W czasach licytacji na zieloność, wyścigów po neutralność albo i zeroemisyjność CO₂ – drewno (biomasa) wygrywa o dwie długości. Już jest tam, gdzie żadna pompa ciepła chyba nigdy się nie wdrapie: nie tylko ma zerowy bilans emisji CO₂, ale przy odpowiednim potraktowaniu może osiągać emisję ujemną, stając się jedną z bardzo niewielu dostępnych ludzkości metod usuwania węgla z atmosfery – co więcej, możliwą do wykorzystania na podwórku lub w domowej kotłowni. To jest wielka zaleta biomasy: nie wymaga technologii z NASA po cenach NASA.

Tutaj pokażę, jak na podwórku przeprowadziłem proces "ujemnoemisyjnego" spalania pelletu drzewnego oraz rozważę, czy by miało sens i cel robić coś takiego na większą skalę w domowej kotłowni.

Plus, zero, minus

Chociaż w momencie spalania paliwa zawsze następuje emisja CO₂ to jednak bilans emisyjny całego cyklu życia poszczególnych paliw może być różny.

• W przypadku paliwa kopalnego (węgiel, gaz, produkty z ropy naftowej) sytuacja jest jasna: spalanie zawsze powoduje wzrost ilości CO₂ w atmosferze, gdyż spalany jest węgiel, który siedział miliony lat w ziemi.
• W przypadku paliwa odnawialnego (biomasa) emisja CO₂ jest zerowa – pod warunkiem, że gospodarowanie danym rodzajem biomasy jest zrównoważone, tzn. sadzone jest przynajmniej tyle samo, ile spalane. Czyli cały czas w obiegu pozostaje taka sama ilość CO₂.

Zerowa emisja CO₂ to już jest dużo. Niewiele jest ogólnodostępnych źródeł energii, które są pod tym względem zeroemisyjne choćby bilansowo (drugim jest pompa ciepła z fotowoltaiką). Jednakże zerowy bilans emisji CO₂ to nie jest szczyt możliwości biomasy. Przy odpowiednim przeprowadzeniu procesu spalania bilans emisyjny będzie ujemny – część węgla zawartego w biomasie zamiast do atmosfery, trafi do gleby i zostanie tam na dobre.

Jak to się robi

Ujemny bilans emisji CO₂ osiąga się poprzez niecałkowite spalenie biomasy – wypala się substancje lotne a pozostawia część stałą: węgiel drzewny – tj. węgiel w postaci pierwiastkowej + pozostałości mineralne (w świecie całkowitego spalania znane jako popiół). Później można go dosłownie wyrzucić w najbliższe krzaki – chociaż lepiej jest zakopać we własnym ogródku. Wtedy będzie służył jako tzw. biowęgiel (o tym szerzej za moment).

Substancji lotnych jest w biomasie ok. 80%. Część stała to max. 20%. Ile węgla drzewnego ostatecznie uda się uzyskać – to zależy od technologii spalania. Jakieś pozostałości węgla drzewnego można wyprodukować nawet w zwykłym ognisku, ale gdy ma go pozostać jak najwięcej – konieczne są specjalne urządzenia, które będą w stanie wypalić prawie wyłącznie gazy a pozostawić część stałą.

Najprostszym przykładem jest piec typu TLUD – sytuacja znana każdemu, kto rozpalał od góry najprostszy piec/kocioł. Praca tego typu pieca zawsze przebiega w dwóch etapach:

• najpierw płomień "przegryza się" przez całą warstwę paliwa z góry na dół, spalając jedynie lotne składniki paliwa a pozostawiając część stałą
• gdy już płomień dojdzie do dna paleniska, kierunek spalania się odwraca: od dołu do góry wypala się odgazowane już paliwo (koks/węgiel drzewny).

Aby odzyskać niespaloną część stałą paliwa wystarczy w odpowiednim momencie (pod koniec fazy pierwszej) wygasić piec.

Jak to się dzieje, że ogień wędruje w dół, ale zostawia za sobą niewypalony węgiel drzewny? Po prostu za płomieniem panuje atmosfera beztlenowa. Płomień wypalający części lotne zużywa cały tlen, jaki jest do dyspozycji. Może tu jedynie zachodzić reakcja odwrotna: redukcja m.in. CO₂ do CO, czyli palnego gazu. Dzieje się to kosztem pobrania energii z otoczenia, stąd ta wierzchnia warstwa węgla drzewnego potrafi z czasem robić się niemal czarna, jakby wygasła, bo ciepło jest z niej odbierane przez reakcję redukcji. To zjawisko jest tym wyraźniejsze, im grubsza warstwa paliwa i drobniejsza jego granulacja.

Na wylocie z takiego reaktora otrzymujemy palny gaz. Trzeba go spalić podając duże ilości powietrza wtórnego. Więcej o detalach tych procesów można poczytać w artykule o zgazowaniu.

Przeprowadziłem szybką akcję budowy i uruchomienia takiego reaktora. Schemat budowy i zasada działania są dokładnie takie, jak na powyższym rysunku. W roli paliwa wystąpił pellet drzewny w ilości 7,5kg.

1,5kg węgla drzewnego z powyższego zdjęcia to jest ilość węgla usunięta z atmosfery – drzewo pobrało go w procesie fotosyntezy a w procesie spalania został przerobiony do postaci, która jest odporna na rozkład biologiczny.

Co z tym teraz zrobić? Można by zutylizować tak samo jak każdy popiół z domowej kotłowni. Wszystko, co nie będzie się wiązało ze spaleniem – jest dobrą opcją (tu konieczna byłaby dygresja o lokalnych różnicach w zagospodarowaniu odpadów z domowej kotłowni; większość pewnie trafia do osobnego kubła na popiół a potem na składowisko, ale są rejony, gdzie popiół idzie do odpadów zmieszanych i finalnie wszystko może zostać spalone, choć wielu spalarni u nas nie ma). Najpewniej byłoby zakopać go w ziemi, gdzie zostanie trwale zmagazynowany, bo nie podlega praktycznie żadnemu rozkładowi.

I co dalej? W tej ziemi węgiel drzewny mógłby sobie ot tak leżeć. Ale może także zostać spożytkowany i robić dobrą robotę w uprawie roślin.

Biowęgiel w rolnictwie

Węgiel drzewny znajduje zastosowanie w ogrodnictwie i rolnictwie, jest korzystnym składnikiem gleby. Ponieważ ma bardzo porowatą strukturę, tedy m.in:

• pomaga magazynować w glebie wodę i zatrzymywać składniki odżywcze,
• tworzy środowisko dla rozwoju pożądanych bakterii glebowych.

Wszystko to razem podnosi jakość gleby i zwiększa plony. Węgiel drzewny stosowany w rolnictwie nazywany jest biowęglem (ang. biochar) – ponieważ pochodzi z biomasy, ale też wspomaga życie mikrobiologiczne w glebie.

W poniższym filmie zawarte jest sporo wyjaśnień podstawowych kwestii związanych z biowęglem – niestety materiał po angielsku. Strawnych treści po polsku nie znalazłem.

Z tego co zaobserwowałem, w Polsce biowęgiel występuje śladowo – jako nisza niszy indywidualnego rolnictwa permakulturowego. Na świecie (głównie USA) interesują się nim nie tylko drobni ciułacze, ale też rolnictwo zawodowe.

Żeby to nie brzmiało nazbyt opytmistycznie – biowęgiel nie jest cudownym "suplementem gleby" na poprawę plonów, który da świetne efekty zawsze i wszędzie. W poniższym filmie wymieniono problemy związane z jego zastosowaniami, np. potencjalnie większą (powodowaną wiatrem) emisję pyłu przy pracach na roli albo możliwą zawartość szkodliwych substancji w biowęglu produkowanym z niektórych rodzajów biomasy.

Biowęgiel z domowej kotłowni?

Czy spalanie z ujemną emisją CO₂ mogłoby mieć sens i cel w małej skali, w domowej kotłowni? Trzeba to rozważyć w wielu aspektach i z pewnym gdybaniem.

Polityka

Ciotka Łunia prze ku zmniejszaniu emisji CO₂. Polska też jest na tej drodze – ciągnięta przez ciotkę za ucho. W polityce względem biomasy w UE i w PL są jednak pewne różnice:

• W UE biomasa – zgodnie z wiedzą naukową czyli stanem faktycznym – jest pełnoprawnym OZE, promowanym jak każde inne OZE. W ogrzewaniu domów wspiera się migrację z oleju/gazu m.in. na biomasę oraz pompy ciepła. Jednym z nielicznych odprysków tej polityki w Polsce jest wyraźna preferencja dla biomasy w Warunkach Technicznych 2021 – wynikająca właśnie stąd, że to prawo napisano w Brukseli a Warszawa chcąc nie chcąc musiała je wdrożyć w takim kształcie.
• W Polsce biomasa w najlepszym razie jest ignorowana, w najgorszym: zwalczana na równi z węglem, choć to jest raczej sprawka lobbystów biznesowych niż działanie organów państwa (te co najwyżej pozostają bierne, dając samorządom wolną rękę do takich działań). Z programu "Czyste powietrze" od 1. lipca 2021 wyleciały kotły węglowe – ale nikt nie widzi problemu w dotowaniu kotłów gazowych, co np. w Niemczech byłoby nie do pomyślenia; przypomnę: tam teraz dotują usuwanie kotłów gazowych. Mało tego że dotujemy kotły gazowe – my zmuszamy ludzi do gazu. Wszak w programie "Czyste powietrze" wciąż jest zapis o przymusie wyboru gazu jeśli masz gaz-rurę u płota. Ponadto niedawno premier zapowiadał intensywną gazyfikację kraju. Gaz wciąż jest u nas widziany jako oręż postępu i dobrobytu. Pewnie tak zostanie dopóki ciotka Łunia nas nie zdyscyplinuje.

Premier @MorawieckiM w #Tychowo: Razem z @GK_PGNiG, razem z Polską Spółką Gazownictwa prowadzimy ogromny program, który zapowiedzieliśmy 2,5 roku temu, program gazyfikacji. On się rozwija i ma doprowadzić do tego, że w ciągu 2-3 lat blisko 90% kraju będzie zgazyfikowana.

— Kancelaria Premiera (@PremierRP) June 11, 2021

Jak to podsumować? Dla biomasy nawet spalanej zeroemisyjnie jest w UE korzystny klimat. W PL – trochę gorszy.

Komplikacje techniczne

Niecałkowite spalanie w domowym kotle można osiągnąć dość łatwo. Wie o tym każdy, kto męcząc się z ustawieniami kotła wybierał wiadra niedopału z popielnika. Problem w tym, że w klasycznych kotłach na drewno czy palnikach na pellet niecałkowitemu spalaniu towarzyszą też okrutne emisje zanieczyszczeń.

Aby w sposób cywilizowany wypalać wyłącznie części lotne paliwa bez psucia jakości i sprawności spalania konieczne jest opracowanie specjalnych palników/kotłów o trochę bardziej złożonej konstrukcji. Skąd ta złożoność? Ano z dwuetapowego spalania, którego produktem ubocznym ma być węgiel drzewny.

• Skoro w kotle będzie takie miejsce, gdzie występuje palny gaz, to trzeba mieć pełną kontrolę nad jego produkcją i bezpiecznym spalaniem, aby nie powstała sytuacja zaniku płomienia w dopalaczu.
• Wiele palników na pellet jest zaprojektowanych na pellet jako paliwo praktycznie bezpopiołowe. Konieczność pozostawienia niedopalonego węgla drzewnego rodziłaby pewne komplikacje: jak ten produkt uboczny usuwać skutecznie i bezpiecznie (wszak jest on dość gorący).

Patrząc na obecne ceny kotłów pelletowych, konieczność sprostania nowym wyzwaniom mogłaby wywindować ich ceny powyżej pułapu nie tylko Mercedesów C-klasy, ale i używanych łazików księżycowych.

Opłaty emisyjne?

Co jeśli indywidualnym budynkom przyjdzie płacić za emisję zanieczyszczeń / CO₂ tak jak to robi póki co tylko przemysł?

Nierealne? A czy zakazy palenia węglem/drewnem 10 lat temu wydawały się realne?

Poskładajmy bieżące puzzle:

• Od 1. lipca 2021 każdy właściciel budynku ma obowiązek wyspowiadać się urzędnikowi ze sposobu ogrzewania budynku. Dla władzy wszystkich szczebli oraz biznesu te dane są cenniejsze od taczek złota i klejnotów. Teraz mają nas na widelcu: będą dokładnie wiedzieli, kto, jak i czym ogrzewa oraz ile przy tym emituje do atmosfery. Wiedza to władza. Stąd już tylko jedno kiwnięcie umocowanego palca w Brukseli i/lub Warszawie i będziemy cienko śpiewać.
• Ciotka Łunia właśnie przymierza się do przykręcenia śruby w temacie emisji CO₂. Przykręcanie dotknie też budynków.

Stąd już naprawdę nie jest daleko do jakiejś formy uprzykrzenia życia tym, co najwięcej emitują.

Koszty opału – wzrosłyby czy zmalały?

W dzisiejszych realiach produkt uboczny niecałkowitego spalania biomasy byłby odpadem podobnym do popiołu, którego trzeba by się pozbywać w najlepszym razie za darmo – chyba, że masz możliwość spożytkowania go we własnym ogrodzie/na polu. Niespalenie części paliwa generowałoby stratę i oznaczało konieczność zakupu odpowiednio większej ilości opału, co wobec pelletu za 1300zł/t byłoby dość bolesne.

Co innego gdyby węgiel drzewny był chodliwym towarem i można by urobek gdzieś odsprzedać albo np. taniej kupować opał w zamian za zwrot wyprodukowanego węgla drzewnego. A już najlepiej gdyby produkować go z tańszego surowca, np. zrębki drzewnej, która w Polsce nie tyle raczkuje, co jest gdzieś w fazie prenatalnej.

Uszczerbek na wygodzie

Jakby powyższych trudności było mało, niecałkowite spalanie odbiłoby się na wygodzie eksploatacji kotłowni. Niespalony węgiel drzewny trzeba by wybierać z kotła w znacznych ilościach, zbliżonych do zawartości popiołu w niegdysiejszych najgorszych miałach węglowych.

Ba – nawet gdyby ograniczyć te ilości do zaledwie 10% – to nadal byłoby więcej kilogramów niż jest popiołu w węglu, co oznacza konkretne szuflowanie. Chociaż można przerzucanie urobku obsłużyć całkiem elegancko, bez brudu i pyłu w kotłowni, to jednak jego wagi nie da się zniwelować. Byłaby to dodatkowa robota dla operatora.

Jeśli nie teraz to kiedyś?

Produkując biowęgiel jako produkt uboczny ogrzewania domu można by upiec wiele pieczeni na jednym ogniu – ale i lista potencjalnych problemów jest niekrótka. Teraz nie wydaje się to szczególnie atrakcyjne rozwiązanie, ale w przyszłości może się takim okazać, gdy/jeśli zmienią się rozmaite okoliczności.