W czerwcu br. Eurostat, czyli biuro statystyczne Unii Europejskiej podało, iż emisja dwutlenku węgla z paliw kopalnych spadła w roku ubiegłym w UE o 5 proc. w porównaniu z 2013 r.
Co ciekawe – Polsce udało się nawet uzyskać wynik nieco lepszy aniżeli wynosi średnia europejska o ok. 0,3 proc. Czy zatem możemy pokusić się o stwierdzenie, że polska polityka redukcji emisji dwutlenku węgla przynosi realne skutki? Czy poza znanymi metodami i wprowadzeniem biopaliw realne do wdrożenia są inne instrumenty polityki redukcji emisji CO2 bądź wprowadzenie innych paliw zastępczych?

Coraz częściej i głośniej mówi się o wykorzystaniu Stałych Paliw Wtórnych przez sektor energetyczny, głównie ciepłownictwo. Kierunek ten po ostatnich zmianach ustawodawstwa tym bardziej nabrał tempa, a analizy opłacalności wykorzystania słynnych „paliw z odpadów” przeprowadza większość ciepłowni i elektrowni, szczególnie tych stojących przed planami modernizacyjnymi. Na podstawie – Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 r w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcenia odpadów z późniejszymi zmianami, Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 04 listopada 2008 r w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody oraz Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r w sprawie standardów emisyjnych z instalacji można stwierdzić, że paliwa alternatywne, które mają status odpadu o kodzie 19 12 10 mogą być poddawane procesowi spalania lub współspalania tylko w instalacjach, które spełniają wymagania powyżej wymienionych rozporządzeń. W każdej przeprowadzonej analizie spotykamy się także ze stwierdzeniem: inwestycja charakteryzuje się wyższym współczynnikiem opłacalności przy zaliczeniu części energii odzyskanej z termicznego przekształcenia paliwa z odpadów jako energię odnawialną (frakcje biodegradowalne) – wsparcie dla OZE.
Owszem, nie wszystko w tym temacie obecnie jest przejrzyste i oczywiste, regulacje prawne mają różne interpretacje ale z pewnością jedna rzecz jest pewna: paliwa alternatywne zawierają części biogenne, a co za tym idzie część emisji dwutlenku węgla powstającej przy ich spalaniu podlega odliczeniom jako „emisja zerowa”. Jak wyznaczyć zatem zawartość biogenną w paliwie? Jak wyznaczyć wskaźnik emisji? Parę słów na ten temat prezentujemy poniżej.
Podstawowymi parametrami do określenia rzeczywistych współczynników emisji CO2 jest wartość opałowa, zawartość węgla całkowitego oraz w przypadku emisji biogennej zawartość frakcji biodegradowalnej. Ważne jest, aby wykonywane badania były przeprowadzone na próbkach reprezentatywnych oraz właściwe wykonanie analiz. W tym obszarze kilka lat temu Europejski Komitet Normalizacyjny przyjął pakiet norm, dzięki którym możemy standardowo określać parametry stałych paliw wtórnych. Do podstawowych należą:

Numer normyTytuł normy
PN-EN 15400:2011Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie wartości opałowej
PN-EN 15402:2011Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości części lotnych
PN-EN 15403:2011Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości popiołu
PN-EN 15414-3:2011Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości wilgoci metodą suszarkową - Część 3: Wilgoć w ogólnej próbce analitycznej
PN-EN 15410:2011Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania pierwiastków głównych (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, Si, Ti)
PN-EN 15411:2011Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania pierwiastków śladowych (As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V, Zn)
PN-EN 15407:2011Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości węgla (C), wodoru (H) i azotu (N)
PN-EN 15408:2011Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości siarki (S), chloru (Cl), fluoru (F) i bromu (Br)
PN-EN 15440:2011Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości biomasy

W tym miejscu bardziej szczegółowo przyjrzymy się normie PN-EN 15440:2011 oraz możliwościom analizy laboratoryjne określania frakcji biomasy.
Według Rozporządzenia Komisji Unii Europejskiej Nr 601/2012 z dnia 21 czerwca 2012 r. w sprawie monitorowania i raportowania w zakresie emisji gazów cieplarnianych zgodnie z dyrektywą 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady, określenie frakcji biodegradowalnej jako biomasy zawartej w paliwach z odpadów przez operatora instalacji powinno odbywać się w następujący sposób: „Jeśli z zastrzeżeniem wymaganego poziomu dokładności, a także dostępności właściwych wartości domyślnych, o których mowa w art. 31 ust. 1, wartość frakcji biomasy określonego paliwa lub materiału wyznacza się w drodze analiz, prowadzący instalację wyznacza taką wartość frakcji biomasy na podstawie odpowiedniej normy oraz z zastosowaniem określonych w niej metod analitycznych, a ponadto stosuje taką normę tylko w przypadku jej zatwierdzenia przez właściwy organ” (artykuł 39).
W myśl powyższego, najwłaściwszą ścieżką wyznaczenia frakcji biomasy w paliwie jest analiza wg przytoczonej wcześniej normy – PN-EN 15440:2011 („Stałe paliwa wtórne – Metody oznaczania zawartości biomasy”), która to ma zastosowanie dla materiałów stałych (zazwyczaj odpadów). Oferuje ona trzy metody określania frakcji biomasy materiałów mieszanych:

  1. Metodę selektywnego rozpuszczania
  2. Metodę ręcznego sortowania
  3. Metodę C14.

Załącznik informacyjny D do ww. normy wskazuje, że metoda 1 daje niewłaściwe i błędne wyniki dla kilku materiałów (tj. materiały kopalne przedstawiane jako biomasa lub biomasa jest identyfikowana jako kopalina). Metoda 2 ma zastosowanie jedynie wtedy, gdy optycznie i fizycznie rozróżnialne frakcje mogą być rozdzielone i zliczone. Norma ustanawia, że wielkość cząstek powinna być > 10mm.
Metoda 3 ma zastosowanie do wszystkich typów materiałów. Dlatego też w punkcie 6.3 norma wyjaśnia, że w celu określenia biomasy na potrzeby handlu emisjami, „może być stosowana metoda 14C lub metoda selektywnego rozpuszczania”. Nie wolno stosować metody selektywnego rozpuszczania, jeżeli materiały wymienione w Tabeli 1 stanowią ponad 5% (dla odpadów gumowych poziomem tym jest 10%).

Tabela 1. Materiały dla których metoda selektywnego rozpuszczania jest nieodpowiednia zgodnie z normą PN-EN 15440:2011
Paliwa stałe jak węgiel kamienny, koks, węgiel brunatny, lignit i torf
Węgiel drzewny
Biodegradowalne tworzywa sztuczne pochodzenia kopalnego
Nie biodegradowalne tworzywa sztuczne pochodzenia biogennego
Naturalne i/lub syntetyczne odpady/pozostałości gumy
Wełna
Wiskoza
Nylon, poliuteran lub inne polimery zawierające grupy cząsteczek aminowych
Guma silikonowa
Olej lub tłuszcz obecne jako składnik biomasy

Patrząc na skład obecnie wytwarzanych stałych paliw wtórnych wydaje się, że powszechnie stosowaną powinna być metoda C14. Wbrew krążącym opiniom metoda jest krótsza od metody selektywnego roztwarzania (średni czas badania próbki w jedynym akredytowanym polskim laboratorium wynosi obecnie 48 h) oraz także przystępna cenowo. Zasadą metody C14 jest oznaczanie zawartości biomasy poprzez zmierzenie zawartości izotopu węgla C14 obecnego w próbce. Zawartość biomasy w jednostkach węgla całkowitego przeliczana jest z proporcji ilości oznaczonego izotopu C14 w badanym materiale i ilości izotopu C14 w atmosferze w czasie, gdy biomasa ta zaczęła ulegać rozkładowi.

Obecnie powszechnie stosowane są trzy podstawowe metody analizy C14:

  • LSC – Liquid Scintillation-counter Method,
  • BI – Beta-jonisation,
  • AMS – Accelerator Mass Spectrometry

W jedynym polskim akredytowanym laboratorium określającym zawartość biomasy w paliwach alternatywnych wykorzystuje się metodę LSC poprzez wykorzystanie spektrometru ciekłoscyntylacyjnego.
Dla typowych Stałych Paliw Wtórnych przygotowanych ze zmieszanych odpadów komunalnych średnia zawartość frakcji bio sięga do ok. 55%, choć zdarzają się jednak i takie, gdzie wartość ta jest wyższa. Warto podkreślić również fakt, że zawartość „biomasy” w gumach, odpadach gumowych czy mixach gumowych wynosi nawet ponad 20%.
Jak widać, termiczne przekształcanie odpowiednio przygotowanych paliw alternatywnych może powodować zmniejszenie całkowitej emisji dwutlenku węgla i wyrażenie jej poprzez częściową emisję zerową dzięki udokumentowanej zawartości biomasy w paliwie.
Ile może zatem wynieść biogenna emisja CO2?

Przykładowo dla standardowego stałego paliwa wtórnego o parametrach:

  • zawartość węgla całkowitego: 42 % ± 1,5
  • wartość opałowa: 18436 kJ/kg ± 2397
  • zawartość frakcji biodegradowalnej – udział masowy biomasy metodą C14: 46,5 % ± 10,5

Współczynniki emisji CO2 wyliczone na podstawie Rozporządzenia Komisji (UE) nr 601/2012 z dnia 21 czerwca 2012 r. mogą wynosić:

WspółczynnikJednostka[t CO2/TJ]
Całkowity współczynnik emisji CO283,6
Biogenny współczynnik emisji CO238,8
Niebiogenny współczynnik emisji CO244,8

Jak widzimy, właściwe określenie zawartości biomasy w paliwie ma duże znaczenie przy końcowym rozrachunku emisji CO2, a co za tym idzie między innymi przy raportowaniu emisji zerowej.

Zestawiając otrzymane współczynniki z informacjami, iż uprawnienia EUA w sierpniu br. trzeci miesiąc z rzędu zyskały na wartości – ok. 2,5% w stosunku do lipca, a średnia cena uprawnień EUA wyniosła odpowiednio 8,08 euro napawa z jednej strony optymizmem, że jesteśmy w stanie sprostać wymaganiom pakietu klimatycznego, a z drugiej pokazuje, że przy rosnących cenach uprawnień EUA oraz dogodnych limitach emisji CO2 Polscy operatorzy instalacji wykorzystujący paliwa alternatywne oraz podlegający handlu emisjami mogą najwyraźniej w najbliższej przyszłości spać spokojnie.

Podsumowując: paliwa z odpadów mogą przyczynić się do obniżenia emisji CO2, a tym samym wspomóc politykę gospodarki odpadami.