Biogaz z osadów ściekowych w Japonii: ile gazu się wykorzystuje i co dał program B-DASH

Japońskie oczyszczalnie ścieków od dawna fermentują osady, ale znaczna część powstałego biogazu nie była wykorzystywana energetycznie. Według zestawienia Japan for Sustainability (JFS, 2008) w roku fiskalnym 2004 w systemach kanalizacyjnych Japonii wyprodukowano ok. 290 mln m³ biogazu. Z tej ilości 30 proc. zużyto na ogrzewanie komór fermentacyjnych, 20 proc. na wytwarzanie energii elektrycznej, 22 proc. na inne cele, a 28 proc. nie zostało wykorzystane.

Co mówią dane z lat 2000

Biogaz z osadów służy w Japonii do produkcji energii elektrycznej od 1984 r. W roku fiskalnym 2004 wytworzono w ten sposób łącznie ok. 21 tys. kW, czyli ok. 1 proc. zużycia energii elektrycznej w obiektach kanalizacyjnych w kraju. Cała kanalizacja zużywała wtedy ok. 7 mld kWh rocznie (ok. 0,7 proc. krajowego zużycia). W zakładzie Morigasaki w Tokio osad zagęszcza się i fermentuje termofilowo (ok. 50°C), a metan zasila od kwietnia 2004 r. generatory o mocy 3200 kW, pokrywające mniej więcej połowę zapotrzebowania zakładu na energię elektryczną i obniżające koszty prądu o ok. 600 mln jenów rocznie.

Osady jako biomasa

JFS podaje, że w roku fiskalnym 2004 powstało ok. 75 mln t osadów (przed odwodnieniem, 97 proc. wody), a wskaźnik recyklingu osadów jako biomasy wzrósł z 38 proc. w roku fiskalnym 1996 do 70 proc. w 2005 r. Recykling obejmuje nie tylko energię, ale też nawozy, poprawiacze gleby i materiały budowlane. Szacowano, że energia odzyskana z substancji organicznych w osadach w roku fiskalnym 2005 odpowiadała ok. 1,04 mln kl ekwiwalentu ropy, a wartość opałowa paliw stałych z osadu jest zbliżona do węgla niskiej jakości. W Fukuoce w zakładzie Mikasagawa produkuje się od końca roku fiskalnego 2000 paliwo BDF (osad mieszany ze zużytym olejem jadalnym, suszony pod zmniejszonym ciśnieniem; w roku fiskalnym 2007 ok. 2300 t), a firma J-Power potwierdziła w próbach, że maksymalny udział BDF we współspalaniu z węglem wynosi 1 proc. Przykładowo ośrodek Sunamachi w Tokio od listopada 2007 r. przerabia osad na paliwo stałe (do 300 t odwodnionego osadu dziennie), które współspala się z węglem w elektrowni Nakoso.

Biometan w Kobe

Miasto Kobe oczyszczało biogaz z oczyszczalni Higashinada do jakości ok. 98 proc. metanu metodą wodnej absorpcji pod ciśnieniem (wcześniej ok. 30 proc. gazu było spalane w pochodni). Biogaz o składzie ok. 60 proc. metanu i 40 proc. CO₂ z niewielką ilością siloksanów i siarkowodoru zamieniono w paliwo „Kobe Biogas”. Zakład, w którym rozpoczęto pełną eksploatację w kwietniu 2008 r., produkuje 2000 m³ dziennie, co wystarcza do zasilenia 40 autobusów miejskich przejeżdżających po 50 km dziennie; pozwala to ograniczyć emisje o ok. 1200 t CO₂ rocznie.

B-DASH: demonstracje zamiast dotacji ogólnych

Program B-DASH (Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High Technology) uruchomiło MLIT w roku fiskalnym 2011, a instytut NILIM jest jego jednostką wykonawczą. Według NILIM w roku fiskalnym 2011 wybrano dwie technologie dotyczące odzysku biogazu: (1) system zarządzania energią z intensywnym rozdziałem ciał stałych i cieczy, który wytwarza prąd w hybrydowym ogniwie paliwowym z biogazu z osadu surowego; (2) system wytwarzania energii odnawialnej na paliwo transportowe, w którym zwiększa się zbiór biogazu z lokalnych źródeł (np. odpadów żywnościowych), ogrzewa stalowy zbiornik fermentacyjny i uszlachetnia biogaz w pakietowej instalacji. NILIM przygotował wytyczne wdrażania tych technologii dla samorządów i operatorów; zaprezentowano je 2 sierpnia 2013 r. w Tokyo Big Sight.

Wnioski dla Polski

Japońskie doświadczenia pokazują, że: (1) nawet w kraju o wysokim rozwoju technologicznym znaczna część biogazu z osadów (w 2004 r. 30 proc.) szła na ogrzewanie zbiornika fermentacyjnego, a 28 proc. nie była wykorzystana – to potencjał poprawy efektywności; (2) programy demonstracyjne, takie jak B-DASH, ułatwiają upowszechnianie technologii uszlachetniania i kogeneracji; (3) dane o rzeczywistym wykorzystaniu biogazu trzeba zbierać regularnie – inaczej dyskusja o potencjale opiera się na szacunkach sprzed lat. Dane przytoczone we wpisie pochodzą z roku fiskalnego 2004, więc nie opisują obecnego stanu.