Polskie innowacje pomagają w domykaniu obiegu w energetyce

Jak wygląda wdrażanie gospodarki obiegu zamkniętego (GOZ) w energetyce. Jaki jest stopień wykorzystania ubocznych produktach wydobycia (UPW) i ubocznych produktów spalania (UPS). Jakie mechanizmy GOZ funkcjonują już w sektorze odnawialnych źródeł energii (OZE). Jak wyglądają działania zmierzające do recyklingu zużytych urządzeń OZE (fotowoltaika, turbiny wiatrowe, pompy ciepła), a wreszcie rekultywacja terenów pokopalnianych i poprzemysłowych jako istotne zadanie w domykaniu obiegu i rola państwa we wzmacnianiu mechanizmów GOZ w energetyce. To główne zagadnienia poruszane podczas debaty „Energetyka i Gospodarka Obiegu Zamkniętego. Wyzwania dla energetyki konwencjonalnej, wyzwania dla OZE”, która odbyła się w redakcji „Rzeczpospolitej” w ramach cyklu „Walka o klimat”.

Obraz sytuacji

Szeroką perspektywę związaną z odpadami przemysłowymi, w tym odpadami powstającymi w energetyce, przedstawił prof. dr hab. inż. Krzysztof Galos, podsekretarz stanu w Ministerstwie Klimatu i Środowiska (MKiŚ), główny geolog kraju. Jak mówił, to są ilości wciąż przekraczające 100 mln ton rocznie.

– Są to przede wszystkim odpady z wydobycia i przeróbki kopalin, w szczególności rud miedzi i węgla kamiennego. Drugą bardzo ważną grupą są tzw. odpady energetyczne, pochodzące głównie z elektrowni węglowych, których powstaje kilkanaście milionów ton rocznie. Są one bardzo zróżnicowane i zarazem są najlepszym przykładem postępujących przemian w zakresie gospodarczego wykorzystania odpadów przemysłowych – stwierdził Krzysztof Galos. – Przy spełnieniu odpowiednich warunków znaczna część z nich nabiera charakteru UPS-ów, które mogą znaleźć zastosowanie gospodarcze w takich obszarach jak przemysł cementowy, rekultywacja czy budowa nasypów drogowych – wymieniał.

Od lat 90., wobec szybkiego rozwoju instalacji odsiarczania spalin, pojawiły się nowe rodzaje odpadów energetycznych, takie jak gipsy syntetyczne czy popioły siarczanowe z kotłów fluidalnych. – Można wręcz powiedzieć, że w dużym stopniu stały się od nich uzależnione np. przemysł cementowy czy przemysł gipsowych materiałów budowlanych. Bazują one w dużej mierze właśnie na tych materiałach, które w energetyce przez całe lata traktowane były jako odpady – tłumaczył przedstawiciel MKiŚ.

W ub.r. weszło w życie rozporządzenie MKiŚ w sprawie określenia szczegółowych warunków utraty statusu odpadów dla odpadów powstających w procesie energetycznego spalania węgla. – Wymagało to wielu lat debaty, ale ostatecznie pokazało nam ścieżkę, w jaki sposób znaczna część odpadów z sektora, po spełnieniu określonych warunków, może uzyskać status pełnoprawnych materiałów do tych różnych zastosowań, zwłaszcza w przemyśle materiałów budowlanych – powiedział Krzysztof Galos.

Pozytywne zmiany

Radykalną zmianę w postępowaniu z odpadami z polskiej energetyki konwencjonalnej potwierdziła prof. dr hab. inż. Barbara Tora z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

– Kiedyś odpady zalegały na hałdach. Co gorsza, odpady z przeróbki węgla mają tendencję do zapalania się i stanowią ogromne zagrożenie dla środowiska – nie tylko dlatego, że pali się sam węgiel, ale dlatego, że w odpadach są związki siarki, np. piryt, który w procesie spalania emituje dwutlenek siarki, trujący dla człowieka. W ciągu kilku dekad pracy jednostek naukowych i badawczych, IETU, instytutów PAN, uczelni, chociażby AGH, nastąpił ogromny postęp technologiczny. Rozwój badań powoduje powstawanie nowych jednostek. Przykładem może być PGE Ekoserwis, firma specjalizująca się w utylizacji UPS, która powołała innowacyjne Centrum Badań i Rozwoju GOZ. Dziś zagospodarowana jest praktycznie całość UPS-ów. Rocznie powstaje ich ok. 20 mln ton, w tym ok. 10 mln ton popiołów lotnych. Popioły są zagospodarowane w 100 proc., a nawet są eksportowane. W 2021 r. do Skandynawii wyeksportowano 1,5 mln ton popiołów lotnych. UPS-y stały się bardzo cennym materiałem o różnych zastosowaniach – jako dodatek do betonu, materiał do stabilizacji i na podbudowy, kruszywo drogowe i kolejowe, spoiwa hydrauliczne, mineralne spoiwa górnicze, beton towarowy i gips. Odchodzimy od określenia „odpady”, traktujemy odpady jako materiał antropogeniczny, który ma różnorodne zastosowanie. GOZ jest nowoczesnym sposobem postrzegania rozwiązań gospodarczych – opowiadała ekspertka.

– Prowadzone są także prace nad wykorzystaniem odpadów, które zalegają np. na hałdach na Górnym Śląsku. Zasoby UPS-ów i odpadów węglowych na składowiskach szacowane są na 300 mln ton, tak więc perspektywy odzysku są ogromne. Przykładem jest kopalnia Silesia w Czechowicach-Dziedzicach. Kiedy została sprzedana czeskiej firmie, ważnym składnikiem majątku były przepalone odpady węglowe – bardzo twarde łupki będące kruszywem o wysokiej wytrzymałości – mówiła prof. Tora.

Czy istnieje jakaś możliwość zagospodarowania odpadów powstałych przy produkcji węgla brunatnego? O tym mówiła dr hab. Marta Pogrzeba, dyrektor, sekretarz naukowy i profesor Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych (IETU; instytut badawczy Ministerstwa Klimatu i Środowiska).

– Na Górnym Śląsku, oprócz hałd, które wrosły już w krajobraz, a dziś są także rekultywowane, mamy zanieczyszczenie gleb, w tym rolniczych, metalami ciężkimi, co wynika głównie z dawnej działalności hutnictwa metali nieżelaznych. Podczas przerobu rud metali część metali w postaci tlenków emitowana była do atmosfery, gdyż na kominach hut nie było filtrów. To spowodowało oprócz naturalnie podwyższonych zawartości metali w glebach (tereny metalonośne) również ich wtórne zanieczyszczenie. Dlaczego o tym mówię? Ponieważ na przykład frakcje odpadowe z działalności kopalni węgla brunatnego mogą być wykorzystywane w glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi do ograniczania biodostępności metali. Jeżeli mamy bardzo silnie zanieczyszczoną hałdę, w której są różne metale, także toksyczne, i nie można jej rozebrać, to właśnie frakcje odpadowe węgla brunatnego wymieszane z warstwą powierzchniową podłoża ograniczają ich mobilność i biodostępność. Dzięki temu grunt, mimo iż pozostaje nadal zanieczyszczony, nie jest toksyczny dla użytkownika i umożliwia jej zazielenienie – tłumaczyła Marta Pogrzeba.

Taki modelowy projekt rekultywacji został zrealizowany w Rudzie Śląskiej przy udziale funduszy europejskich – Hałda w centrum miasta, została w 100 proc. oddana społeczności. Po rekultywacji powstały tam także tereny rekreacyjne. Jest tor saneczkowy, siłownia na otwartym powietrzu, miejsce do grillowania oraz punkt widokowy. Co ważne, IETU zrealizowało pierwszy w Europie projekt demonstracyjny z wykorzystaniem frakcji odpadowych węgla brunatnego na taką skalę, aby zablokować biodostępne frakcje metali ciężkich. Zazieleniliśmy ją gatunkami traw rodzimych, które dodatkowo są tak dobrane, że część nadziemna nie pobiera metali ciężkich. W efekcie tych wszystkich działań teren jest całkowicie bezpieczny do użytkowania dla lokalnej społeczności – opowiadała ekspertka.

Zwróciła także uwagę na jeszcze jedną możliwość zagospodarowania popiołów lotnych po spalaniu paliw kopalnych – które mogą być wykorzystywane do konstruowania tzw. sztucznej gleby. Sztuczna gleba jest alternatywą dla wierzchniej warstwy gleby pochodzącej np. z terenów rolniczych, które nie mogą być do tego celu wykorzystane, a potrzebne są na budowanych nowych osiedlach czy wzdłuż ciągów komunikacyjnych. Jest to swego rodzaju połączenie idei GOZ oraz cyrkularnego wykorzystania terenów, nawet jeżeli są zanieczyszczone (nadanie im nowych funkcji). Sztuczna gleba wpisuje się w tę koncepcję, można ją utworzyć z popiołów lotnych wymieszanych z odpadami organicznymi (kompostami) czy odpadowymi frakcjami mineralnymi pochodzącymi z górnictwa. Dzięki temu nie trzeba nigdzie zubażać środowiska, zabierając wierzchnią warstwę gleby, tylko sami jesteśmy w stanie sobie ją wytworzyć. Takie podejście, w którym kiedyś odpady uznawane za kompletnie nieprzydatne materiały stają się surowcami, to główne założenie GOZ. Nadajemy odpadom nowe życie – powiedziała Marta Pogrzeba.

Krzysztof Galos zaznaczył, że te wszystkie pozytywne przykłady nie oznaczają jednak, że tak wygląda całość kwestii związanych z zagospodarowaniem odpadów przemysłowych z energetyki.

– Niewątpliwie niektóre elektrownie, w zależności od procesu technologicznego wyłapywania pyłów, wykorzystania żużli, rzeczywiście idą tą drogą. Jednak mamy też przykład takich elektrowni, gdzie znaczna część odpadów – zwłaszcza tzw. mieszanek popiołowo-żużlowych itp., często o wysokiej zawartości wapnia – nie znajduje zastosowania gospodarczego. Jest to związane z problemami technologicznymi dotyczącymi możliwości ich wykorzystania – stwierdził przedstawiciel MKiŚ. – Tak więc aby dobrze oddać realia trzeba stwierdzić, że – istotnie – niektórych popiołów lotnych krzemionkowych z elektrowni węgla kamiennego jest wręcz za mało, ale dla innych materiałów niestety nie do końca znajdujemy aż w takim stopniu zastosowanie gospodarcze. Obecnie są więc pewne obszary, gdzie takich odpadów przybywa, a z drugiej strony miewamy do czynienia z sytuacją, że określone odpady energetyczne są wykorzystywane pochodząc nie tylko z bieżącej pracy bloków energetycznych, ale także są odzyskiwane ze starych hałd. Choć nie mamy takich danych, to ostrożnie można zakładać, iż w skali całego kraju więcej odpadów energetycznych jest gospodarczo wykorzystywanych niż jest na bieżąco generowanych – dodał.

Spojrzenie biznesu

A jak na te kwestie zapatruje się biznes? – Wszyscy gramy o wysoką stawkę. W grę wchodzi nie tylko dekarbonizacja i zazielenienie polskiej energetyki, ale również dekarbonizacja budownictwa – powiedział Piotr Gepert, ekspert Pracodawców RP.

– Dziś nie mówimy już o popiołach, żużlach, odpadach, a mówimy o UPS i UPW. Jest to temat rozwiązywany również na poziomie UE. Według unijnych szacunków w Europie mamy 700 mln ton antropogenicznych UPS i UPW, z tego 150 mln ton ze spalania węgla. W Polsce produkujemy rocznie ok. 20 mln ton UPS, a szacuje się, że na hałdach zalega ok. 300 mln ton. Jest to duże wyzwanie także z punktu widzenia budownictwa drogowego i strukturalnego. Problemem jest to, że niestety mają one status odpadów, a nie produktów. Podobnie zresztą jest w przypadku RDF-ów. Musimy gdzieś po drodze zgubić ten status odpadów – mówił ekspert Pracodawców RP.

– Biznes oczekuje regulacji, także ze strony rządu, związanych chociażby z nadaniem UPS-om statusu produktów priorytetowych – oczywiście z zachowaniem wszelkich rygorów – w inwestycjach finansowanych ze środków publicznych. To otworzy duży rynek dla branży budowlanej i wykonawczej. Bo jak powiedziałem, gra toczy się nie tylko o polską energetykę, ale także o dekarbonizację polskiego budownictwa – podkreślił Piotr Gepert.

Prowadzący debatę Marcin Piasecki z „Rzeczpospolitej” pytał także, jak na cały ten proces zapatruje się jeszcze jeden interesariusz, czyli samorządy. Dr Grzegorz Maśloch, adiunkt w Katedrze Ekonomiki i Finansów Samorządu Terytorialnego Szkoły Głównej Handlowej, stwierdził, że problem jest złożony, bo to gminy odpowiadają głównie za gospodarkę odpadami komunalnymi, a każda gmina jest inna i każda ma swoje problemy.

– Dziś w samorządach głównym problemem są odpady komunalne. Mówiąc o gospodarce obiegu zamkniętego, musimy mieć na uwadze, że system gospodarki odpadami komunalnymi w Polsce nie jest szczelny. Istotnym problemem jest nielegalne zagospodarowanie przez gospodarstwa domowe odpadów komunalnych, głównie do celów grzewczych. Złośliwi twierdzą, że mamy dwie frakcje segregacji odpadów: to, co się segreguje w dzień, i to, co się pali w nocy. A część ląduje w lasach. To jest główne wyzwanie dla samorządów – mówił Grzegorz Maśloch. – Wystarczy przejrzeć budżety praktycznie wszystkich dużych miast i większych gmin, które zakładają walkę z nielegalnymi wysypiskami. Kilka–kilkanaście milionów złotych w każdym budżecie jest przeznaczanych na likwidację dzikich wysypisk i zebranie z nich m.in. odpadów komunalnych. I to jest też niesamowite, bo proszę zauważyć, że wszystkie gospodarstwa domowe są w systemie i de facto płacą za odbiór odpadów komunalnych, co wskazuje, że ten system z perspektywy GOZ nie jest zbyt szczelny – dodał.

Zwrócił jednocześnie uwagę na znaczenie określeń używanych w dyskusji o transformacji energetycznej. – Ważne jest, jakich używamy słów. W gronie ekspertów możemy mówić o odpadach. Natomiast jeżeli wychodzimy do społeczeństwa – a transformacja na pewno się nie uda, jeśli społeczeństwo nie zostanie zaangażowane w zmiany na każdym etapie – i mówimy, że mamy do czynienia z odpadem, to przekaz jest bardzo negatywny i mówi, że mamy do czynienia z czymś, co jest nikomu niepotrzebne. Ale jeżeli uświadomimy sobie, że nie mamy do czynienia z odpadem, ale z produktem czy też surowcem lub zasobem, który możemy w jakiś inny sposób zagospodarować, to po pierwsze, stawiamy siebie w innym miejscu w negocjacjach, a po drugie otwieramy różne horyzonty i inny sposób myślenia czy to rolnika, czy przedsiębiorcy, którzy inaczej podchodzą do produktu, surowca niż do odpadów – powiedział Grzegorz Maśloch.

Ważnym problemem do rozwiązania jest również zwiększenie udziału wykorzystania biomasy jako energii z OZE. Do tematu biomasy jako elementu OZE odniosła się Marta Pogrzeba.

– Polska energetyka wykorzystuje ok. 8 mln ton biomasy, z czego 4 mln ton przypływa do Polski. W związku z czym cały czas mamy w Polsce problem z inwentaryzacją ilości produkowanej biomasy (zieleńce, parki miejskie, odpady z rolnictwa) i zdiagnozowaniem ilości frakcji bioodpadów w strumieniu produkowanych odpadów komunalnych. A frakcja ta może być wykorzystywana do współspalania, czy też jako wsad do biogazowni do produkcji biogazu – mówiła. – Bardzo dużym problemem we wspomnianych odpadach komunalnych jest właśnie frakcja bio. Musimy pamiętać, że do 2035 r. każda z gmin musi wykazać recykling 65 proc. deponowanych odpadów komunalnych. To ogromne wyzwanie dla nas wszystkich – podkreśliła.

A jakie wyzwania stoją w obszarze gospodarki obiegu zamkniętego przed OZE? Już wiadomo, że wyzwaniem będzie zagospodarowanie wychodzących z użycia niektórych elementów instalacji fotowoltaicznych czy wiatrowych.

Zdaniem Janusza Gajowieckiego, prezesa Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej (PSEW), nie ma dziś bardziej zielonej energii niż ta pochodząca z OZE. – Lądowa energetyka wiatrowa ma najniższy współczynnik emisji CO2 spośród wszystkich istniejących źródeł wytwarzania energii. Sam wiatrak spłaca swój dług produkcji CO2 już w trzy miesiące – kolejne 25 lat produkuje wyłącznie czystą energię elektryczną – podkreślił.

Cel: domknięcie obiegu

– Jako branża energetyki wiatrowej za cel postawiliśmy sobie całkowite zamknięcie obiegu gospodarki odpadami. Na razie nie został on osiągnięty dla tych turbin, które obecnie pracują, chociaż zbliżyliśmy się do bardzo wysokiego poziomu. Według ekspertów to jest nawet 85–90 proc. Można to dosyć łatwo policzyć. Bo turbina składa się z fundamentu, wieży, gondoli z przekładnią, generatora, systemów sterowania i wirników – mówił Janusz Gajowiecki. – I po kolei. Fundamenty to beton, generator – miedź, wieża – krzemionka, stal. To wszystko bardzo dobrze się przetwarza, a na dodatek jeszcze na tym można zarobić. Wyzwaniem są elementy kompozytowe, czyli głównie wirniki i łopaty. Dwie ich fabryki mamy do tej pory w Polsce. Jedna w zachodniopomorskim Goleniowie, która produkuje łopaty na ląd. Druga, której powstanie zostało ogłoszone w tym roku przez duńską firmę, będzie produkowała największe na świecie łopaty najnowszej generacji dla morskich farm wiatrowych. I tu jest bardzo dobra informacja, ponieważ dwóch z trzech producentów łopat już określiło system pełnego recyklingu łopat poprzez odpowiednie oddzielenie żywic z kompozytów do przetworzenia i ponownego użycia w fabryce – wskazał.

– Na bazie danych z WindEurope widać, że turbin jest bardzo dużo. Tylko od 2005 roku 300 tys. ton łopat rocznie jest w jakiś sposób wykorzystywane albo składowane, a od 2025 do 2030 roku ta liczba ma wzrosnąć nawet dwukrotnie. Dlatego w ostatnich latach branża pracowała również nad wykorzystaniem tego tych kompozytów np. w budownictwie, szczególnie w produkcji cementu. Są przykłady, gdzie nawet 75 proc. surowców do wytwarzania cementu pochodzi właśnie z kompozytów z farm wiatrowych. W efekcie naukowcy wskazali na bardzo duże ograniczenie emisyjności CO2 przy produkcji cementu, jest to spadek o nawet o 16 proc. Drugą możliwością wykorzystania łopat jest składowanie – i tutaj chciałbym bardzo obalić mit o składowanych łopatach. Łopaty turbin wiatrowych są nietoksyczne i bezpieczne dla składowisk odpadów. Zaznaczamy, że w naszej ocenie składowanie to marnotrawstwo cennych zasobów i najmniej preferowane rozwiązanie. Mamy bardzo konkretne postanowienia w tym temacie – do 2025 roku chcemy zakończyć składowanie wycofanych z eksploatacji łopat. Takie rozwiązanie będzie także bezzwłocznie przyjęte na poziomie Komisji Europejskiej – mówił Janusz Gajowiecki.

– Z kolei wiele krajów w różny sposób wykorzystuje ten kompozyt. Chociażby Japończycy bardzo ciekawie – pod trakcję szybkiej kolei dużych prędkości, gdyż ten kompozyt jest bardzo elastyczny. Innym ciekawym przykładem jest wykorzystanie zużytych łopat do tworzenia małej architektury miejskiej. Mamy nawet polskie firmy, które się w tym wyspecjalizowały. Budują małe przystanki, ławki, leżaki, materiały edukacyjne, a nawet kładki. Mamy pierwsze w Polsce kładki z tego materiału, łączące brzegi odległe o 40–50 metrów. Pierwsza ekspozycja tego typu architektury miejskiej powstanie w tym roku w Szczecinie przy współpracy władz tego miasta. Trwają także prace nad wykorzystaniem elementów łopat przy wytwarzaniu ekranów dźwiękochłonnych przy autostradach – opowiadał prezes PSEW.

Jan Ruszkowski, ekspert w Departamencie Energii i Zmian Klimatu, koordynator Rady ds. Czystego Powietrza, Konfederacja Lewiatan, zwrócił uwagę także na sektor fotowoltaiki i pompy ciepła.

– Rzeczywiście mamy przed sobą wzbierającą, rosnącą wykładniczo falę importu tych urządzeń na wciąż nienasyconym polskim rynku. W ślad za tą falą kiedyś przyjdzie też fala recyklingu, utylizacji tych urządzeń. Wiele osób mówi o tym już teraz, demonizując to jako wielki problem, podczas gdy należy raczej patrzeć na to jak na wyzwanie. I patrzeć chłodno – naukowo, rynkowo. Jak wiadomo, nie ma technologii idealnej. Wydawałoby się, że energetyka jest taką dziedziną, na którą wystarczy patrzeć przez pryzmat fizyki, nauki, mechanizmów rynkowych i zdrowego rozsądku. Tymczasem, niestety, została ona upolityczniona i wszystkie minusy – czy to energetyki konwencjonalnej, czy odnawialnej – są często niepotrzebnie wyolbrzymiane i stąd powstaje zamieszanie w debacie publicznej. Myślę, że również dlatego dzisiejsza debata będzie cieszyć się zainteresowaniem, bo temat budzi emocje – powiedział Jan Ruszkowski.

– Podkreślam: nie należy wyolbrzymiać tego wyzwania, przede wszystkim dlatego, że przyjdzie ono dopiero za pewien czas. Urządzenia energetyki odnawialnej, takie jak energetyka wiatrowa czy fotowoltaika, charakteryzują się wysokim CAPEX-em na początku, a potem OPEX jest minimalny, a emisje zanieczyszczeń zerowe. Dlatego chcemy, żeby pracowały jak najdłużej. Kres pracy tych urządzeń następuje po 20, 25, 30 latach i wtedy dopiero nadchodzi czas ich recyklingu – stwierdził ekspert Konfederacji Lewiatan.

– Jeśli spojrzymy na fotowoltaikę przez pryzmat chemii, to są to bardzo proste urządzenia. 90 proc. masy stanowi szkło i aluminium, jest tam trochę srebra, miedzi i krzem. Technologia ich recyklingu jest już rozwijana od dawna. Na razie większym wyzwaniem jest to, że nie ma jeszcze wystarczającego strumienia tych odpadów, aby technologia recyklingu stała się bardziej opłacalna dzięki ekonomii skali. Mamy czas na rozwijanie zarówno regulacji, jak i technologii, dla której 10 czy 20 lat to jest przecież cała era. Jestem spokojny o to, że uda się jeszcze znacznie udoskonalić – mówił Jan Ruszkowski.

Piotr Gepert zwrócił uwagę, że budowa dobrego systemu recyklingowego, efektywnego technicznie, technologicznie, logistycznie, finansowo „wymaga lat”.