V reakci na klimatickou krizi navrhují odborníci přestat používat fosilní zdroje energie, které silně emitují oxid uhličitý, jako je zemní plyn, uhlí a ropa, a nahradit je alternativními zdroji. Zejména se mluví o bioplynu a biometanu. Bioplyn (skládající se z metanu a oxidu uhličitého) vzniká anaerobním rozkladem organických látek, včetně potravin, živočišného odpadu, energetických plodin, trávy nebo čistírenských kalů. Jeho úpravou a čištěním se získává biometan, obsahující 95 % metanu, který je srovnatelný se zemním plynem. Podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) by celosvětová produkce biometanu a bioplynu mohla uspokojit téměř 20 % celosvětové poptávky po plynu, pokud by byl plně využit jeho udržitelný potenciál.
Jak uvádí Světová bioplynová asociace (World Biogas Association, 2019), na světě je v provozu 700 zařízení na úpravu bioplynu na biometan, z toho skoro třetina v Německu. Evropa je vůbec lídrem v tomto oboru, za ní následují Spojené státy, Čína a Kanada. Prognózy předpokládají, že výroba biometanu a bioplynu rychle poroste díky změnám v nakládání s odpady, postupnému vyřazování fosilních paliv, snaze snížit emise skleníkových plynů a také splnit legislativní cíle. Předpoklady hovoří o skoro desetinásobném zvýšení poptávky do roku 2040 (v porovnání s rokem 2018).
Podle prognóz by biometan a bioplyn mohly mít zásadní význam při vytváření čistého, spolehlivého a cenově dostupného globálního energetického systému. Zdá se však, že ani ony nejsou bez problémů. Analýza londýnské Imperial College, zveřejněná v časopise One Earth ukazuje, že tato paliva jsou sice šetrnější ke klimatu a zůstávají klimaticky příznivější než neobnovitelné varianty, ale při jejich výrobě a distribuci uniká do ovzduší mnohem více metanu, než odpovídá objemu jejich výroby. Odhady IEA uváděly v roce 2021 emise metanu z těchto zdrojů na hodnotě 9,1 megatuny za rok. Podle nového zjištění však emise metanu z dodavatelského řetězce bioplynu a biometanu mohou dosáhnout až 18,5 megatun metanu ročně.
Nabízí se porovnání s dodavatelskými řetězci ropy a zemního plynu, s nimiž mají společné obecné rysy. Celkové emise metanu z bioplynu a biometanu jsou obecně mnohem nižší než emise z ropy a zemního plynu, ale množství metanu uvolněného z jejich dodavatelských řetězců je v poměru k celkové produkci plynu mnohem vyšší než u ropy a zemního plynu. Význačná je role největších producentů emisí, jichž je pět procent, ale emitují 62 % kumulativních emisí.
Klimatické změny a globální oteplování nás nutí důsledněji sledovat emise skleníkových plynů, mezi nimi i metanu. Toho je v atmosféře mnohem méně než CO2, jako skleníkový plyn je však podle vědců mnohem účinnější a může nejméně za čtvrtinu globálního oteplování. Jeho obsah dosáhl v zemské atmosféře rekordní úrovně. Podle měření amerického Národního úřadu pro oceán a atmosféru (NOAA) je v atmosféře nyní 1900 částic na miliardu (ppb). Před průmyslovou revolucí to bylo jenom přibližně 700 ppb. Metan však má jistou výhodu: v atmosféře vydrží jen zhruba dvanáct let. Snížení jeho emisí by se díky tomu mohlo na klimatu projevit relativně rychle. Snížit vypouštění oxidu uhličitého do ovzduší bude vyžadovat nákladná a dlouhodobá opatření. V atmosféře zůstává i stovky let, takže přijatá opatření se projeví za relativně dlouhou dobu. Přibližně 41 % celosvětových emisí metanu pochází z přírodních zdrojů (biogenní emise), jako jsou mokřady nebo přírodní požáry. Trochu překvapivě zhruba čtyři procenta metanu unikají z termitišť. Hlavními zdroji metanu jsou však antropogenní činnosti. Patří mezi ně zemědělství, z něhož pochází 40–53 % metanu, zdroji jsou hlavně velkochovy dobytka a rýžová pole. Ze získávání, výroby a využívání fosilních paliv pochází 19–30 % metanu. Z nakládání s odpady, tedy zejména ze skládek pochází 20–26 % emisí metanu. |
V rámci studie vědci analyzovali padesát jedna dříve publikovaných studií o mobilních měřeních metanu a údaje z lokalit pořízené ze zdrojů emisí podél dodavatelského řetězce biometanu a bioplynu. Pro vyhodnocení dat byl využit statistický model Monte Carlo (metoda využívá počítačový model určitého děje a opakovanou simulaci, jejíž výsledky se statisticky zpracují).
Pro posouzení celkových emisí byl dodavatelský řetězec biometanu rozdělen do pěti hlavních fází: suroviny – výroba bioplynu – úprava bioplynu – přenos, distribuce a skladování plynu – skladování digestátu.
Výsledky ukazují, že na skladování substrátu a vstupních surovin připadají zhruba tři procenta celkových úniků metanu. Fáze výroby bioplynu je druhým největším zdrojem emisí (9,9 % z celkové produkce CH4). Malá část těchto emisí pochází z hygienizační nádrže, větší část z anaerobního fermentoru, jsou však velmi variabilní v závislosti teplotě fermentace a kvalitě vstupního materiálu. Odhady emisí z úpravy bioplynu se pohybují kolem 5,5 % z celkové produkce. Vznikají z odsávání nebo provzdušňování jednotek, ventilačních kanálů, posilovacích čerpadel, bezpečných ventilů na úpravárenských zařízeních, vodních nebo chemických skruberů a membrán. Dostupná data ukazují, že k nižším emisím vede používání membránových filtrů a chemické absorpce.
Největším zdrojem emisí v dodavatelském řetězci se ukázala fáze skladování digestátu. Pochází z ní kolem 15 % unikajících emisí metanu – skoro o čtvrtinu více než se uvádělo. Podle některých citovaných zdrojů však může skladování digestátu představovat téměř 27 % veškerých emisí metanu (do studie přitom nebyly zahrnuty emise z další manipulace s digestátem, jako je kompostování, aplikace nebo odvodnění).
Způsob nakládání s digestátem má na produkci emisí zásadní vliv, celkem logicky jich více produkují otevřené nádrže a laguny. Vliv na ně má obsah zbytkového plynu, teplota digestátu, množství substrátu, úroveň naplnění a meteorologické podmínky. Emisím z uzavřených nádrží lze zabránit pomocí lepších krycích materiálů, efektivní konstrukce a pravidelná údržba. V závěru studie proto autoři doporučují použít pro skladování digestátu výhradně uzavřené skladování se systémy rekuperace par.
Autoři výsledky svých zjištění na závěr trochu relativizují: „Náš model emisí z dodavatelského řetězce biometanu uvedený v této studii představuje nejběžnější technologie používané v odvětví, má však určitá omezení, pokud jde o dostupnost údajů a rozlišení. Za prvé, vstupní údaje byly převzaty pouze z průzkumů měření a velikost vzorku není dostatečně velká, aby bylo možné určit model rozdělení pravděpodobnosti pro každý dodavatelský řetězec.“
Dodavatelské řetězce ropy a zemního plynu byly po desetiletí provozovány velkými společnostmi s obrovskými zdroji a mohly více investovat do odhalování a oprav úniků. Ve srovnání s ropným a plynárenským průmyslem trpí odvětví biometanu nedostatkem kvalifikovaných pracovníků a investic do modernizace, provozu a monitorování. Za emise také může špatná konstrukce a provozování jednotek pro skladování vstupních surovin a digestátu nebo omezený zájem o emise z infrastruktury. Změnu by mohlo přinést, pokud by se emisím metanu z procesů věnovalo více pozornosti, než dosud: „Aby se zabránilo tomu, že emise metanu z bioplynu znehodnotí celkové přínosy jeho využívání, je třeba věnovat naléhavou pozornost včetně průběžného monitorování dodavatelských řetězců bioplynu. Jsme přesvědčeni, že s vhodnými technikami detekce, měření a oprav lze všem emisím zabránit,“ říká se ve studii.
| Mohlo by vás zajímat: Sdružení: EU rozděluje miliardy na rozvoj trhu s biometanem. Česku ale hrozí, že zaspí |
Nejpodrobnější průzkumy měření byly provedeny v různých regionech Evropy a převážně v zemědělských závodech, takže tato studie v podstatě odráží evropské zemědělství. Další možné směry výzkumu předpokládají například hodnocení životního cyklu (LCA). Budoucí výzkum by se měl zaměřit na sběr dat z různých tras dodavatelského řetězce biometanu v jiných zemích, aby se snížila nejistota údajů a zlepšila velikost a reprezentativnost vzorků, což může pomoci určit nejudržitelnější trasy výroby biometanu.*
Jarmila Šťastná
