ES ir šalys narės 2022 m. priėmė ambicingus biodujų ir biometano gamybos planus. Biometano gamybos plėtra gali atlikti svarbų vaidmenį įgyvendinant ES 2030 m. šiltnamio efektą sukeliančių dujų mažinimo tikslus ir iki 2050 m. pasiekti nulines emisijas. Biometano gamyba padidintų Europos energetinį saugumą, sumažintų priklausomybę nuo gamtinių dujų importo ir dujų kainų naštą namų ūkiams ir įmonėms.

Planuojama biodujų ir biometano gamybą 2030 m. padidinti dvigubai, palyginti su dabartiniu gamybos lygiu. Vadinasi, ir žaliavų energinis potencialas turi atitikti šį poreikį. Biodujoms gaminti tinkamų žaliavų įvairovė yra plati: galima naudoti organines žemės ūkio ir pramonės atliekas, nuotekų dumblą, energinius augalus, bioskaidžią komunalinių atliekų dalį ir kt. Tačiau Europos šalių patirtis rodo, kad didžiausią potencialą turi žemės ūkis.

Žaliavų sudėtis įvairiose šalyse skiriasi

Europos šalyse 2021 m. pagaminta 64 proc. biodujų ir biometano, naudojant žemės ūkio žaliavas, 22 proc. – iš pramonės įmonių ir komunalinių organinių atliekų. Sąvartynuose ir nuotekų valyklose pagaminta 13 ir 14 proc. biodujų. Kitos žaliavos nebuvo labai reikšmingos žaliavų krepšeliuose.

Tačiau įvairiose šalyse žaliavų sudėtis skiriasi. Pavyzdžiui, Norvegijoje ir Šveicarijoje daugiausia biodujų pagaminama nuotekų valyklose, o Švedijoje, Belgijos Valonų krašte ir Ukrainoje – iš pramonės organinių atliekų. Danijoje, Vokietijoje, Kipre, Lenkijoje, Graikijoje, Serbijoje ir Slovėnijoje dominuoja žemės ūkio žaliavos (nuo 50 iki 90 proc.). Žemės ūkio žaliavoms priskiriamas gyvūnų mėšlas, energiniai ir tarpiniai augalai. Energiniai augalai (kukurūzai, saulėgrąžos, javai, pašariniai ir cukriniai runkeliai) ilgą laiką buvo patraukli žaliava biodujoms gaminti dėl jų energinės vertės. Tačiau dėl šios rūšies biomasės susidaro konkurencija maisto ir pašarų rinkose, todėl matyti tendencija, kad nuo 2020 m. naujai pastatytose biometano gamyklose energinius augalus keičia mėšlas ir augalinės kilmės liekanos (šiaudai ir pan.), tarpinių pasėlių biomasė.

Lietuvos statistikos departamento duomenimis, 2021 m. 66 proc. biodujų pagaminta žemės ūkio biodujų jėgainėse, 20 proc. – iš gyvenviečių nuotekų dumblo ir apie 14 proc. – sąvartynų biodujų jėgainėse. Biodujų gamybos dinamika rodo, kad ir Lietuvoje žemės ūkio žaliavų dalis nuolat didėja, o kitų rūšių naudojimas arba mažėja, arba nežymiai auga. Tačiau panašios tendencijos matyti ir kitose šalyse, nes nuotekų dumblo potencialas stabilizuojasi, esant menkam gyventojų prieaugiui, o sąvartynų dujų išgavimą lemia uždarytų sąvartynų baigtinės atsargos ir organinių atliekų šalinimo juose apribojimai. Žemės ūkio atliekų žaliavų grupei Lietuvoje priskiriamas gyvulių ir paukščių mėšlas, organinės maisto ir pašarų gamybos atliekos.

Svarbu žaliavų ir visos gamybos grandinės tvarumas

Pasirenkant žaliavas biodujoms ar biometanui gaminti didelis dėmesys skiriamas ne tik jų prieinamumui ar energiniam potencialui, bet ir tvarumui. ES dokumentuose pateikti sąrašai žaliavų, kurios yra rekomenduojamos, statant naujas biodujų ar biometano jėgaines. Be to, yra parengtos metodikos, pagal kurias vertinamas žaliavų ir visos gamybos grandinės tvarumas. Atliekant šį vertinimą, nustatomos ŠESD emisijos, susidarančios žaliavų auginimo, surinkimo, transportavimo ir paruošimo grandinėse. Detaliam vertinimui reikia nustatyti ir biodujų ar biometano gamybos procesuose patiriamas energines sąnaudas ir ŠESD emisijas. Daugeliu atvejų biodujų ir biometano gamybos tvarumo rodikliai būna pozityvūs, tačiau rekomenduojama pasirinkti žaliavas ir gamybos technologijas, kurių tvarumo rodikliai geriausi.

Gyvulių ar paukščių mėšlas priskiriami prie tvariausių žaliavų, nes jas naudodami sumažiname ŠESD emisijas, susidarančias mėšlo saugyklose. Gaminant biodujas ar biometaną fermų teritorijoje, patiriamos minimalios energijos sąnaudos mėšlui transportuoti, paruošti ir dozuoti. Digestatas, susidaręs biodujų gamyboje, praranda tik nedidelę dalį maisto medžiagų ir pagerina tręšiamąsias savybes, nes tampa geriau prieinamas augalams ir dirvožemio mikrobiotai. Tačiau mėšlo energinis potencialas yra nedidelis – iš vienos tonos mėšlo (priklauso nuo jo rūšies) išgaunama apie 20– 80 m3 biodujų arba 10–30 m3 biometano. Todėl netikslinga mėšlo pervežti dideliais atstumais – transportavimo energijos sąnaudos sumenkina šios žaliavos naudojimo rentabilumą ir tvarumo rodiklius.

Su panašia problema susiduriama, biodujoms gaminti naudojant įvairias pramonės atliekas (vaisių, bulvių ir grūdų žlaugtus), kurios yra skystos, o jų energinė vertė žema. Tokias žaliavas tikslinga transportuoti tik tuomet, kai jų panaudojimas ar perdirbimas susidarymo vietoje yra neįmanomas arba nerentabilus.

Gana didelę energinę vertę turi prekybos, maisto atliekos, vaisių ir daržovių išspaudos, melasa. Jų patrauklumą didina ir tai, kad kitoks panaudojimas yra problemiškas dėl cheminių ar fizinių savybių, o perdirbus į biodujas ar biometaną, gaunama gana didelė energinė vertė. Šie šalutiniai produktai gali būti specializuotų biodujų jėgainių žaliava arba naudojami kaip papildoma žaliava, maišoma su mėšlu. Jų sudėtyje esančios naudingos medžiagos papildo digestatą azoto, kalio, fosforo ir mikroelementų.

Energinių ir tarpinių augalų biomasė turi geras energetines charakteristikas. Be to, jie mūsų klimato zonoje gerai dera. Augalų biomasę nesunku konservuoti silosuojant ir išlaikyti iki kito derliaus, taip užtikrinant žaliavų tiekimo patikimumą. Tačiau jiems auginti naudojamos žemės ūkio naudmenos, energinės sąnaudos ir technika žemei dirbti, augalams prižiūrėti, nuimti ir transportuoti. Šios papildomos sąnaudos menkina augalų biomasės energinį ir aplinkosauginį efektyvumą, tačiau mokslinių tyrimų ir praktinė patirtis rodo, kad augalų biomasės naudojimas biodujoms ir biometanui gaminti yra gana tvarus – žaliavų vertės grandinėje patiriamos energijos sąnaudos būna gerokai mažesnės, negu gaunamas energijos kiekis (3–6 kartus). Todėl ateityje numatoma ir toliau naudoti augalų biomasę šiems tikslams, pakeičiant jų auginimo principus – pereinant prie tarpinių pasėlių auginimo.

Javų šiaudų naudojimas biodujų ir biometano gamybai turi gerų perspektyvų. Tiesa, šiaudų struktūra gana sudėtinga, tad ją bakterijoms sunkiau suardyti negu mėšlo ar kitų atliekų. Tačiau taikant inovatyvius šiaudų apdorojimo būdus (mechaninius, cheminius, biologinius) galima sutrumpinti šiaudų suirimo trukmę ir gauti gana dideles biodujų išeigas. Didelė dalis nesuirusios ląstelienos digestate gali būti grąžinama į dirvožemį, papildant jį maisto medžiagų ir anglies.

Energinis potencialas ir metano koncentracija

Žaliavų energinis potencialas labai skiriasi. Jis priklauso ne tik nuo biodujų išeigos iš žaliavos masės ar tūrio vieneto, bet ir nuo metano koncentracijos išgautose biodujose. Kuo didesnė metano koncentracija, tuo vertingesnės biodujos. Be to, jei biodujos išgaunamos su didesne metano koncentracija, tai metano gryninimo procese patiriamos mažesnės energijos ir eksploatacinės sąnaudos, atskiriant anglies dioksidą. Žaliavai naudojant gyvulių ir paukščių mėšlą, srutas, išgaunamos biodujos turi didesnę negu 60 proc. metano koncentraciją. Iš vaisių ir šakniavaisių išspaudų išgautos biodujos būna su 65–70 proc. metano koncentracija, o iš melasos – net daugiau kaip 70 proc. metano.

Biodujos iš vaisių, bulvių ir grūdų žlaugtų turi žemesnę metano koncentraciją, kuri gali kisti nuo 53 iki 65 proc., atsižvelgiant į pagrindinės produkcijos gamybai naudojamų žaliavų kokybės ir gamybos technologinio proceso ypatumus. Kaip jau buvo minėta, energinių augalų biomasė (žalia žolė ir jos silosas, runkeliai, kukurūzų silosas ir pan.) yra patraukli žaliava dėl didelės biodujų išeigos, tačiau metano koncentracija dujose būna gerokai mažesnė – nuo 50 iki 60 proc., o biodujose iš šiaudų – 46–50 proc. Maža metano koncentracija ne tik mažina biodujų energinę vertę, bet ir jų naudojimas būna problemiškas, generuojant elektrą, šilumą ar gryninant biometaną. Didesnė metano koncentracija biodujose gali būti pasiekiama, jei į šią augalų biomasę įmaišoma atliekų, kurios generuoja dujas su didesne metano koncentracija.

Lietuvos biometano gamybos plėtra taip pat ambicinga ir labai svarbu, kad šios srities plėtotojai būtų garantuoti dėl tvarios gamybos plėtros. Todėl pateikiame tyrimo, kuriuo vertinome mūsų šalies žemės ūkio žaliavų potencialą, rezultatus. Nustatėme, kokį biometano potencialą turi populiariausios žemės ūkio žaliavos (šiaudai, gyvulių ir paukščių mėšlas) įvairiuose Lietuvos rajonuose 2021 metais. Tyrimui naudojome Lietuvos statistikos departamento sistemines duomenų bazes. Tirti pasirinkome tam tikro dydžio gyvulių ir paukščių fermas, įvertinome mėšlo gamybos potencialą 100 vnt. ir didesnėse galvijų fermose, 1 000 vnt. ir didesnėse kiaulių fermose ir didesniuose kaip 100 tūkst. vnt. paukštynuose. Biometano gamybos potencialas šioje publikacijoje pateiktas, panaudojus 10 proc. žieminių ir vasarinių kviečių, kvietrugių, rugių ir miežių šiaudų derlių.

Didžiausią potencialą biodujoms ir biometanui gaminti iš galvijų mėšlo turi Šilutės, Šilalės, Pakruojo, Pasvalio, Kėdainių ir Šakių savivaldybės. Panevėžio, Jurbarko ir Joniškio savivaldybėse yra didžiausias biometano gamybos potencialas iš kiaulių mėšlo. Didžiausia paukštynų koncentracija yra Kaišiadorių ir Vilniaus rajonuose, kuriuose galima tikėtis atitinkamai 4,8 ir 3,6 mln. m³ metinės biometano gamybos iš paukščių mėšlo. Didžiausias perspektyvas biometaną gaminti iš vasarinių ir žieminių javų šiaudų turi Šakių, Kėdainių, Pasvalio, Joniškio, Pakruojo ir Šiaulių savivaldybės.

Šalies vidutinių ir stambių gyvulių, taip pat paukščių fermų biodujų ir biometano gamybos potencialas siekia 124,4 mln. m³ arba 1,24 TWh energijos, o panaudojus 10 proc. šiaudų derliaus galima tikėtis 55 mln. m³ biometano arba 0,55 TWh energijos potencialo. Galima skirti ir didesnę šiaudų dalį energijos sektoriui, tačiau iki šiol jie dar nenaudojami biodujoms gaminti, todėl plėtra ir technologijos ateis, pamažu įgyjant žinių ir patirties.