Мисия Енергиен преход: Чисти технологии за енергийна независимост

Науката помага. 

Защо това е важно? Как научните постижения могат да подобрят ежедневието ни? Какви решения създават и разработват българските учени?

"Науката помага" е мотото на трета статия от поредицата ни "Мисия Енергиен преход". 

Избрахме това мото, защото в MOVE BG вярваме, че науката трябва да бъде в центъра на подходите, с които адресираме ключовите предизвикателства пред обществото ни днес. 

Защото знаем, че в България има учени на световно ниво, които създават решения на тези предизвикателства и помагат практически на бизнеса, на обществото и на всички нас.

Днес ви срещаме именно с един такъв научен проект и с неговия ръководител: центърът за компетентност "Чисти технологии за устойчива околна среда – води, отпадъци, енергия за кръгова икономика (Clean&Circle)”, ръководен от проф. Яна Топалова. 

Центърът е един от най-големите научни проекти у нас и работи по няколко направления, включително въвеждане на иновации за ефективна експлоатация на съоръженията за обработка на водите и отпадъците, както и увеличаване на дела на възобновяемите и алтернативните енергийни източници чрез получаване на биогаз, биоетанол, биодизел, водород, съчетани с технологии за отстраняване на критични екологични проблеми.

С проф. Яна Топалова щe ви разкажем за кръговата икономика и за чистите технологии в използването на биомаса за производство на енергия. Ще ви представим и няколко конкретни примера как науката помага, включително чрез създадена от екипа на центъра стратегия за енергийна независимост на малки населени места чрез устойчиво използване на биомаса.

Но, както е традицията в рубриката ни “Мисия Енергиен преход”, започваме с малко данни и европейския контекст в началото.

Кръгова икономика: боклук или ресурс

Знаете ли, че в Европа на година се падат почти 5 тона отпадъци на човек, според последните данни на Евростат? А че над 30% от тези отпадъци все още се депонират в сметища?

Как възприеме отпадъците е основен въпрос пред обществата в Европа днес: дали те са боклук или ресурс.

Правилната терминология е важна първа стъпка за успешна кръгова икономика, за успешен енергиен преход и като цяло за реализиране на стратегията за устойчиво развитие. Боклук е нещо, което не използваме, което захвърляме и за което “не ни пука”. Кръговата икономика цели да смени този модел - от “не ни пука” към “защо е важно да ни пука”. Затова кръговата икономика не говори за боклук, а за ресурс. 

Ресурс, който може да ни помага в ежедневието, в икономиката, в обществото.

Ресурс, който може да помогне за изграждането на функционираща кръгова икономика и за постигане на целите на Европейския зелен пакт. Пактът, станал популярен на български като Зелената сделка, е мащабната стратегия за дългосрочно развитие и реформи на Европейския съюз, чиято главна задача е Европа да се превърне в първия климатично неутрален континент до 2050 година - тоест, да произвеждаме толкова емисии парникови газове, колкото планетата може да погълне по естествен начин.

Важна част от Зелената сделка е отношението към отпадъците: отношение в контекста на изграждането на функционираща кръгова икономика. Задача, по която работи и екипа на проф. Топалова в центъра “Clean&Circle”.

“Идеята за кръговата икономика е една стратегия, която изисква достатъчно голяма популяризация в насока да се вижда цялата картина, когато се вземат и се правят екологични решения, като в тази цяла картина най-важните елементи са ресурсната ефективност, енергийната ефективност и прилагането на високи, реалистични технологии за тяхното постигане,” споделя ни в началото на нашия разговор проф. Топалова и допълва:

“Да бъдат съчетани по най-добрия начин тези три предизвикателства - ресурсна ефективност, енергийна ефективност и високотехнологични решения - вече не е много лесна задача. Това създава трудности, защото изисква първо - разбиране, второ - информираност, трето - достатъчно добри инвестиции, за да се правят високи технологии, и четвърто - заинтересованост от страна на бизнеса и държавата, които да стимулират тези процеси да се разглеждат в комплекс”.

Утайките като ресурс

Сега да погледнем към отпадъците като ресурс чрез конкретен пример.

Знаете ли, че на година в Европа се падат над 17 кг утайки на човек от пречиствателните станции за отпадъчни води? 

Една от последните предложени реформи в рамките на Зелената сделка е пакетът за по-чист въздух и вода, оповестен от Европейската комисия преди няколко седмици. Чрез него Комисията предлага няколко важни промени. Първо, да се въведе задължително изграждане на пречиствателни станции за отпадъчни води в населени места с 1000 души население - досега задължението беше за селища над 2000. Причината за разширяването на обхвата е да се гарантира максималното повторно използване на ресурса вода. 

Друго важно предложение от този пакет реформи засяга именно утайките, които се получават при пречистването на водите. От една страна, с изграждането на още станции и пречистването на още води, ще се генерират още повече утайки. От друга страна, като част от Зелената сделка, предложенията целят утайките да бъдат използвани кръгово.

Комисията предлага задължението до 2040 година всички пречиствателни станции да станат енергийно неутрални, като сами произвеждат чрез чисти технологии цялата им необходима енергия. Един от основните ресурси, който Комисията предлага да бъде използван за тази цел, са именно утайките.

“За да се гарантира, че секторът на отпадъчните води не само подобрява качеството на водите, но и напредва към неутралност по отношение на климата и кръгова икономика, се въвежда обвързваща цел за енергийна неутралност за целия сектор на равнището на държавите членки. Това означава, че пречиствателните станции за градски отпадъчни води ще трябва значително да намалят своето потребление на енергия и да произвеждат енергия чрез възобновяеми източници (напр. слънчева и вятърна енергия и по-специално производство на биогаз - удебеляването е мое - б.а.). Това ще бъде постигнато чрез енергийни одити и чрез замяна на енергията от изкопаеми горива с енергия от възобновяеми източници. 

От страните от ЕС също така ще се изисква да проследяват индустриалното замърсяване при източника, за да се увеличат възможностите за повторно използване на утайките и пречистените отпадъчни води, като по този начин се гарантира, че не се губят ценни ресурси.”

Това посочва Европейската комисия в предложението за промяна на Директивата за пречистването на градските отпадъчни води, предложено на 26-ти октомври. Утайките са богати на фосфор и затова се използват и в земеделието, но поради опасения, свързани с евентуално замърсяване на почви и оттам на храни в няколко държави членки, сред които водещата икономика Германия, Комисията специално обръща внимание на значението на утайките за производство на енергия -  “използване на утайки за производство на биогаз, който може да замести природния газ”.

В България има подобен пример за използване на утайките и той е разработен именно от центъра “Clean&Circle”. Моделът се използва от пречиствателната станция в Кубратово, където в момента продуцираният биогаз в метан танковете покрива нуждите на съоръжението на 115%, обяснява ни проф. Топалова.

“Тоест, 100% си покриват нуждите на базата само на утайка и остават 15% за продаване. Причината за това е, че се обединяват и първичните, и вторичните утайки.”

Пречиствателната станция в Кубратово, обаче е една от малкото с метан танкове у нас и един от малкото примери за устойчиво използване на биомаса за енергийно производство. Тя е посочена и като един от добрите примери в доклада на Европейската агенция по околната среда “Отвъд качеството на водата - оползотваряването на утайките в кръговата икономика”, публикуван по-рано тази година.

Иновации в действие

Проф. Топалова ни споделя, че работата на “Clean&Circle” по устойчивото оползотворяване на утайките продължава и съвсем скоро ще бъде въведена технологична иновация, разработена от Центъра, която ще подобри и улесни процеса.

“Създадохме система за контрол на базата на молекулярни флуоресцентни анализи, които могат да се автоматизират с датчици и да се роботизират. Тоест, целият процес на вход и на изход, ще се управлява от роботи и по този начин създаваме едно максимално чисто производство на енергия, защото автомотизираната технология ще дава постоянно информация какво да се промени и усъвършенства.

Планираме информацията, събрана от роботите, да се получава от потребителите по-много лесен начин - чрез приложение в телефоните, за да се получава веднага обратната връзка и да се управляват тези технологии чрез смартфоните.

Това е идеята - толкова да обезпечим технологиите, че хората да имат всичко необходимо от роботите, а не да е необходимо те да са специалисти по молекулярни процеси - това е работа за нас, не за тях като потребители на тази технология

Те трябва да бъдат потребители на технологията, както сме ние потребители на смартфоните.

Тази технология е най-новото откритие на центъра, като в момента го подготвяме за патентоване и търсим добри IT специалисти, които да направят приложението. Вече има интерес от оператора на станцията в Кубратово да бъде въведена тази иновация. По този начин ще изградим площадка за демонстрация, за да може и останалите да видят тази технология и да я пожелаят.

Този модел е много перспективен в България, защото към днешна дата у нас има повече от 300 метан образуващи инсталации от различно естество. Ако всички те минат на такъв контрол и той се включи, така че да може да прави енергийния микс управляем - вие представяте ли това от какво полза ще бъде. Да не говорим колко излишна биомаса имаме.”

Биомасата и енергията

Биомасата е навсякъде около нас и тя е важна част от концепциите за кръгова икономика и за устойчиво развитие. Към биомасата принадлежат всички органични отпадъци от човешката дейност, отпадните органични продукти от животинския свят, всички органични продукти, получени от растителния свят, както и всички отпадъци от тяхната употреба.

У нас, на различни дискусии, посветени на биомасата за производство на енергия, се съсредоточаваме основно върху предизвикателствата с използването на дървесина или си припомняме някои нелицеприятни моменти от кризите с отпадъците през изминалите години

Към днешна дата, биомасата за енергия е основният източник на възобновяема енергия в Европейския съюз, посочват от Еврокомисията. Нейният дял в монета е 60%, а в сектора на отоплението и охлаждането се използва 75% от произведената от биомаса енергия.

“Биомасата за производство на енергия трябва да се произвежда, обработва и използва по устойчив и ефективен начин [удебеляването е мое - б.а.], за да се оптимизира намаляването на емисиите на парникови газове и да се запазят екосистемните услуги,” поясняват от ЕК и допълват:

“Биомасата може да се използва за отопление, производство на електроенергия и транспортни горива. Увеличаването на използването на биомаса в ЕС може да помогне за диверсифициране на енергийните доставки в Европа, за създаване на растеж и работни места и за намаляване на емисиите на парникови газове. Тя е необходима и при производството на електроенергия, за да се балансират променливите възобновяеми енергийни източници.”

Погледнато исторически използването на биомаса за енергийни нужди не е нещо ново, споделя ни проф. Топалова и ни припомня примера с това как баба носи фекалии в кофата, изхвърля ги в ямата, където се извършва анаеробен процес и се отделя биогаз, който се използва да отоплява кравефермата. 

“Това не е нещо ново, това не е висока технология. Но тук не става дума затова, а става дума съвременните постижения на науката да могат да се прилагат, така че да произвежда енергия по един нов, екологичен начин.

Когато се използва биомаса за устойчиво получаване на енергия, имаме предвид получаване на биогаз. Биогазът представлява една многокомпонентна смес от метан, който е енергийният източник, малко количество въглероден диоксид, който създава въглеродните емисии, създава примеса в биогаза да не е толкова енергийно калоричен, и малко количество водород. 

За да се получава висококачествен биогаз, тоест - да преобладава метанът в него и той да има висока енергийна стойност, тогава се изисква повече от това в ямата да се трупат фекалиите, изискват се съоръжения, контролируеми технологии, управляеми технологии и от тази гледна точка вече е направено много.

За да се получи биогаз като желан енергиен източник с преобладаващо количество метан - под преобладаващо количество разбирам поне над 60% да бъде метан - се изисква използваните суровини да бъдат композирани правилно, да бъдат смесвани правилно, защото се създава среда за растеж и работа на метаногенни консорциуми и това вече ни насочва към онези части на микробните и биотехнологиите, които ги отнасят към високите технологии.

Нашата нова технологична иновация, за която ви споменах, е важна стъпка в този процес.

А кои са основните суровини?

Суровините са излишни активни утайки - първични и вторични при пречистване на отпадъчни води, където последната степен е анаеробно оползотворяване на тези утайки с цел получаване на биогаз, който захранва и покрива нуждите от енергия на цялото съоръжение. Такъв е случаят с пречиствателната станция в Кубратово.

Друг вид суровини са растителни отпадъци от селското стопанство - царевичак, слами и други видове биомаса. Разбира се, приложенията могат да бъдат различни - не само получаване на метан. Но тези компоненти на биомасата също се вграждат в метан танкове за получаване на биогаз.

Друга една суровина - това са хранителните отпадъци, които също водят до получаване на биогаз.

Смесите от хранителни отпадъци, растителни отпадъци и утайки в едни по-малки градове могат да правят миксове, които, изграждайки метан танкове, да произвеждат енергия, която да снабдява цялото селище. 

Ние имаме такава стратегия.”

Чисти технологии за енергийна независимост на малките населени места

Стратегията, в чиято основа стои оползотворяването на трите типа отпадъци за производство на биометан, може да направи малките населени места изцяло кръгови и енергийно независими, разказва ни проф. Топалова.

Стратегията обхваща в цялост енергийната осигуреност на селищата и затова при практическото й прилагане в дадено населено място от екипа на “Clean&Circlе” са предвидили редица дейности: кампании за образоване на хората за умно използване на енергия, за въвеждане на мерки за енергийна ефективност на сградите, за изграждане на фотоволтаици по покривите. 

“Тази стратегия показва на практика превръщането на една позната технология, каквато е използването на биомаса, във висока и чиста технология”.

Добавяме в разказа още един елемент от стратегията: в резултат на производството на биометан остава минерализирана утайка, която от екипа на “Clean&Circle” предлагат да се оползотворява отново кръгово - чрез създаване на компостери, които могат да се използват, за да се наторят нивите, градините,

“Ако се добавят съставки, които ние сме намислили в Центъра, той може да стане биотор за домашните цветя, за домати, за алое вера, за други растения.

Имаме вече създадени три вида биотор на основата на това този компост да бъде обогатен чрез специализирани групи растения, за да се получават и съответните добри хранителни продукти

Ето ви кръгова икономика.”

Стратегията в настоящия контекст: войната и енергийната сигурност чрез чисти технологии

Защо е важна тази стратегия, създадена от екипа на проф.Топалова?

Решихме да представим това тяхно постижение в един актуален контекст, защото ако се опираме на науката, тя често ни дава отговорите предварително - преди да са се случили определени предизвикателства и кризи.

Няколко седмици след войната на Русия срещу Украйна Европейската комисия предложи извънреден енергиен план “RеPowerEU: Съвместни европейски действия за по-сигурна и устойчива енергия на достъпни цени”.  RеPowerEU цели бързо намаляване на зависимостта на Европа от руските изкопаеми горива чрез ускоряване на екологичния преход и обединяване на усилията за постигане на една по-устойчива енергийна система и на работещ енергиен съюз. 

Основните направления на действие по плана са:

• икономии на енергия чрез насърчаване на енергийната ефективност и повишаване на подготвеността; 
• разнообразяване на енергийните доставки; 
• бързо заместване на изкопаемите горива чрез ускоряване на прехода на Европа към чиста енергия и интелигентно съчетаване на инвестиции и реформи.

Една от главните чисти технологии за производство на енергия, посочена в плана, е производството на биометан. Комисията предлага план за действие за значително увеличаване на годишното производство на биометан - от настоящите 3 милиарда кубични метра (bcm) на година до 35 bcm на година през 2030 г. Този биометан може да се използва в промишлени, енергийни и отоплителни инсталации, като пряко и лесно замести природния газ, обясняват от Еврокомисията.

“В плана за действие се предлага да се преодолеят основните пречки пред увеличеното устойчиво производство и използване на биометан, както и да се улесни интегрирането му във вътрешния пазар на газ в ЕС", посочват от ЕК и допълват:

“В рамките на плана за действие Комисията установява промишлено партньорство за биогаз и биометан; работи с държавите членки по национални стратегии за производството на биогаз и биометан; насърчава сътрудничеството със съседните и присъединяващите се държави; работи с националните органи и дружествата за газопреносни мрежи с оглед намаляване на разходите; насърчава изграждането на нова инфраструктура; преодолява пропуските в научноизследователската, развойната, иновационната и демонстрационната дейност; улеснява достъпа до финансиране и насърчава разработване на общности за енергия от биогаз.”

В този контекст стратегията, разработена от екипа на проф. Топалова за постигане на енергийна независимост на малките селища чрез собствено производство на биометан по устойчив начин, има още по-важно значение.

Високите технологии в действие

В стратегията има две иновации, обяснява ни ръководителят на “Clean&Circle”. От една страна, всички тези суровини са нехомогенна смес, което е голямо предизвикателство за тяхната обработка в съоръженията за производство на метан. В този случай центърът използва иновация на техни партньори от Германия, която вече е тествана и прилагана: използват се инсталации, които смесват и хомогинизират отпадъци, обработват ги с ултразвук и скъсяват първата фаза от тяхната обработка. Процесът на производството на биогаз е с времепрестой от 14 до 28 дни и всяко скъсяване води до по-висока интензивност на производството, разказва ни проф. Топалова.

Втората иновация е дело на "Clean&Circle" и тя е технологията за подобряване на параметрите на суровините чрез роботизираната система, за която ви разказахме по-горе в статията.

“Работим затова клиентът да поучава продукт, който да го използва лесно. Да получава енергия по лесен път.”

Какво липсва в тази схема, пита в разговора ни проф. Топалова и отговаря - въглеродният отпечатък. Към момента, той не може да бъде изчислен, защото зависи от характеристиките на конкретното населено място, където ще бъде приложена стратегията.

“Всяка една технология, която се създава, трябва да се вгради в околната среда и при вграждането със специален калкулатор се прави изчисление на въглеродния отпечатък и на отпечатъка на парникови газове. Всичко това е в зависимост от региона. Омекотяването на тези мерки става със специални пояси, комплекси от дървета, изкуствени водни площи. 

Тук можем много да мечтаем, защото когато изграждаме една цялостна стратегия за енергийно обезпечаване чрез отпадъци и свържем всички процеси - въглероден диоксид, отделяне, метан, използване за съответните дейности, вграждане в красиви комплекси, самите съоръжения можем да ги направим красиви.

Това е новото течение биофилинг - цялата технология така се вгражда, че тя да е красива. Не говоря само за дървета, но и за водни огледала с водни растения в тях. Също, създаване на зелени покриви, инсталиране на соларни панели, изграждане на зелени стени.

Можем да направим не само да имаме енергия, но и животът ни да бъде красив, приятен.”

Какво е необходимо, за да стане картина реалност, питаме проф. Топалова. 

Необходимо, е да има, първо, желание от страна на общинските власти, обяснява ни ръководителят на “Clean&Circle”. Второ, общинските съвети да се съгласят да я реализират и да я свържат с водния цикъл и цикъла на отпадъците. След което екипът на “Clean&Circle” е готов да помогне на общините при кандидатстване по европейски програми, така че да се намери и финансиране. 

Самият модел може да бъде приложен на части, ако дадената община няма все още финансовите ресурси за цялостна реализация, пояснява проф. Топалова. Тя допълва, че моделът може да бъде на значителна печалба, защото много от неговите елементи могат да носят доходи за общината и за издръжката на проекта - например, продажбата на получения от минерализираните утайки тор.

Важното за проф. Топалова е да успеем да създадем един град модел - showroom - който да привлича останалите общини. Подобен модел има във Франция, където едно от населените места на Ривиерата е изградено именно като селище модел - "където останалите общини идват да се учат на технологиите, да ги видят и да ги пожелаят".

“Видят ли модела реализиран на едно място, всеки ще го поиска.”

Какво е енергийният преход за България?

Завършваме интересния разговор с проф. Топалова с въпроса, който задаваме на всички участници в инициатива “Мисия Енергиен преход” - какво представлява енергийният преход за страната ни.

“Енергията стои в основата на всичко - на човешкия живот, на човешката дейност, от всяка една гледна точка.

Без енергия нищо не може да се получи.

Енергийният преход към това ние да използваме енергия, която едновременно да обезпечава човешки живот, икономика в съответствие с правилата на еволюцията и околната среда и без да я уврежда, а да запазва планетата - това е най-хуманното нещо и най-икономически печелившото нещо. 

Тук, обаче, искам да направя една специална бележка - енергийният преход може да се извърши с много високи технологии и живеем в свят, където нямаме граница каква може да бъде технологията. Но винаги той трябва да бъде хуманен. 

Трябва да се държи онзи баланс - това е най-трудното - между социална поносимост, икономическа ефективност и околна среда. Това влиза в така наречените ESG стандарти. Не може едно нещо да се извади от останалите.”

Познаваш ли други добри примери като този на "Clean&Circle"?

Разкажи ни за личностите и проектите, които помагат на България в прехода към чиста енергия. 

Попълни анкетата „Мисия Енергиен преход" и сподели добрите примери - линк тук. Ще ти отнеме само минута!

Посочи хората и инициативите, които се:

• Борят с енергийната бедност
• Помагат за подобряване на енергийната ефективност
• Прилагат устойчиви модели за използване на биомаса
• Работят за намирането на нова формула за развитие на въглищните региони

Попълни анкетата тук. Бъди част от „Мисия Енергиен преход"!