Lubimy i cenimy sobie „bio”, czyż nie? To chyba najbardziej obok „eko” nie wymagający dziś żadnego dodatkowego marketingu, a sam będący fundamentem marketingowym prefix, jaki znają języki indoeuropejskie. A za nimi wszelkie inne. To już nam sprzedano, nie trzeba tego bardziej promować, bo i tak ustawia się kolejka. Z drugiej strony, od co najmniej dwóch dekad w ramach wspomnianego „eko” miała nastąpić transformacja energetyczna, w której – jako ratunek dla całej ludzkości, zanim wiatraki, solary i pompy ciepła nas nie zbawią – przez wszystkie przypadki odmieniano słowo gaz.

Oczywiście luty 2022 zmienił wiele w tej materii, nadal jednak gaz nie stał się synonimem złego mzimu. Po prostu trzeba się nauczyć zdobywać go z innych źródeł niż Federacja Rosyjska. Bardzo też dbać, żeby te źródła były maksymalnie zdywersyfikowane. Jak to się zatem stało, że „biogaz” od dawna i nadal nie jest hitem?

Gdy człowiek jest bardzo młody, ma marzenia. Ja, maturzystka 1990, miałam marzenia rozliczne, bo świat nagle się przewrócił w dobrą stronę, a w Polsce pojawiła się (a słowo to przyprawiało o drżenie wnętrza) biotechnologia. Na razie jako propozycja do odbycia nad nią studiów w kilku uczelniach w Polsce, w tym we Wrocławiu. Jak się było finalistą olimpiady z biologii, te drzwi stały otworem. A ja tak bardzo chciałam… współtworzyć biogaz (dopiero drugą koncepcją na poświęcenie własnego życia czemuś bardzo wartościowemu była walka z rakiem).

Ten tekst właśnie o biogazie. Czyż to nie piękne i dobre, by odpady organiczne, cuchnące rybie resztki, odpady drewna, krowiego, świńskiego i drobiowego nawozu czy odsączy z oczyszczalni ścieków których aż nadto i w dodatku śmierdzą, przerabiać na coś pożytecznego? Dającego ciepło, światło, życie? Na pożyteczną, energodajną i … potencjalnie tanią (jak sądziłam), substancję?

Jakub Wiech, specjalista z serwisu „Energetyka 24” poinformował mnie, że „opóźnienia Polski w kwestii transformacji energetycznej są widoczne także na polu biogazu. Mamy tu bowiem do czynienia z sytuacją, w której kraj będący w pierwszej dwudziestce największych eksporterów produktów rolno-spożywczych, posiadający 10-procentowy udział rolników wśród zatrudnionych, praktycznie nie dysponuje sektorem biogazowym.

Nad Wisłą działa ok. 300 biogazowni. Dla porównania: w Niemczech ok. 10 tysięcy, we Włoszech ok. 1600, a we Francji ok. 1100. Z tego względu udział bioenergii w polskim miksie jest śladowy i sięga 1 GW. Mniej więcej tyle samo mocy pracuje w Polsce w elektrowniach wodnych. Tymczasem potencjał produkcji biometanu przez polski sektor rolny jest relatywnie spory – szacuje się go na ok. 4 mld metrów sześciennych rocznie. Dzięki temu Polacy mogliby podwoić swoje możliwości wewnętrznego zaopatrzenia w surowiec gazowy.”

Sprawa jest zatem poważna i kompletnie niezrozumiała. Rzecz sama jest źródłem niemałych odkryć naukowych. Na przykład ostatnio właśnie w „fabryce biogazu” odkryto cały nowy rząd bakterii beztlenowych (rząd to szerzej niż rodzina, rodzaj i gatunek), które mogłyby zwiększyć dalej wydajność produkcji biogazu. Odkrywcy zaproponowali dla nich nazwę Darwinibiotices. Okazało się, że wśród bakterii siedzących w biogazowniach, czyli przeprowadzających fermentacje beztlenowe niezbędne do produkcji metanu z rozkładu materii organicznej, Darwinibiotices są jednymi z najliczniejszych drobnoustrojów w ogóle. Że też nikt dotąd nie zauważył… Bo i nie szukał.

Gdy się chce odkryć nowe bakterie, to trzeba iść tam, gdzie dzieją się dziwaczne biochemiczne procesy. Takie, których żaden z nas, jednolitych i nudnych metabolicznie jak kasza manna na wodzie eukariontów (stworzeń o komórkach wyposażonych w jądro) nie umiałby nigdy przeprowadzić. Bakterie są wszystkie lepkie, malutkie i zasadniczo okrągłe, ale metabolizm mają najróżnorodniejszy na świecie. Różnią się bowiem między sobą, że się tak wyrażę – wnętrzem, a nie powierzchownością. To całkiem inaczej, niż my.

Specjaliści europejscy, głównie z Politechniki Drezdeńskiej, dzięki finansowaniu dla projektu Micro4Biogas, przeanalizowali 80 próbek z 45 biogazowni rozsianych po całej Europie i znaleźli tego mikroskopijnego świętego Graala. Przedstawiciele Darwinibiotices byli obecni we wszystkich próbkach, pomimo różnic i odległości między biogazowniami, z których je pobierano. Znaczy – nie ma bez tych bakterii biogazu, a gdyby nad nimi nieco popracować, mogłoby go być więcej z tej samej masy bioodpadów.

Trzeba nam teraz pojąć pokrótce, czymże jest biogaz i jak powstaje. Proces ten nauka ma rozpracowany słabo, to tzw. czarna skrzynka, ponieważ rola i dynamika większości zaangażowanych w niego mikroorganizmów pozostaje nieznana. A skoro ich metabolizm jest tak rozmaity, to produkt fermentacji beztlenowej robionej przez bakterię X może być pokarmem dla bakterii Y, ta zaś da w efekcie związek, z którego dopiero bakteria Z zrobi metan. W wypadku zanalizowanych europejskich fabryk biogazu, najprawdopodobniej jedna konkretna bakteryjna rodzina w ramach tego nowego rzędu (tj. rodzina Darwinibacteriaceae) współpracuje w powyższy sposób z obecnymi w fermentorze archeonami. Archeony to trzecia obok bakterii i eukariontów gałąź na drzewie życia, podobnie jak bakteryjną – tworzą ją wyłącznie bezjądrowe mikroorganizmy). Bakterie miałyby zatem wytwarzać związki metaboliczne – niekoniecznie w pełni jasne, jakie i w jakich proporcjach, które archeony następnie wykorzystują do wytwarzania metanu.

Celem odkrywców Darwinibiotices jest uczynienie biogazowni odpornymi na warunki i stosowaną do produkcji biomasę, a przede wszystkim „mniej zależnymi od dotacji w zakresie komercyjnej działalności, co zapewni impuls dla energii odnawialnych na całym świecie”. Czyli biogaz się dotuje? Dziś bakterie robią go za darmo z odpadów (transport niemal zaniedbywalny, bo to powinny być lokalne produkcje)? Naprawdę taniej wydobywać ropę, którą podobne bakterie i procesy geologiczne zrobiły kilkaset milionów lat temu?

Jak stwierdzili już eksperymentalnie w 2018 roku naukowcy z Uniwersytetu w Gandawie w wiodącym czasopiśmie „Energy & Environmental Sciences”: „biogaz nie potrzebuje dotacji”. O ile nie będziemy go spalać, co ma i tę złą konsekwencję, iż nie ma takiego metanu, który po spaleniu nie stanie się dwutlenkiem węgla, sam zaś metan też jest gazem cieplarnianym. Biogaz nie jest mianowicie tak zielony, jak go malują, ale do tego problemu jeszcze wrócę.

W swoich wyliczeniach specjaliści z Gandawy wykorzystywali dane, według których w 2018 proces spalania biogazu odpowiadał za pozyskiwanie około 10 proc. „zielonej energii” w EU. A dotacje do tego spalania wahały się wówczas od 20 do 276 euro za megawatogodzinę. Wtedy to było od połowy do 6-krotności ceny tejże megawatogodziny na rynku. W EU spalanie biogazu i robienie z niego prądu elektrycznego dotuje się nadal, nic się od tamtego czasu nie zmieniło. Belgijscy specjaliści natomiast zaproponowali, by stał się on raczej „surowcem do produkcji chemikaliów, co przyniesie korzyści przedsiębiorstwom, rządom i środowisku”. O co chodzi?

Otóż biogaz to w istocie zredukowany węgiel. Jeśli chcemy prowadzić syntezy związków organicznych, energetycznie taniej jest je prowadzić ze związków już zredukowanych, bo i tak przed syntezą trzeba by je redukować chemicznie. Co więcej, tylko jedną trzecią energii zawartej w biogazie można przekształcić w energię elektryczną. Pozostałe dwie trzecie są tracone w postaci tzw. ciepła resztkowego. A węgiel zamknięty w stabilnych związkach chemicznych nie generuje gazów cieplarnianych, dopóki owe związki chemiczne nie zaczyna się rozpadać, na ogół na drodze utleniania. Następuje zatem istotna sekwestracja węgla – odcięcie go od łatwego utlenienia i przeniesienia się do atmosfery.

Centrum Ekologii i Technologii Mikrobiologicznej oraz Laboratorium Technologii Chemicznej Uniwersytetu w Gandawie sugerują, by firmy chemiczne przekształcały pobierany wprost z sieci biogaz w tlenek węgla – prosto rzekłszy: w czad – który jest jednym z głównych surowców w przemyśle chemicznym opartym o syntezę organiczną. Kolejnym składnikiem do syntez organicznych byłby tu metanol. Zakładają przy tym, że wprawdzie biomasa jest przetwarzana lokalnie, ale jej produkt, jest dostępny wszędzie, bez konieczności transportu, jako gaz wtłoczony w sieć, niczym gaz ziemny. „Ślad Węglowy” miałby tu być zmniejszony, bo część gazu kopalnego (czyli tej biomaterii sprzed setek milionów lat, uwięzionej do momentu wydobycia w skorupie ziemskiej) zastąpiona jest biogazem, który jest przetworzoną materią organiczną doby obecnej.

„Możemy czterokrotnie pokryć światowe zapotrzebowanie na metanol biogazem pochodzącym z UE. W rzeczywistości będzie to mieszanka różnych produktów: szacujemy, że jesteśmy w stanie sekwestrować ponad połowę światowej przemysłowej emisji dwutlenku węgla poprzez wykorzystanie «biogazu ziemnego», a więc poprzez inteligentne wykorzystanie biomasy” – twierdzą biotechnolodzy z Gandawy, którzy opracowali niezbędną do tego technologię. Czy jednak „głęboka dekarbonizacja” przy pomocy wytwarzania i przesyłu biogazu jako domieszki do gazu ziemnego, wykorzystanego następnie do syntez organicznych jest możliwa? A to już zależy od tych, co decydują o dotacjach na spalanie.

Jak bowiem twierdzi Jakub Wiech, „wokół bioenergii zmienia się klimat polityczny. W polityce klimatycznej Unii Europejskiej biogaz zalicza się do źródeł odnawialnych. Dzieje się tak w oparciu o prostą kalkulację zakładającą ciągłość produkcji. Żeby wygenerować biogaz, trzeba dysponować określoną ilością biomasy, która – podczas swojego wzrostu – pochłaniała dwutlenek węgla. Jednakże później, w ramach jej spalania, stosowna ilość gazów cieplarnianych dostaje się do atmosfery. To sprawia, że biogaz coraz częściej postrzegany jest jako tzw. szara technologia, którą należy wypierać, a nie wspierać”.

Warto zauważyć, że ocena tego, co jest „eko” w kwestii biogazu zmienia się już od kilku lat, co może sprawić zawód miłośnikom tzw. biopaliw, czyli uprawiania roślin oleistych tylko po to, żeby z nich robić substancje wlewane do silników pojazdów. Pomijam tu kwestie motoryzacyjne, na których się nie znam, ale w materii samej opłacalności procesów nie tyle nawet dla portfela, co właśnie dla środowiska, już w 2015 roku wypowiedzieli się na łamach „Global Change Biology Bioenergy” uczeni z Uniwersytetu w Bangor i Instytutu Thünen w Niemczech. Z ich wyliczeń wynika, że biogaz pozyskiwany z odpadów jest co najmniej dziesięciokrotnie efektywniejszy niż biogaz z upraw w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych w przeliczeniu na hektar uprawnej ziemi.

Wtedy bowiem, a i dziś, w wielu krajach UE wspomniane wyżej dotacje do spalania biogazu, zwane taryfami gwarantowanymi dla bioelektryczności, zachęcają do wykorzystywania upraw nie do żywienia ludzi i zwierząt, a do produkcji biogazu w dużych zakładach fermentacji beztlenowej. Ponadto, obowiązkowe „cele w zakresie mieszanek biopaliw” stymulują produkcję biopaliw płynnych z upraw spożywczych.

Mówiąc językiem wykorzystywanym nadmiernie w dokumentach instytucji europejskich, aczkolwiek suflując tym razem prawdy niekoniecznie tam akceptowane, środki polityczne nie są tu ukierunkowane na najbardziej zrównoważone opcje bioenergii, aby zmniejszyć zależność od zanieczyszczających paliw kopalnych i zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych. Tzw. efektywność środowiskowa czy tym bardziej zrównoważenie środowiska to temat skomplikowany i na niejeden artykuł. Prosto jednak jestem sobie w stanie wyobrazić, że mniej obraża zdrowy rozsądek i matkę Ziemię, gdzie głodnych chodzi 9 proc. populacji, produkcja energii elektrycznej i ciepła w przydomowych biogazowniach z odchodów świńskich i odpadów żywnościowych, a nie z kukurydzy. ODWIEDŹ I POLUB NAS Jak zauważają autorzy tego badania, „fermentacja beztlenowa obornika i odpadów spożywczych pozwala uniknąć emisji powstających w wyniku przechowywania obornika i kompostowania odpadów spożywczych.[…] Należy jednak zachować ostrożność, aby zminimalizować emisję amoniaku podczas przechowywania i stosowania na gruntach „bionawozu” z pofermentu produkowanego wraz z biogazem w zakładach fermentacji beztlenowej”.

Mikroorganizmy, które produkują biogaz w fermentorach beztlenowych, jak się okazało, żyją w wysoce uorganizowanych biomach, gdzie dobrostan jednego, właśnie odkrytego rodzaju bakterii warunkuje efektywność działania innych. Tak to już bywa w organicznym świecie, że nie da się manipulować tylko jednym elementem, jak nie da się manipulować tylko jednym zębatym kółeczkiem w mechanizmie – wszystko się poruszy. Bioinżynieria to jeden rodzaj manipulacji, system dotacji – nie mniejszy. Warto zrozumieć, że biogaz powstaje w skomplikowany i nie w pełni nadal poznany sposób, i miałby przed sobą prawdopodobnie lepszą dla nas przyszłość, gdyby słuchano uczonych i uważnie sprawdzono ich wyliczenia. Może się okazać, że oszczędzą nam one sporo pieniędzy i planetę, a „bio” będzie realnie zielone, a nie szare.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Źródła:
• https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.08.556800v1
• https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.08.556802v1
• https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/EE/C8EE01059E
• https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcbb.12246