| Olimpia Orządała |
Naukowcy z Centre for Biomass Energy Research and Education Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach opracowali nowatorską certyfikację biopaliw stałych. Po raz pierwszy na świecie zastosowano w niej metodę analizy petrograficznej w świetle odbitym w immersji olejowej. Dzięki badaniom mikroskopowym można wykryć zanieczyszczenia stałe znajdujące się w paliwach odnawialnych: pellecie drzewnym i niedrzewnym oraz brykiecie drzewnym i niedrzewnym. O wyjątkowości certyfikacji PL-US BIO, drodze do jej opracowania oraz o tym, dlaczego powinniśmy najpierw likwidować elektrownie, a nie kopalnie opowiadają dr hab. Iwona Jelonek, prof. UŚ oraz dr Zbigniew Jelonek z Instytutu Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.
Certyfikacja – na czym polega?
Pojęcie certyfikacji można rozumieć jako pewną standaryzację lub jakość danego produktu – jeśli spełnia on określone cechy, może wówczas uzyskać certyfikat. Na świecie istnieją certyfikaty obowiązkowe (np. wymagane przez standardy Unii Europejskiej) oraz nieobowiązkowe. Podstawą do stworzenia certyfikacji są różnego rodzaju normy, takie jak ISO i PN-EN, które stwierdzają, czy dostarczony produkt rzeczywiście spełnia określone kryteria jakości.
W przypadku biopaliw certyfikacje są nieobowiązkowe. Producent, który wytwarza np. pellet drzewny decyduje, czy chce, aby jego produkt został poddany procesowi certyfikacji według rygorystycznych wytycznych.
– Producenci paliw chcą oferować na rynku produkty bezpieczne. Jeśli dane paliwo poddamy procesowi certyfikacji zgodnie z obowiązującymi normami np. dla biopaliw i je spełni, to wówczas takie paliwo można uznać za nieszkodliwe zarówno dla środowiska, jak i użytkownika – stwierdza dr Zbigniew Jelonek.
Pellet wytworzony przez naukowców z UŚ. Skład: 30% trawy z sianokosów, 70% trocin i 3% otręb | fot. Olimpia Orządała
Czy warto poddać się certyfikacji? Naukowcy są jednomyślni. – Moja odpowiedź jest prosta: chcesz zadbać o przyszłe pokolenia, chcesz żyć przynajmniej w takim otoczeniu, jakie zastałeś w momencie, kiedy przychodziłeś na świat i pierwszy raz zaciągałeś powietrze w płuca? To jest właśnie ten moment, gdy powinniśmy zadbać o naszą Matkę Ziemię dla przyszłych pokoleń. Możemy to zrobić tylko wtedy, kiedy mamy świadomość i wybór. To od nas zależy, czy wybierzemy pellet z certyfikatem, czy bez certyfikatu – zaznacza prof. Iwona Jelonek.
Najpopularniejszymi są certyfikaty DINplus i ENplus, opracowane przez włoskie i niemieckie instytuty badawcze. Teraz do tego grona dołączył certyfikat PL-US BIO stworzony przez naukowców z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Powstał jako efekt wieloletnich badań prowadzonych w Instytucie Nauk o Ziemi UŚ. Badacze postanowili wypracować własną metodę certyfikacyjną, opartą na analizie petrograficznej.
– Normy dla biopaliw stałych nie przewidują identyfikacji składników stałych w tych produktach. A w pelletach drzewnych mogą się znajdować zanieczyszczenia, takie jak plastiki, węgle kopalne, różnego pochodzenia materia mineralna (np. piasek) i szkło, których to nie można wykazać metodami fizykochemicznymi w kontekście ilościowym i jakościowym. Tymczasem już ponad 3% danego składnika, np. kory w pellecie, pogarsza jakość spalin oraz powoduje powstawanie spieków i żużli w instalacjach grzewczych – wyjaśnia dr Zbigniew Jelonek.
Zanieczyszczenia dostają się do biopaliw na różnych etapach produkcji, transportu i dostaw. Certyfikacje pomagają dbać o to, aby nie dochodziło do tzw. niekontrolowanego zanieczyszczenia na etapie produkcji biopaliw stałych. Badania fizykochemiczne określają takie parametry, jak zawartość wilgoci, popiołu, ciepło spalania, a także określają, jaka jest wartość kaloryczna paliwa. Certyfikacja opracowana przez zespół UŚ opiera się także na metodzie mikroskopii optycznej.
Próbki z zanieczyszczonym biopaliwem. Niebieskie i żółte punkty to tworzywa sztuczne | fot. Olimpia Orządała
We wrześniu 2023 roku na 39. posiedzeniu The Society of Organic Petrology (TSOP) i 74. posiedzeniu International Committee for Coal and Organic Petrology (ICCP) na Uniwersytecie Patras w Rio-Patras (Grecja) dr hab. inż. Agnieszka Drobniak przedstawiła certyfikację PL-US BIO przed gremium z całego świata.
– To był bardzo wzruszający moment, gdy świat nauki mógł zobaczyć potencjał naszych badań – przyznaje prof. Iwona Jelonek.
Od węgla drzewnego do certyfikacji PL-US BIO
Wszystko zaczęło się od badań nad węglem drzewnym do grillowania, które w 2016 roku rozpoczął dr Zbigniew Jelonek. Następnie prace naukowe rozszerzono na pellety drzewne i inne rodzaje paliw z biomasy. Punktami przełomowymi, które przyczyniły się do opracowania certyfikacji, okazały się m.in. rozwiązywane problemy, jakie wystąpiły podczas realizacji pracy doktorskiej dr. Adama Noconia, producenta kotłów m.in. na pellet.
– Pellet, który przeszedł wszystkie badania fizykochemiczne i uzyskał certyfikaty ENplus oraz DINplus, „żużlował kocioł”, czyli tworzył spieki na palniku i kocioł się wyłączał. Przebadałem zarówno pellet, jak i żużel pod mikroskopem i okazało się, że znajduje się w nim zbyt dużo kory, a w żużlu niedopalone fragmenty pelletu. W ten sposób zaczęliśmy badać pellety, sprawdzać, jak podczas spalania ich skład wpływa zarówno na instalację, jak i na emisję spalin. Pomimo że pellet przechodził badania fizykochemiczne zgodne z wytycznymi w normach, to nie znaczyło, że był dobry, ponieważ mógł żużlować albo emitować ponadnormatywne ilości szkodliwych spalin – mówi dr Zbigniew Jelonek. – W naszej certyfikacji dołożyliśmy petrografię, która uzupełnia dotychczasowe badania i wytyczne zawarte w normach dla paliw produkowanych z biomasy oraz pozwala określić, jakie składniki stałe i w jakich ilościach poza biomasą wchodzą w skład pelletu.
Certyfikacja opracowana na Uniwersytecie Śląskim zapewnia producentom markę i poświadcza jakość – produkt z certyfikatem w przypadku utrzymania reżimu produkcji nie powinien szkodzić ani środowisku, ani instalacji. Wyróżnia ją badanie mikroskopowe w świetle odbitym w immersji olejowej – to metoda, która została wypracowana dla paliw kopalnych. Warto także podkreślić, że wszystkie badania przeprowadzane zgodnie z normami, na których opiera się certyfikacja, są wykonywane w akredytowanych laboratoriach.
Badanie próbki pelletu w świetle białym odbitym w immersji olejowej | fot. Olimpia Orządała
W procesie certyfikacji ocenia się, czy biopaliwo stałe spełnia wymagania właściwe normy EN ISO 17225 w zakresie parametrów fizykochemicznych i technicznych. Dołączając identyfikację składników zgodnie z opracowaną autorską klasyfikacją na podstawie badań mikroskopowych, naukowcy z UŚ uzupełniają badania przewidziane w normie. Co ważne, producenci otrzymują nie tylko tabelaryczne zestawienie składników, lecz również interpretację wyników i wskazówki, jak poprawić produkt, jeśli nie spełnia rygorystycznych kryteriów.
Do tej pory certyfikaty otrzymało dwóch klientów – z informacją o jakości ich produktów można zapoznać się na stronie Centre for Biomass Energy Research and Education UŚ. Certyfikacja skierowana jest do indywidualnych użytkowników, nie do zakładów przemysłowych. Naukowcy jednak są otwarci na współpracę z dużymi koncernami.
– Wydajemy certyfikat tylko na rok. W umowie znajduje się zapis, że na każdym etapie możemy pobrać próbkę produktu i go zbadać. Bez zapowiedzenia sprawdzamy, czy producent utrzymuje jakość paliwa. Producent nie zna dnia ani godziny weryfikacji produktu, dodatkowo zachęcamy odbiorców „końcowych” do przesłania do nas próbek pelletów posiadających nasz znak certyfikacji w celu weryfikacji w przypadku zastrzeżeń co do jakości zakupionego towaru – wyjaśnia dr Zbigniew Jelonek. – Na ten moment żadna instytucja certyfikująca nie stosuje tego typu potwierdzenia jakości produktów.
W przypadku stwierdzenia wady producentowi automatycznie jest cofana zgoda na używanie znaku certyfikatu PL-US BIO.
Co ciekawe, Uniwersytet Śląski nie ma wyłączności na opracowaną certyfikację. Badacze z centrum zachęcają laboratoria do współpracy, zapewniając odpowiednie przeszkolenie i udostępnienie metody certyfikacyjnej. Naukowcy dokładnie opracowali klasyfikację i przygotowali katalog wzorców, jak identyfikować składniki stałe w pellecie, które nie powinny występować w tym paliwie, jeśli chcemy zadbać o jakość powietrza. Katalog zanieczyszczeń jest dostępny w formie open access na stronie Indiana University Bloomington.
– Poświęciliśmy część swojego dotychczasowe życia i doświadczenia, aby wypracować metodę, która będzie powtarzalna i ogólnodostępna. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby wejść z nami we współpracę – mówi prof. Iwona Jelonek.
Przed wprowadzeniem certyfikacji zorganizowano międzynarodowe ćwiczenie, którym kierowała dr hab. inż. Agnieszka Drobniak, aby wypracować i potwierdzić powtarzalność otrzymywanych wyników. Wzięło w nim udział kilkadziesiąt laboratoriów i petrografów z kilkunastu krajów.
Naukowcy z UŚ w ostatnim czasie złożyli wniosek do Polskiego Komitetu Normalizacyjnego, zgłaszając propozycję normy opartej o wieloaspektowe badania, dzięki którym powstała certyfikacja PL-US BIO. Jeśli norma zostanie zaakceptowana, wówczas stanie się obowiązkowa dla wszystkich, którzy zdecydują się uzyskać certyfikat. Badacze starają się również pozyskać grant z Narodowego Centrum Nauki na dalsze prace.
Miejsce pracy naukowców | fot. Olimpia Orządała
Nie ma dekarbonizacji bez karbonizacji
Świat doświadcza skoku transformacji energetycznej, idąc w kierunku Zielonego Ładu. Większość krajów zmierza do zmniejszenia wydobycia węgla i likwidowania kopalń węglowych. Naukowcy z UŚ podkreślają jednak, że w Europie wciąż spala się 50 milionów ton tego surowca, nie tylko w Polsce, choć to nasz kraj jest liderem. Całkowitym przeciwieństwem są Chiny, gdzie jego wydobycie zwiększyło się o 20% i otwierane są nowe kopalnie.
Badacze zwracają uwagę, że z dnia na dzień nie powstanie zamiennik dla węgla dla naszych potrzeb energetycznych, z czasem mogą jednak okazać się nim biopaliwa stałe i dlatego warto już teraz dbać o ich jakość poprzez certyfikację produktów. Pozwoli to ograniczać niską emisję, czyli emisję szkodliwych pyłów i gazów występujących na wysokości do 40 metrów.
– Paliwa kopalne, które powstały setki milionów lat temu, „zaciągnęły w swoje płuca” CO₂ i inne gazy. Gdy wydobywamy i termicznie przekształcamy te paliwa, to one oddają nam ten ładunek. Dostarczamy wtedy do atmosfery niekorzystną emisję CO₂. Biopaliwa natomiast są zeroemisyjne, ponieważ ich źródłem są rośliny zarówno jednoroczne, jak i wieloletnie. W ciągu roku lub całej wieloletniej swojej wegetacji „zaciągają” tyle, ile mogą, a następnie oddają dwutlenek węgla do atmosfery. Przykładem jest pellet wytworzony z siana jako jednoroczny i pellet z drewna jako wieloletni asymilator CO2 – wyjaśnia prof. Iwona Jelonek.
– Węgiel na świat sam się nie prosił. Już Rzymianie 2000 lat temu korzystali z paliwa kopalnego. A człowiek, który sięgnął po ogień, rozpalając drewno? Czy zastanawiał się wtedy nad śladem węglowym? Wykorzystaliśmy węgiel przy rewolucji przemysłowej i dalej z niego korzystamy. A teraz go wypieramy z naszego życia i jeszcze psujemy mu opinię. Obudźmy się i nie dajmy się zwariować. Często jestem postrzegana jako lobbystka paliw kopalnych. Tymczasem po prostu mam pewną świadomość. Musimy odejść od węgla i z tej drogi już nie możemy zawrócić, ale róbmy to rozsądnie, w przemyślany sposób – mówi stanowczo prof. Iwona Jelonek.
– Powinniśmy w pierwszej kolejności zacząć od likwidacji elektrowni węglowych, a nie kopalń. Najpierw je zastąpmy innymi źródłami energii, tak jak zrobili to np. Niemcy. Najpierw sukcesywnie zastępowali elektrownie węglowe fotowoltaiką, atomem, a dopiero później zamykali kopalnie, zresztą kilka jeszcze działa w miarę potrzeb dla czynnych instalacji – podkreśla dr Zbigniew Jelonek.
– Nie ma dekarbonizacji bez karbonizacji. Do wszystkiego, co musimy wyprodukować, żeby odejść od paliw kopalnych, wciąż jeszcze potrzebujemy węgla. Naprawdę marzę o tym i wierzę w to, że Śląsk będzie piękną zieloną wyspą, na której jednak nie zapomnimy o naszym dziedzictwie pogórniczym. Otwórzmy oczy, mówmy o tym, że klimat się ociepla, a Ziemia stoi na rozdrożu. Ale nie bądźmy skrajni. Nie zbrójmy krajów niedemokratycznych, sprowadzając ten surowiec do Polski i do Europy. Przeprowadźmy tę transformację w sposób przemyślany – podsumowuje prof. Iwona Jelonek.
Szczegółowe informacje o certyfikacji PL-US BIO, w tym opis procedury uzyskania certyfikatu, znajdują się na stronie Centre for Biomass Energy Research and Education UŚ.
Dr hab. Iwona Jelonek, prof. UŚ oraz dr Zbigniew Jelonek z Instytutu Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach | fot. Olimpia Orządała