Bioplynky mají budoucnost, ale musí se přizpůsobit

The Czech biogas sector is redefining its role as traditional subsidy driven models expire. Current efforts center on converting plants to biomethane, improving flexibility, and creating synergies with agriculture, waste management, and regional development.

Rozvoj oboru začal startovat již před platností zákona o podpoře obnovitelných zdrojů z roku 2005. V té době šlo hlavně o využití skládkového plynu a kalového plynu na čistírnách odpadních vod. Bioplynových stanic (BPS) bylo tehdy jen pár. Jedna z nich, která tuto dobu pamatuje, je nyní v demolici. Provozovatelé se rozhodli ukončit provoz, i když ještě provozuschopná byla. Rozhodovací proces nebyl jednoduchý, a tak nějak korespondoval s celkovou situací ve společnosti. Bylo zvažováno mnoho variant, přesto konečný verdikt zněl „stop“. Šlo přitom o unikátní technologii, která v ČR neměla opakování. Nyní nezbývá než doufat, že opakování se nebude odehrávat ani v osudech dalších, mladších BPS.

PRŮLET HISTORIÍ BIOPLYNU V ČR

Skutečný rozvoj bioplynu nastoupil až v letech 2006–2013. Z počátku přibývalo bioplynek pomálu. Přišla také krize a zemědělské komodity se propadly na intervenční dno. Právě v této těžké době ukázaly bioplynky svoji silnou stabilizační funkci vznikající ze synergií. Výstavba BPS byla téměř jedinou investiční výstavbou v zemědělství v letech 2007–2009.

Silným argumentem byl fakt, že část zemědělské produkce sloužící jako zdroj energie měla své uplatnění, i když agrární trhy kolabovaly. Navíc byly produkovaná elektřina a teplo základem pro udržení dalších činností a mnohde vyloženě zachránily živočišnou výrobu. Ta zase na oplátku poskytuje vedlejší produkty, které jsou ideálním základem pro biologický proces vzniku bioplynu v anaerobním prostředí.

Spolu se vstupem do EU bylo žádané část zemědělské produkce přesměrovat do energetiky. Bio­plynky tak měly za úkol energeticky využívat cíleně pěstovanou biomasu. Největší boom výstavby nastal v letech 2011 a 2012. Motivace k využití cíleně pěstované biomasy byla i ve vyšší výkupní ceně. Málokdo by si v té době dokázal představit, že stejná výkupní cena bude jen s jednou úpravou platná i za 16 let.

V roce 2012 však byl zákon o podpoře obnovitelných zdrojů nahrazen zákonem o podporovaných zdrojích, což znamenalo praktické ukončení podpory obnovitelných zdrojů, a rok 2013 byl posledním rokem výstavby bioplynových stanic. Nový zákon kromě ukončení podpory zavedl několik mocných legislativní nástrojů pro kontrolu provozů. Pro obnovitelné zdroje nastává doba temna. Výrazně vzrostla byrokratická zátěž a absence papírů znamenala často také vratku vyplacené podpory. Procesy komplikující výstavbu i provoz nastavené v roce 2012 se během následujících let rozrostly ve velmi masivní systém. Během této doby byly postaveny jen dvě nové bioplynové stanice.

Rozvoj nastával za branami výroben. Vedle bio­plynových stanic rostly navazující provozy využívající dostupnou elektřinu a teplo. Bioplynové stanice jako silný motor rozvoje venkova stojí za výstavbou produkčních skleníků, dřevařských provozů, pivovarů, lihovarů, chovem ryb, ale také vytápěním měst a obcí. Výkřikem do tmy byl zimní balíček EU v roce 2016, který apeloval na opětovný rozvoj OZE a vytvoření bezpečnější energetiky založené na lokální produkci. Zde začíná i uvědomělý ústup od cíleně pěstované biomasy a vytvoření promyšlenějšího systému využití dostupných zdrojů promítnutého do směrnice RED II (2018).

Všichni přívrženci OZE pookřáli a napnuli síly při tvorbě prvního Národního plánu pro energetiku a klima (NKEP). Vznikl rozsáhlý dokument o možnostech budoucího směrování energetiky v ČR. NKEP sice nesplňoval očekávání EU, ale i tak jsme jej nedokázali naplnit a oproti naplánovanému rozvoji OZE značně zaspali. Implementace směrnice RED II v ČR vázla a za skutečným obnovením zájmu o další rozvoj stála opět až krize, která přišla po covidových letech.

Nová výstavba bioplynových stanic v letech 2022–2023 ukázala, jak moc se byrokratické procesy zkomplikovaly. Získat všechna potřebná povolení byl mnohem větší problém než provést výstavbu samotnou – a to i v době, kdy stavební materiál chyběl, anebo byl dostupný za výrazně vyšší ceny. Přesto se povedlo postavit pět nových zařízení v zajímavém výkonovém mixu od jedné z nejmenších BPS až po moderní velkou odpadářskou biometanovou stanici.

Krize i postupný vývoj v potřebách společnosti ukázaly, že současný způsob provozu BPS formovaný původním nastavením podpor je již přežitý. Bioplynové stanice jako výrobny elektřiny v plném základním zatížení jsou sice skvělá věc, ale umí mnohem více a byla by škoda toho nevyužit. V samém závěru období podpory se tedy rozvíjí myšlenky, jak s tímto dědictvím naložit do budoucna.

„Nová výstavba bioplynových stanic v letech 2022–2023 ukázala, jak moc se byrokratické procesy zkomplikovaly.

CESTY DO BUDOUCNOSTI

Co tedy bude dál? Vycházejme z předpokladu, že obor bioplynu je napříč společností natolik přínosný, že bude snaha udržet v provozu co největší počet bioplynových stanic, a dokonce jejich počet rozšiřovat.

Pro stávající BPS se nyní formuje několik cest. Jednou z aktuálně nejdiskutovanějších je konverze na biometanové stanice. Bioplyn bude namísto výroby elektřiny a tepla mířit do zařízení na úpravu bioplynu na biometan. Ten bude následně jako přímý substitut vtláčen do sítě se zemním plynem, jak se již nyní děje v několika zařízeních v ČR. BPS, které nemají možnost nebo u nich ani není žádoucí na biometan přejít, pak mohou pokračovat v modernizační podpoře. Varianta je také po ukončení podpory zůstat v tržním prostředí a provoz řídit jen s ohledem na místní potřeby a trh.

Jelikož přechod na biometan, modernizační podpora i tržní prostředí mají svá specifika, je dost pravděpodobné, že některé BPS budou jen velmi těžko hledat své místo v dalším provozu. Zde by však měl stát mít velmi dobře oddiskutované napříč všemi sektory, jestli odstávkou nevznikne větší škoda než udržováním v provozu. Tato diskuze však napříč sektory neproběhla, i když nějaká snaha nastartována byla. Jejím výsledkem je akční plán pro biometan zaštítěný Ministerstvem životního prostředí (MŽP). Jde však o dokument úzce profilovaný na část segmentu, a tím reagující pouze na část problému. Přesto je to dobrý základ pro další diskuzi, která ale musí být rozšířena o další segmenty a vyústit v jasnou koncepci.

O vlastní strategii se pokusilo také Ministerstvo obchodu a průmyslu společně s Energetickým regulačním úřadem. Strategie však nezískala podporu MŽP ani Ministerstva zemědělství, a to hlavně kvůli úzkému, až nespravedlivému, zaměření na rozvoj biometanu na úkor kombinované výroby elektřiny a tepla.

Potřeba a silná úloha biometanu v budoucnu je zřejmá. Dá se říct, že další rozvoj energetických zdrojů postavených na zemním plynu bez souběžného rozvoje biometanu není dlouhodobě dobrým řešením. Odklon od tuzemského uhlí k o něco šetrnějšímu zahraničnímu zemnímu plynu výrazně zvyšuje riziko pramenící z energetické závislosti. Bohužel v současné době biometan prohrává bitvu se zemním plynem hlavně v ceně. Tento boj je však nevyrovnaný, jako ostatně boj s každým fosilním palivem, které nemá náklady na výrobu. V ceně fosilních paliv je jen těžba a transport. A navíc je to neudržitelné energetické řešení.

Biometan bude postupně tvořit čím dál větší podíl na spotřebě zemního plynu a obor bioplynu dokáže bez velkých problémů zajistit čtvrtinu spotřeby zemního plynu. Další čtvrtinu budou tvořit jiné obnovitelné plyny. Postupným nárůstem všech obnovitelných plynů a snižováním spotřeby se dostaneme i na úplné pokrytí spotřeby plynu pouze z obnovitelných zdrojů. To je ale budoucnost vzdálená desítky let. Rychlost transformace bude závislá na rychlosti změny uvažování anebo dopadech dalších krizí.

Obrázek č. 1: Trend poklesu produkce bioplynu z pokročilých substrátů s rostoucím instalovaným výkonem BPS

Zdroj: CZ BIOM/autor

Poznámka: Travní senáž a siláž z celých drcených obilnin a luskovin (GPS) v tomto případě nejsou považovány za pokročilé.
 

PARADOX VLASTNÍ SPOTŘEBY TEPLA A EMISÍ

I když je biometan velmi důležitý pro dekarbonizaci hospodářství (teplárenství, doprava, průmysl, domácnosti), kombinovaná výroba elektřiny a tepla v místě je stále nejúčinnější technologie využití primární energie. Máme-li pro lokálně produkovanou energii uplatnění, jde o žádoucí řešení. Bioplynkám je často vytýkáno, že značnou část produkovaného tepla maří. Podle statistických výkazů je užitečným způsobem využívána asi čtvrtina produkovaného tepla. Další přibližně čtvrtina slouží k ohřevu fermentoru, kde je zřejmá závislost mezi kvalitou vstupních substrátů a spotřebou tepla. Čím menší výtěžnost bioplynu z tuny vstupního substrátu, tím větší spotřeba tepla pro udržení biologického komfortu.

Bioplynové stanice s vysokým podílem statkových hnojiv na vstupu mívají spotřebu tepla i 50 % z výroby, a to ještě v ročním úhrnu. V zimních měsících tedy takové bioplynky disponují jen malým zbytkovým tepelným výkonem k případnému jinému využití. Na druhou stranu je však biometan z vedlejších produktů živočišné výroby na trhu nejžádanější pro svoji vysokou emisní úsporu. Zde vzniká paradox, kdy biometanová stanice produkující vysoce žádaný a emisně úsporný biometan potřebuje pro vlastní technologickou spotřebu velké množství energie.

Druhým paradoxem je i fakt, že zdroje statkových hnojiv jsou místně omezené a přímo závislé na počtu chovaných zvířat. V ČR nyní neexistuje tak velký chov v koncentrované podobě, aby dokázal produkcí vedlejších produktů zásobit velkou bioplynovou stanici. Situace je patrná z grafu znázorňujícího data ze sta bioplynových stanic. Trend je jasný: čím větší BPS, tím menší podíl statkových hnojiv – tedy pokročilých substrátů. Přitom nyní se pro instalaci biometanu ukazuje jako ekonomicky zajímavá velikost BPS 1 MWel a více. Takto velká zařízení v průměru disponují jen přibližně 23% podílem statkových hnojiv na produkci bioplynu.

„Bioplynové stanice s vysokým podílem statkových hnojiv na vstupu potřebují pro vlastní spotřebu až 50 % své výroby tepla.

NESPOČET MEZIOBOROVÝCH SYNERGIÍ

Vytvoření vhodné strategie rozvoje oboru, který má velký přesah z energetiky do jiných sektorů hospodářství, není jednoduché a vyžaduje erudovanou diskuzi napříč resorty. Obor bioplynu totiž může nabídnout až neuvěřitelné synergie. Vzhledem k rozsahu tohoto článku není možné všechny vyjmenovat a popsat, jen velmi povrchně lze ale některé zmínit.

Jde například o zatím nepříliš využívanou flexibilitu. Bioplynové stanice umí regulovat výkon, a to jak v denním, tak v sezónním režimu. To už jen tak nějaký obnovitelný zdroj neumí. Současný instalovaný výkon běží v trvalé zátěži s průběhem srovnatelným jen s jadernými elektrárnami. Přitom promyšlenou úpravou podpory by bylo možné za stejných nákladů motivovat výrobce ke změně výrobního diagramu, který by výkon směřoval mimo produkční hodiny fotovoltaik. V síti by se přes den uvolnil výkon levnějším elektrárnám, a v odběrových špičkách by naopak pomohl. Stejně tak mohou bioplynky více elektřiny a tepla vyrábět v zimním období a v letním výkon snížit. Naproti tomu může jít produkce biometanu, která může být v létě vyšší, více pokrývat spotřebu na koncích distribučních sítí, a umožnit tak rychlejší plnění zásobníků zemním plynem.

Kromě energetiky bioplynky výrazně spoří emise využíváním fermentačního zbytku – digestátu – k hnojivým účelům. Již dnes BPS snižují spotřebu minerálních hnojiv v rozsahu odpovídajícím spotřebě hnojiv pro dva zemědělsky aktivní kraje. S výrobou a aplikací minerálních hnojiv se pojí nemalá produkce emisí skleníkových plynů včetně spotřeby fosilních paliv.

Nadto bioplynové stanice v zemědělství pomáhají vytvářet pestřejší osevní postup a využívají i pro půdu zlepšující plodiny, které by jinak nenašly tržní uplatnění. To je velmi důležité v době nadbytečné produkce obilí a klesajícího počtu hospodářských zvířat. Přitom plocha zabraná plodinami přímo určenými pro BPS tvoří nízké jednotky procent celkové zemědělské plochy.

Ještě větší význam využití vedlejších plodin bude spojený s opatřeními proti erozi, kde bioplynky opět hrají důležitou roli. Postupně se daří také uvádět na pravou míru využívání kukuřice jako energetické plodiny. Jde o nejúčinnější transformátor slunečního záření, vody a živin na využitelnou biomasu. Záleží jen na tom, jakými postupy se pěstuje. Její odmítání z podstaty je podobné, jako trvat na používání solárních panelů jen s 10% účinností, anebo zakázat použití aut se spotřebou menší než 10 litrů pohonných hmot na 100 km. Žádná jiná plodina nám ze stejného množství vody a živin nevytvoří tolik biomasy jako kukuřice. Rozdíl přitom může být i v násobcích produkce.

Další synergií je sociálně-ekonomický dopad na region. Bioplynové stanice jsou ryze lokální zdroje. Ze svého okolí berou vstupní substráty, vrací digestát, zaměstnávají lidi a také rozpouštějí příjem. Provozní výdaje tvoří tři čtvrtiny příjmů. Většina provozních výdajů zůstane v regionu v podobě nákupu vstupů, mezd zaměstnanců, úhrad za údržbu a servis. Jde o zařízení, o která se musí denně intenzivně starat. Pro svůj region jsou významným prvkem tvořícím rozvojový základ a zdroj energie. Není výjimkou, že kolem BPS vyrostl komplex produkující různé zboží s vysokou přidanou hodnotou a zaměstnávající desítky lidí z okolí.

Důležitým efektem je také využití odpadů a vedlejších produktů, které by jinak neměly využití, anebo by musely být nákladně likvidovány. Bio­plynky nabízí cirkulární řešení pro bioodpady, jimž se blíží povinné ukončení skládkování. Nesmíme také zapomínat na bezpečnost, kterou nám dává nezávislost na dovozu paliv a je dána regionálním charakterem zdroje, který může umět i startovat ze tmy. A tím přínosy rozhodně nekončí…

FLEXIBILNÍ BUDOUCNOST BIOPLYNU

Jak by tedy měla budoucnost bioplynu vypadat? Bioplynové stanice budou flexibilními zdroji nabízejícími produkci elektřiny a tepla společně s produkcí biometanu. Produkce bioplynu bude nadále narůstat. Zdrojem bioplynu bude precizní využití odpadů, jehož množství je však limitní a bude nadále klesat. Největší podíl rozvoje bioplynu proto bude nadále zajišťovat produkce z biomasy pěstované udržitelným způsobem. Anaerobní technologie bude dále vyvíjena, aby zvládala rychlé změny výkonu, a především využívala vodík vznikající z přebytků elektřiny pro metanizaci CO₂ obsaženého v bioplynu. Tyto procesy výrazně posílí flexibilitu zařízení, což umožní větší integraci fotovoltaických elektráren do sítě.

Obor bioplynu se tedy bude rozvíjet, technologicky vyvíjet a napomáhat dekarbonizaci celé společnosti. Bude také silným spojujícím prvkem napříč několika resorty a přispěje k utváření silných regionálních komunit.

O AUTOROVI

Adam Moravec pracuje v oboru energetického využití biomasy od roku 2001. Je absolventem Mendelovy univerzity v Brně, obor zemědělská technika. Rozvoji bioplynových zdrojů se věnoval například ve společnostech TEDOM a ČEZ. Od roku 2013 je vedoucím bioplynové sekce v asociaci CZ BIOM, od září 2022 je také jejím místopředsedou.

Kontakt: moravec@biom.cz