Насколько реалистичны обещания Еврокомиссии многократно увеличить производство биогаза в Европе и полностью заместить не только собственный, но и импортный природный газ?
Как мы отметили в предыдущей статье, уже достигнутый на сегодня маштаб развития отрасли впечатляет, вместе с этим будет интересно разобаться, какие проблемы кроются за внешне оптимистичной картиной. И не помешают ли они озвученным планам еврочиновников.
До последнего времени ведущим игроком в области биогаза была Германия. На эту страну приходится более 2/3 реализованных проектов и введенных мощностей. Можно сказать, что здесь формировались стандарты для остальной Европы сфере поддержки отрасли, бизнес модели проектов и технологий. Но к настоящему времени все большая часть участников рынка приходит к мнению, что немецкий опыт оказался далек от идеала, не подходит для тиражирования и расширения производства биогаза.
В чем же состоял этот подход?
Главным элементом поддержки стал «зеленый» тариф, по которому собственники биогазовых комплексов продавали электроэнергию в сеть. Субсидирование тарифа проводилось из госбюджета или покрывалось растущими тарифами для потребителей энергии.
Как следствие, основным критерием рентабельности проектов по биогазу стала максимизация выработки электроэнергии, снижение стоимости станции в расчете на 1кВт установленной мощности и использование того вида сырья, который отвечал этим условиям – кукурузного силоса. Абсолютное большинство станций в Германии работает именно на зеленой массе.
Отходы сельского хозяйства, наоборот, не используются в чистом виде, поскольку они имеют меньший выход биогаза на 1 т сырья и наоборот крайне высокую стоимость в расчете на объем производимого газа и электроэнергии.
Однако даже на тех объектах, где кукурузный силос используется в чистом виде, стоимость установленной электрической мощности биогазовых станций очень высока, в среднем от 4 тыс. евро за 1 кВт, что в разы превышает уровень ветровой и солнечной энергетики. Столь высокие капзатраты традиционных биогазовых технологий связаны с длительным циклом брожения зеленой массы в биореакторах и, соответственно, значительным их числом и объемом, что требует использования дорогостоящих материалов, например стали со стеклоэмалированным покрытием.
Дополнительный фактор высокой стоимости проектов – создание хранилищ кукурузного силоса, достаточного для обеспечения биогазовой станции до следующего урожая. По мере увеличения числа биокомплексов из-за возрастающего спроса возрастает стоимость сырья и операционных расходов на доставку из-за увеличения транспортного плеча.
Но самым главным препятствием, как ни парадоксально, стали экологические проблемы, вызванные разветвленной сетью биогазовых установок. В процессе брожения сырья в биореакторах и его разложения в биогаз образуются значительные объемы загрязненных жидких стоков с высокой концентрацией соединений азота, фосфора, калия и патогенной микрофлоры, в среднем около 20 л на 1 кВт*ч электроэнергии.
До недавнего времени этот продукт поставщики классических биогазовых станций предлагали считать жидким биоудобрением. Однако из-за необходимости соблюдать нормы внесения этих стоков в почву возникла проблема сбыта этих объемов. Она приобрела массовый характер: на сегодня более 70% стоков биогазовых станций объемом свыше 1 млрд т в год не находит спроса как удобрение. По мере переориентации части проектов с когенерационного цикла на поставку биометана в сеть исчезла условно бесплатная теплоэнергия, которая ранее как побочный продукт производства электроэнергии использовалась для сокращения объема жидких стоков биогазовых станций.
Сильно возросли капитальные затраты из-за необходимости создания хранилищ загрязненных стоков и формирования парка сельхозтехники для их вывоза на поля. По мере того, как близлежащие к биогазовым комплексам земли уже не могут использоваться для внесения этих стоков, растут транспортные расходы на перевозку, в последний год они достигли 20 евро за т.
При этом использование зеленой массы для работы станций усугубляет проблему, поскольку кукурузный силос увеличивает не только выработку электроэнергии, но и кратно — объем перебродившего сырья. В результате применения традиционной биогазовой технологии даже те станции, которые работают только на отходах сельского хозяйства, фактически перерабатывают его в более опасный для окружающей среды продукт.
В случае с установками на зеленой массе ситуация и вовсе выглядит абсурдной. Нередко они строились в районах, где не велось никакой хозяйственной деятельности и своими стоками разрушали местную экосистему, сжигали почвы, загрязняли нитратами и нитритами грунтовые и даже артезианские воды. Кроме того, под выращивание кукурузы на силос из оборота изымалась огромная площадь плодородных земель, которые могли бы использоваться в продовольственных целях.
Высокие операционные затраты на обеспечение сырьем и вывоз стоков не только ухудшали рентабельность проектов. На крайне низком уровне находится их энергетическая окупаемость – соотношение произведенного топлива к затраченному. Как следствие, высок и «углеродный след» этих энергетических затрат, что напрочь убивает саму концепцию маштабного применения классических биогазовых технологий и такую модель бизнеса для достижения целей декарбонизации.
Следствием политики субсидирования отрасли исключительно через «зеленый» тариф стало введение в эксплуатацию большого количества неэффективных инвестпроектов и присутствие на рынке неконкурентноспособных поставщиков оборудования, с заведомо неоптимальными и дорогими техническими решениями.
Большая нагрузка из-за субсидирования в том числе биогазовых станций легла на потребителей энергии, в том числе население. Уже к 2014 г. тариф для домохозяйств в Германии превысил 0,33 евро за 1 кВт.ч, что повлекло массовый частичный уход потребителей из сети с помощью перехода на локальные ВИЭ для собственного обеспечения. Отток потребителей вызывал все большую нагрузку на оставшихся в сети.
В 2014 г. терпение регуляторов рынка лопнуло. Под влиянием экологических проблем, рождаемых развитой сетью биогазовых станций, работающих на зеленой массе, а не на отходах АПК, были приняты поправки в законодательство, обязывающих собственников биогазовых станций заниматься реальной переработкой и доочисткой стоков, с получением чистой воды и удобрений в концентрированном или гранулированном виде. Кроме того, высоких тарифов на электроэнергию лишились станции, работающие исключительно на зеленой массе.
После свертывания программ субсидирования множество предприятий как из числа поставщиков биогазовых комплексов, так и их девелоперов обанкротились. Значительная часть европейской биогазовой отрасли оказалась неконкурентоспособна по сравнению с традиционной и прочей возобновляемой генерацией энергией, она испытывает проблемы с обеспечением сырьем, завышенной стоимостью оборудования и находится в экологическом тупике.
В результате дальнейшее развитие отрасли зависит от решения двух ключевых задач:
1) Массового внедрения более дешевой биогазовой технологии для переработки органических отходов в чистом виде без использования энергетических растений, в том числе таких проблемных отходов, как стоков высокой влажностью 98-99%, отходов высоких классов опасности, например, птичьего помета, иловых осадков, органической фракции коммунальных отходов. Важное условие — применение тех инженерных решений, которые обеспечивают минимальные капитальные затраты не столько за кВт установленной мощности, сколько и за 1 т переработанных отходов.
2) Завершение очистки стоков самой биогазовой станции с разделением отходов на чистую воду и гранулированные удобрения, которые пригодны для транспортировки на дальние расстояния и представляют дополнительный источник выручки, до нескольких сот евро за т.
Владельцам действующих проектов остается оптимизировать свой бизнес по предложенной схеме или уйти с рынка. (рис. 1)
Рис.1 Традиционные биогазовые технологии нерентабельны:
от каких решений необходимо отказываться
Конкурентоспособными будут те владельцы биогазовых станций, которые смогут получить выручку там, где ранее были расходы: gate fee за переработку отходов вместо платы за сырье, продажа удобрений вместо затрат на вывоз переброженной массы. В этом случае благодаря сочетанию нескольких источников прибыли продажа энергии и биометана не будет требовать больших субсидий. По этому пути, например, пошли наши клиенты — владельцы станции Biokymppi в Финляндии.
Но в самой выигрышной ситуации окажутся построенные с нуля по новым технологиям проекты, где будут предусмотрены все доступные сегодня инновационные решения:
1 Разделение на стадии и сокращение продолжительности биогазового цикла, объема и стоимости биореакторов,
2 Применение реактора гидролиза перед основным биореактором
3 Применение реакторов типа UASB, отказ создания материалоемких и капиталоемких дображивателей (постферментеров)
4 Замкнутый цикл с модулем трехстадийной (ультрафильтрация, пресипитация, двойной обратный осмос) доочистки стоков биореакторов и получением чистой воды и NPK удобрений.
В этом случае в переработку через современные технологии будут вовлечены все органические отходы на территории Европы. Хватит ли их биогазового потенциала для достижения целей Еврокомиссии, вопрос пока открытый, однако перспективы 2-3 кратного увеличения производства в ближайшие 10-15 лет сомнений не вызывают. И биогаз, и водород, обязательно займут свою нишу в энергобалансе Европы, при условии, что будут сделаны правильные выводы из прошлых ошибок субсидирования.