Wytwarzanie i zagospodarowanie paliw alternatywnych: stan obecny i perspektywy (cz. I)

Zanim o paliwach to pozwolę sobie zacząć od słowa-klucza obecnych czasów, a chodzi o gospodarkę o obiegu zamkniętym (GOZ). Czym jest zatem GOZ i w jaki sposób z paliwami alternatywnymi się wiąże?

Wprowadzenie w życie określonych koncepcji posługuje się często nośnymi hasłami. Jeszcze do niedawna takim hasłem kluczem odmienianym przez wszystkie przypadki był „zrównoważony rozwój”. Dzisiaj gdziekolwiek się nie obejrzymy to słyszy się o gospodarce o obiegu zamkniętym, często określanym skrótem GOZ (ang. circular economy).

O co chodzi z tym GOZ-em?

Wypada zatem na początek wyjaśnić o co chodzi, czy jest to rzeczywiście nowa koncepcja i jakie przesłanie stoi za tym obecnie modnym trendem. W dzisiejszej gospodarce dominuje pewien model, który ukształtował się dość dawno bo w połowie XX wieku. Opiera się on na prostej, liniowej zasadzie określonej jako „weź, wyprodukuj, zużyj i wyrzuć”, stąd też często określany jest modelem liniowym. Jednak z punktu obserwacji dnia dzisiejszego wiemy, że przyjęte założenia dla tego modelu czyli nieskończoność zasobów naturalnych i nieograniczone możliwości składowania odpadów są nie do przyjęcia.

Dlaczego nowy model gospodarki jest potrzebny?

O tym, że żyjemy w czasach przewymiarowanego konsumpcjonizmu nikogo nie trzeba przekonywać. Udając się do sklepów widzimy, że kupujemy coraz więcej. Przywiązanie do rzeczy, z pewnością wielu niepotrzebnych, jest też na tyle zakorzenione w naszym społeczeństwie, że zaczęło być uważane za zagrożenie dla naszego bytu na ziemi. Stąd konieczne stało się znalezienie pewnego rozwiązania pozwalającego na zerwanie z formą rabunkowej gospodarki na rzecz zachowania zasobów naturalnych dla przyszłych pokoleń. W imię tej koncepcji powrócono do pewnej idei zapoczątkowanej przez Waltera Stahela, który dostrzegając potencjalne problemy społeczne i środowiskowe wytyczył nową drogę w myśleniu o gospodarce. Nakreślił model zapętlonej gospodarki, model gdzie zwraca się uwagę na oszczędzanie zasobów naturalnych i ograniczenie powstawania odpadów. Stąd GOZ to kierunek mający na celu przekształcenie niekorzystnego dla środowiska liniowego modelu gospodarki, a idee GOZ-u to przede wszystkim: trwałość produktu, wykorzystanie jego potencjału z łatwością w naprawie, zaś po zakończeniu cyklu życia produktu to możliwość przekazania do ponownego użycia w takim samym lub innym celu.

Czy GOZ to zagospodarowanie odpadów?

Rzeczywiście, można odnieść takie wrażenie gdyż często to słowo-klucz „gospodarka o obiegu zamkniętym” pojawia się w takim kontekście. Jednak jak już wiemy GOZ to cała filozofia wytwarzania produktów i ich utrzymywania w obiegu. Dopiero na końcu pojawia się odpad, a zatem całość modelu domknięta powinna zostać recyklingiem materiałowym lub organicznym. Recykling materiałowy jest najbardziej preferowaną formą. Polega on na ponownym przetwarzaniu odpadów w produkt o wartości użytkowej. Zazwyczaj jest to wyrób o innym przeznaczeniu niż pierwotny, co przy odpowiednim doborze kompozycji pozwala na przetwarzanie materiałów wtórnych przy dobrej jakości wyrobów. Z kolei formą recyklingu organicznego jest kompostowanie. Ale czy wszystkie odpady nadają się do recyklingu? Powszechnie wiadomo, że recyklingowi materiałowemu można poddać papier, tworzywa sztuczne, szkło i metale a organicznemu bioodpady. Stąd też, selektywnie zbiera się właśnie frakcje wyżej wymienione. W praktyce okazuje się jednak, że wiele wysortowanych odpadów jest zanieczyszczonych. W rezultacie recyklerzy nie chcą ich kupić. Są także odpady, które w ogóle się do recyklingu materiałowego nie nadają. Stąd przekształcanie odpadów do postaci paliwa alternatywnego i następnie jego wykorzystanie w formie odzysku energetycznego stanowi istotny element w domknięciu gospodarki odpadami

Czym jest paliwo alternatywne?

Znalezienie definicji „paliwa alternatywnego” w prawie polskim nie jest rzeczą prostą. Okazuje się, że nazwa „paliwo alternatywne” pojawia się jedynie w Rozporządzeniu Ministra Klimatu z dnia 2 stycznia 2020 r. w sprawie katalogu odpadów, gdzie jako rodzaj odpadu pod kodem 19 12 10 wymienia się odpady palne, a przy tej nazwie w nawiasie pojawia się właśnie zapis „paliwo alternatywne”. Taki zapis i jego umiejscowienie ma bardzo istotne znaczenie z punktu widzenia identyfikacji paliwa alternatywnego. Chociaż „paliwo alternatywne” określa się jako paliwo, czyli substancję wydzielającą przy intensywnym utlenianiu (spalaniu) dużą ilość ciepła, nie jest ono na równi traktowane z innymi rodzajami paliw, choćby takimi jak węgiel, gaz czy olej, które zaliczamy do paliw opałowych lub napędowych. W myśl przytoczonych powyżej regulacji „paliwo alternatywne” nie jest produktem, a odpadem mimo, że posiada cechy, które z pewnością predysponują go do energetycznego wykorzystania.

Jak moglibyśmy zdefiniować pojęcie paliwa alternatywnego?

Zatem paliwo alternatywne stanowi odpad. Idąc dalej można stwierdzić, że paliwo alternatywne to odpady palne, rozdrobnione, odpowiednio skomponowane, aby w wyniku prowadzenia procesu spalania nie powodować przekroczenia poziomów emisji określonych w odpowiednim rozporządzeniu. Aktualnie takim rozporządzeniem jest Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 24 września 2020 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz.U.2020.1860). Co również istotne, paliwo alternatywne utworzone jest na bazie odpadów innych niż niebezpieczne. Dla jasności, odpady niebezpieczne oznaczają odpady wykazujące co najmniej jedną spośród właściwości niebezpiecznych. A właściwości powodujące, że odpady są odpadami niebezpiecznymi oraz warunki uznania odpadów za niebezpieczne określają przepisy rozporządzenia Komisji (UE) nr 1357/2014 z dnia 18 grudnia 2014 r. Wśród takich właściwości wymienia się między innymi wybuchowość, łatwopalność, toksyczność czy to, że odpady są żrące, zakaźne lub rakotwórcze.

Składniki paliwa alternatywnego

Składnikiem paliwa alternatywnego może stać się substancja, która posiada odpowiednią wartość opałową i nie zawiera toksycznych składników. Głównymi składnikami paliwa są zatem tworzywa sztuczne, guma, papier, tekstylia, drewno, odpady kompozytowe itp. Aktualnie w Polsce paliwa alternatywne uzyskuje się głównie z tzw. wysokokalorycznej frakcji odpadów komunalnych. Odpady te uzyskiwane są w wyniku rozdrobnienia, a następnie oddzielenia w instalacjach mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów komunalnych.

RDF, SRF – co to za pojęcia?

W 2003 r. Komisja Europejska przyjęła dokument, w którym zdefiniowano pojęcie tzw. RDF-u (ang. Refuse DerivedFuel) jako paliwa z odpadów, które zostały przetworzone w celu spełnienia wymagań m.in. przemysłu. W dokumencie określono, że w skład takiego paliwa mogą wchodzić wybrane frakcje odpadów komunalnych (np. papier, tworzywa sztuczne, drewno, tekstylia itp.), odpady przemysłowe, osady ściekowe, przemysłowe odpady niebezpieczne oraz biomasa. Jednak tak szeroki zakres surowcowy powodował znaczącą trudność w określeniu standardów jakościowych dla wytwarzanego paliwa. Stąd też w następstwie podjęto szereg działań zmierzających do ustanowienia jednolitych standardów jakościowych dla stałych paliw produkowanych z odpadów, ograniczając ich zakres surowcowy. Dla takich paliw przyjęto nazwę SRF (Solid Recovered Fuels). Natomiast Polski Komitet Normalizacyjny Natomiast Polski Komitet Normalizacyjny określił tego typu materiały palne jako „stałe paliwa wtórne”.

Podstawowe normy klasyfikacji paliw alternatywnych

Nad ujednoliceniem parametrów paliw SRF pracował Komitet Techniczny w ramach 343 Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego (CEN). Członkowie Komitetu opracowali szereg specyfikacji i raportów technicznych dotyczących paliw SRF. Część z nich została opublikowana w formie norm. Podstawowymi normami dla paliw SRF są trzy dokumenty:

PN-EN 15357:2011 – Stałe paliwa wtórne (SRF) – Terminologia, definicje i określenia,
PN-EN 15358:2011 – Stałe paliwa wtórne (SRF) – Systemy zarządzania jakością – Szczegółowe wymagania dla ich zastosowania do produkcji stałych paliw wtórnych,
PN-EN 15359:2012 – Stałe paliwa wtórne (SRF) – Wymagania techniczne i klasy.

Pierwszy dokument definiuje, że paliwo SRF to paliwo wyprodukowane z odpadów innych niż niebezpieczne, przetwarzane poprzez odzysk energii w odpowiedniej instalacji.

Z kolei trzecia norma opisuje system klasyfikacji paliw, w którym wymieniono pięć klas. Przynależność paliwa do jednej z pięciu klas oparta jest na trzech kluczowych parametrach:

wartości opałowej
zawartości chloru
zawartości rtęci.

Te trzy parametry służą ocenie aspektów ekonomicznego, technologicznego oraz środowiskowego produkowanych paliw.

Aspekt ekonomiczny jest mierzony wartością opałową paliwa. Wartość opałowa [MJ/kg] to ilość ciepła powstająca podczas całkowitego i zupełnego spalania paliwa. Zatem wysoka kaloryczność paliwa przekłada się na efektywność procesu. Podobnie z resztą oceniana jest kaloryczność węgla czy ekogroszku, wykorzystywanego do spalania w przydomowych piecach.

Aspekt technologiczny jest uwarunkowany zawartością chloru w paliwach, który wpływa na temperaturę procesu spalania.

Trzeci aspekt klasyfikujący stałe paliwo wtórne to aspekt środowiskowy. W tym przypadku norma wymienia tylko jeden metal ciężki, zawartość rtęci. Trzeba mieć jednak na uwadze, że w trakcie odzysku energii może mieć miejsce emisja szeregu innych związków. Stąd wymogi jakie powinna spełniać instalacja, w której prowadzony jest proces termicznego przekształcenia, zostały zawarte w Rozporządzeniu Ministra Klimatu Ministra Klimatu z dnia 24 września 2020 r. Zgodnie z zapisami rozporządzenia, w spalinach oprócz rtęci, należy badać także takie metale ciężkie jak: kadm, tal, antymon, arsen, ołów, chrom, kobalt, miedź, mangan, nikiel, wanad oraz inne związki chemiczne.

Wracając do klas paliwa, określonych w trzeciej normie, dla każdego z wymienionych parametrów określono stosowny przedział wartości. Przykład obrazuje poniższa tabela.

Z tabeli wynika, że gdy paliwo ma wyższą wartość opałową i niską zawartość chloru i rtęci, to jest klasyfikowane w wyższej klasie. Dla przykładu w tabeli wskazano paliwo, które charakteryzuje się wartością opałową wyższą niż 15 MJ/kg, zawartość chloru jest mniejsza od 0,6%, a zawartość rtęci mniejsza od 0,03 mg w przeliczeniu na MJ. Stąd oznaczenie certyfikacyjne takiego paliwa to NCV₃Cl₂Hg₂.

Klasyfikacja Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Cementu

Oprócz europejskiej normy klasyfikującej paliwa, są one także klasyfikowane na podstawie wymagań poszczególnych grup odbiorców. Na potrzeby przemysłu cementowego, Europejskie Stowarzyszenie Producentów Cementu opracowało wytyczne, według których paliwa alternatywne podzielono na pięć klas:

klasa I – gazowe paliwa alternatywne (m.in. gaz koksowniczy, gaz pirolityczny, biogaz)
klasa II – ciekłe paliwa alternatywne (m.in. oleje smarowe, tłuszcze roślinne, pozostałości z destylacji, zużyte oleje hydrauliczne)
klasa III – paliwa alternatywne w postaci proszkowej, zgranulowanej lub pokruszonej (m.in. trociny, wióry, osady ściekowe, pozostałości rolnicze, rozdrobnione opony)
klasa IV – pokruszone stałe paliwa alternatywne (m.in. rozdrobnione opony, odpady z gumy, tworzyw i drewna)
klasa V – gabarytowe paliwa alternatywne (m.in. całe opony, bele z tworzywa sztucznego, odpady w workach, bębnach)

Krajowy potencjał wytwórczy paliw alternatywnych

Wytwórcami paliwa alternatywnego są głównie wyspecjalizowani producenci, który przyjmują do przetwarzania różnego rodzaju odpady palne, w tym także odpady o kodzie 191210 wytworzone przez mniejszych producentów i przekazane przez zbierającego odpady tak aby w efekcie końcowym z dostarczonych odpadów przygotować odpowiednią mieszankę paliwową spełniającą wymagania jakościowe odbiorcy końcowego. Stąd też jednoznaczne określenie ilości wytwarzanych w kraju paliw alternatywnych nie jest łatwym zadaniem z uwagi na to, ze proces powtórnego przetwarzania paliwa alternatywnego wykazanego w wojewódzkich raportach jako wytworzone może być powtórnie wykazany jako wytworzone przez kolejnego wytwórcę. Analizując dane opublikowane w dziale 1 (wytwarzanie odpadów) w raportach wojewódzkich należy stwierdzić, że ilość paliwa alternatywnego z roku na rok systematycznie rośnie o około 50 tys. Mg. W 2016 r. wytworzono 2,62 mln Mg, z kolei w 2018 r. ilość wytworzonych paliw alternatywnych kształtowała się na poziomie 2,72 mln Mg.

Z kolei uwzględniając dane podane w dziale 4 raportów wojewódzkich (zagospodarowanie odpadów) w związku z prowadzonym procesem odzysku R12, w praktyce stanowiącym proces pośredni a nie końcowy ilość paliw alternatywnych w skali kraju wzrasta o około 0,5 mln Mg. Stąd też należy przyjmować, ze w skrajnym przypadku ilość rokrocznie wytwarzanych paliw alternatywnych oscyluje wokół 3 mln Mg.

Producenckim zagłębiem paliw alternatywnych jest bezsprzecznie województwo mazowieckie, aczkolwiek w roku 2018 drugim województwem, w którym wytworzono ponad 0,5 mln Mg paliwa alternatywnego było województwo śląskie.

Liczba wytwórców paliwa alternatywnego w analizowanym okresie czasowym kształtuje się na poziomie 200, przy czym należy zaznaczyć, że rynek wytwórców jest mocno rozproszony. Największa ilość producentów pokrywa się oczywiście z wolumenem wytwarzanych paliw alternatywnych, czyli są to producenci z województwa mazowieckiego oraz śląskiego. W 2018 r w województwie śląskim odnotowano 39 wytwórców. Powyżej 20 podmiotów lokalizuje się w województwach mazowieckim oraz wielkopolskim.

Możliwości produkcyjne wytwórców paliwa alternatywnego są również mocno zróżnicowane. Ponad połowę potencjału wytwórczego stanowią mali producenci, którzy wytwarzają do 5 tys. Mg rocznie paliwa. Jedynie dwie instalacje w kraju wytwarzają rocznie powyżej 100 tys. Mg.

Wspomnianymi dwoma instalacjami, w których wytworzono w 2018 r ponad 100 tys. Mg paliwa alternatywnego była firma Novago oraz Lafarge Cement. Jak widać jest jeszcze szereg instalacji, w których wytwarza się ponad 50 tys. Mg paliwa. Należy jednak zaznaczyć, że w wielu przypadkach możliwości wytwórcze są znacznie większe niż ilość paliwa, które wytworzono. Ilość ta bowiem zależy wyłącznie od możliwości pozyskania na rynku odpadów palnych a także jest skorelowana z zamówieniami potencjalnych odbiorców.