvoja tržišta za tehnologije prerade digestata malog razmjera, podršku istraživanju tehnologija pročišćavanja niskih troškova za stabilizaciju kvalitete plina, poticanje pilot regulatornih programa koji omogućavaju certificirane uređaje za kućnu uporabu bioplina, povećane financijske poticaje i subvencije za instalacije malog razmjera, te pojednostavljenje administrativnih procedura i smanjenje vremena odobravanja kako bi se potaknulo više korisnika na ulaganje.
Povećanje dostupnosti i pristupačnosti odgovarajućih rješenja za skladištenje, zajedno s daljnjom standardizacijom i certifikacijom, bilo bi korisno. Potrebna je podrška za razvoj lokalnih energetskih mreža i projekata zajedničke energije kako bi se promicala suradnja i dijeljenje bioplina na lokalnoj razini, te promicanje poslovnih modela kružnog gospodarstva koji integriraju proizvodnju energije s recikliranjem otpada i oporabom resursa.
Kućna proizvodnja bioplina u Europi ima ogroman potencijal za doprinos ciljevima klimatske neutralnosti EU-a omogućavanjem decentralizirane, održive proizvodnje energije i promicanjem kružnog upravljanja otpadom na lokalnoj razini. Međutim, kritično ograničenje ostaje odsutnost bioplina kao registriranog kućnog goriva u zakonodavstvu EU-a, što sprječava certificiranje uređaja za njegovu uporabu. Ova regulatorna praznina ne samo da usporava razvoj tržišta, već i potkopava šire klimatske i energetske ciljeve EU-a.
Potrebna je daljnja socioekonomska istraživanja kako bi se bolje razumjele motivacije korisnika, prepreke i dugoročna održivost rješenja kućnog bioplina, što bi omogućilo razvoj ciljanih politika i mjera podrške za učinkovito promicanje njihove šire primjene. Uspješno rješavanje ovih izazova moglo bi transformirati način na koji Europa upravlja organskim otpadom i proizvodi obnovljivu energiju na razini kućanstva.
SAVJETODAVNI PARTNER
