Odnawialne źródła energii w gospodarstwach zajmujących się hodowlą drobiu

Dr inż. Anna Wilkanowska

Energetyka konwencjonalna, opierająca się o paliwa kopalne (tj. węgiel kamienny, ropę naftową, gaz ziemny) jest zagrożeniem dla środowiska naturalnego. Jest ona źródłem związków siarki, azotu, odpadów stałych. Przyczynia się do zwiększenia ilości gazów cieplarnianych. Aby odciążyć środowisko zaczęto szukać alternatywnych źródeł energii. Dziś coraz powszechniej wykorzystywane odnawialne źródła energii (OZE) mają szansę stać się odpowiedzią na bolączki obrońców matki natury. Energetyka niekonwencjonalna, aby mogła rzeczywiście pomóc, musi być wykorzystywana przez jak największą część społeczeństwo, musi stać się numerem jeden i zastąpić szkodliwą energetykę konwencjonalną.

Czym są odnawialne źródła energii i czemu służą?

Ustawa o odnawialnych źródłach energii z dn. 20 lutego 2015 r. definiuje odnawialne źródła energii jako „odnawialne, niekopalne źródła energii obejmujące energię wiatru, energię promieniowania słonecznego, energię aerotermalną, energię geotermalną, energię hydrotermalną, hydroenergię, energię fal, prądów i pływów morskich, energię otrzymywaną z biomasy, biogazu, biogazu rolniczego oraz z biopłynów”. Energia odnawialna, którą zalicza się do tzw. energetyki rozproszonej, to zasługa naturalnych, powtarzających się procesów przyrodniczych. Uzyskiwana dzięki nim energia zaspokaja potrzeby społeczności lokalnych niemal na całym świecie. Budzi duże zainteresowanie przede wszystkim z uwagi na stale rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną wykorzystywaną na potrzeby produkcyjne i bytowe wielu gospodarstw. Racjonalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, będących jednym z istotnych elementów zrównoważonego rozwoju przynosi korzyści dla gospodarstw zajmujących się hodowlą zwierząt. Pozwala między innymi na uniezależnienie od dostaw energii od zewnętrznego dostawcy.

Panele słoneczne

Najobfitszym odnawialnym źródłem energii jest energia promieniowania słonecznego. Nie powinno to dziwić, bowiem energia słoneczna jest dostępna dla każdego człowieka. Co najważniejsze, jest bezpłatna, aby móc z niej korzystać należy zaopatrzyć się w specjalistyczną instalację fotowoltaiczną, która wbrew pozorom nie jest tak droga, jak mogłoby się wydawać. Dziś rolnicy mają dostęp do wielu form wsparcia, częściowo finansujących zakup systemu z ogniwami fotowoltaicznymi. Przetwarzają one światło słoneczne w energię elektryczną. Niestety jedno ogniwo jest niewystarczające. Łączenie ogniw w tak zwane moduły fotowoltaiczne jest w stanie całkowicie lub częściowo zaspokoić zapotrzebowanie na energie gospodarstwa. Moduły mogą mieć różną wielkość, tworząc przy tym niezależne systemy o różnej mocy. Moduły znajdują się w specjalnej obudowie, która zabezpiecza przed wilgocią, korozją, zanieczyszczeniami i negatywnym wpływem czynników atmosferycznych. Panele słoneczne, z uwagi na największe nasłonecznienie i dużą ilość padającego na dach promieniowania słonecznego umieszczane są od strony południowej pod kątem 30-45OC. Gospodarstwa rolne mają duże możliwości, aby znaleźć miejsce dla instalacji fotowoltaicznej. Nadają się do tego duże powierzchnie dachów, nieważne, czy budynku mieszkalnego, czy zabudowań gospodarczych. W sytuacji, gdy powierzchnia dachu jest zbyt mała na umieszczenie kolektorów, instaluje się je bezpośrednio na gruncie. Bez względu na miejsce ich montażu należy podkreślić, że są to urządzenia trwałe i praktycznie bezawaryjne, i co równie ważne bezpieczne dla środowiska.

Jak już wspomniano, jedną z największych zalet instalacji fotowoltaicznych jest uniezależnienie się od zakładu energetycznego. Decydując się na montaż paneli słonecznych, można uniknąć problemu rosnących cen energii elektrycznej. Ma to wpływ na zmniejszenie rachunków za energię, które w wielu gospodarstwach rosną z roku na rok, i nic nie zapowiada, aby w przyszłości miałoby się to zmienić. Najlepiej widać to porównując rachunki za energię w skali roku. Fotowoltaika to też wygoda. Hodowla drobiu jest zajęciem czasochłonnym, a instalacja pozwalająca czerpać energię ze słońca nie wymaga obsługi, która odciągałaby od spraw związanych ze zwierzętami. Poza tym instalacja fotowoltaiczna nie wymusza żadnych dodatkowych kosztów, a poszczególne jej elementy są bezawaryjne. Panele słoneczne tworzące system z reguły mają gwarancję na kilka dekad. Ponadto kolektory słoneczne podwyższają cenę nieruchomości.
Wielu hodowców, mimo rozlicznych zalet instalacji fotowoltaicznej, odstrasza cena. Dla wielu w dalszym ciągu jest to luksus, a nie nadrzędny cel. Niestety duża część rolników nie przejmuje się negatywnym wpływem energetyki konwencjonalnej na środowisko. Zachętą mającą przekonać do zainwestowania w panele słoneczne są programy dofinansowania oraz kredytowania paneli fotowoltaicznych. Są to skuteczne narzędzia służące do promowania odnawialnych źródeł energii. Dzięki nim można uzyskać wsparcie finansowe pokrywające przeszło 40 proc. całkowitej wartości instalacji fotowoltaicznej. Wyżej wspomniane programy adresowane są do właścicieli gospodarstw domowych i wspólnot mieszkaniowym. Aby móc skorzystać z takiego wsparcia należy liczyć się z koniecznością spełnienia długiej listy warunków. Otrzymane środki należy w 100 proc. przeznaczyć na zakup instalacji, asortymentu do stworzenia funkcjonalnej instalacji spełniającej normy unijne i posiadającej odpowiednie certyfikaty. Hodowcy rozważający montaż paneli, ale mający wątpliwości co do ich bezpieczeństwa i ewentualnego negatywnego wpływu na zdrowie drobiu muszą wiedzieć, że fotowoltaika nie stanowi zagrożenia. Elektrownie fotowoltaiczne nie emitują zanieczyszczeń, hałasu ani szkodliwego pola elektromagnetycznego. Należy również podkreślić, że panele słoneczne wykonane są z krzemu, który występuje w środowisku naturalnym.

Biogazowanie rolnicze

Jak już wspomniano, źródłem energii odnawialnej jest również biomasa, którą już w latach 80-tych ubiegłego wieku stosowano w celach gospodarczych i przemysłowych. Biogazownie coraz częściej można spotkać w bliskim sąsiedztwie ferm zwierzęcych. Powstający tam biogaz jest uzyskiwany w wyniku przerobu substancji pochodzących z szeroko rozumianego rolnictwa lub chowu zwierząt. Prowadzone do tej pory badania naukowe pokazały, że odchody kurze to doskonały surowiec do produkcji biogazu. Uzyskuje się go więcej z pomiotu niż z gnojowicy świńskiej i bydlęcej czy wywaru pogorzelnianego. Biogaz z tego surowca różni się też składem. Charakteryzuje się dużą zawartość metanu (Tabela 1). Ma to ogromne znaczenie, ponieważ im więcej w biogazie jest metanu, tym więcej można wyprodukować energii. Zaletą biogazowi rolniczej jest to, że przerabiając odchody kurze, jest się w stanie zmniejszyć uciążliwość ferm drobiu dla otoczenia. Warto wyjaśnić, z czego wynika wysoka wartość obornika i odchodów kurzych. Odpowiedzią na to pytanie jest duża zawartości białka, która sprawiła, że w latach 70. XX w. poważnie zastanawiano się, czy nie wykorzystać pomiotu kurzego jako paszy dla bydła. Białko podnosi wartość metanu obecnego w biogazie. Im więcej białka, tym więcej można otrzymać biogazu. Oszacowano, że z 1 kg białka uzyskuje się 700 litrów biogazu z 70-procentową zawartością metanu. Ważną rolę dogrywa również tzw. popiół surowy. Z drugiej strony, sporo suchej masy z dużą ilością białka i popiołu surowego utrudnia proces produkcji biogazu. Obecne w odchodach kurzych białko jest źródłem kwasu moczowego, który przyczynia się do szybkiego uwalniania azotu w postaci amonowej, która jest szkodliwa dla bakterii fermentacji amonowej. Natomiast popiół surowy, w skład którego wchodzą związki mineralne, sprawia, że na dnie komory fermentacyjnej powstaje osad. Na szczęście istnieją sposoby, aby temu zapobiec. Pomaga zamontowanie w komorze fermentacyjnej urządzeń do usuwania osadu bez konieczności jej otwierania. Drugi sposób rozwiązujący wspomniany problem to odpowiednia obróbka substratu w zbiorniku wstępnym.

Hodowca drobiu powinien również być świadomy tego, że odchody drobiu, z uwagi na wysoką zawartość suchej masy wymagają zastosowania kosubstratów płynnych. Umożliwiają one odpowiednie rozcieńczenie wsadu do poziomu poniżej 15 proc., czyli wartości granicznej dla procesu fermentacji mokrej. Do rozcieńczenia odchodów można użyć wody procesowej. Jej część jest zawracana z odcieku do komory fermentacyjnej. Umożliwia to ograniczenie wykorzystania czystej wody w celach produkcyjnych. Substancją stosowaną do rozcieńczania odchodów bywa też serwatka lub wywar. W takiej sytuacji należy wziąć pod uwagę zawartość poszczególnych składników w ciekłym kosubstracie, ponieważ mogą mieć duży wpływ na przebieg procesu. Dodając rozcieńczalnik, taki jak woda, minimalizuje się też problem wysokiego stężenia amoniaku, który jest toksyczny dla bakterii fermentacji metanowej. Drugim sposobem na wysoką zawartość azotu w formie amonowej jest stosowanie specjalistycznych szczepów bakterii, odpornych na podwyższoną zawartość azotu amonowego.
Wyprodukowany w biogazowi rolniczej biogaz wytwarzany z odchodów kurzych wykorzystuje się do ogrzewania budynków inwentarskich. Na wytworzenie energii cieplnej lub elektrycznej z biogazu pozwala użycie silników kogeneracyjnych. Należy jednak być świadomym, że kaloryczność biogazu jest z reguły niższa od wartości energetycznej węgla kamiennego. Kaloryczność biogazu wytworzonego z odchodów drobiu wynosi od 20 do 26 MJ/m3. Z tego powodu stosowane są zabiegi, których celem jest wzbogacenie biogazu. Poddawany jest on procesowi odsiarczania, osuszania i oczyszczania z dwutlenku węgla. Interesującym sposobem na użycie biogazu, po odpowiednim wzbogaceniu jest jego zastosowanie do napędzania pojazdów. Sposób ten wykorzystywany jest w Szwecji, Szwajcarii oraz w Niemczech. Badania naukowe wykazały, że wydajność biogazu kształtuje się tak, że 1 m3 biogazu odpowiada 1,1 kg węgla kamiennego lub 0,62 l oleju
napędowego.

Farmy wiatrowe

Ważnym rodzajem odnawialnej energii jest energia wiatru. Jest ona przekształconą formą energii słonecznej. Powstaje dzięki różnicy temperatur mas powietrza, która spowodowana jest nierównomiernym nagrzewaniem się powierzchni Ziemi. To, że wiatr może być użyteczny, wiedziano tysiące lat temu. Wiatraki wynaleziono w IX wieku we wschodniej Persji. Pod koniec XII wieku dotarły do Europy. W przeszłości wiatraki były z reguły drewniane, czasami murowane, wyposażone były w skrzydła poruszane siłą wiatru i napędzające urządzenia.

Zaletą wiatru pozwalającego na uzyskanie energii jest powtarzalność i prędkość, która wzrasta wraz z wysokością. To właśnie z tego powodu siłownie wiatrowe umieszcza się na wysokości od kilkunastu do ok. 100 m. Optymalna średnia prędkość wiatru wykorzystywana do celów energetycznych wynosi 4-25 m/s. Obecnie energia z wiatru pozyskiwana jest dzięki turbinom wiatrowym o 3 łopatach o poziomej osi obrotu, wirniku ustawionym „na wiatr”, przymocowanym w gondoli. Nowoczesne elektrownie wiatrowe powstają dzięki szybkiemu rozwojowi nowoczesnych technologii. Są w stanie procować w bardzo różnych warunkach pogodowych, przy zmiennych prędkościach, przy różnym kierunku wiatru. Dzięki specjalnym systemom możliwe jest monitorowanie pracy siłowni przez 24 godziny na dobę. Zajmują się one śledzeniem parametrów pracy urządzenia. Monitorują prędkość obrotową, pozycję skrzyni biegów, czy kąt natarcia łopat względem wiatru. Nowoczesne systemy elektrowni wiatrowej dbają głównie o jej bezpieczeństwo i optymalne warunki pracy. W momencie wystąpienia ekstremalnych warunków pogodowych urządzenie samodzielnie może zablokować mechanizmy napędu. Aby zbyt silny wiatr nie uszkodził urządzenia, maszyna jest w stanie ustawić się w odpowiednim kierunku do wiatru, ustawić odpowiedni kąt łopat.
W przeciwieństwie do paneli słonecznych i biogazowni, fermy wiatrowe budzą wiele wątpliwości, szczególnie u rolników. Wynika to z niestabilnej ceny zielonych certyfikatów (wystawianych przez rząd), które przez długi okres spadały. Ubiegły rok był okresem wyraźnego wzrostu cen zielonych certyfikatów, jednak od początku 2019 roku obserwuje się, po raz kolejny tendencję spadkową, którą dodatkowo mogą wzmocnić propozycje Ministerstwa Energii w zakresie zmiany zasad ustalania tzw. opłaty zastępczej. Negatywny wpływ na popularność wiatraków ma również wzrost podatków i zniesienie obowiązku odkupu prądu od producentów OZE (przepis wchodzi
w życie 1 stycznia 2018). Każdy zainteresowany tym tematem wie, że już kilka lat temu pojawiały się informacje, że rolnicy, którzy inwestowali w elektrownie wiatrowe, zabezpieczając je swoim majątkiem, dziś nie mają na spłatę rat kredytów. Nie jest to jednak jedyny problem, który odstrasza osoby zainteresowane inwestowaniem w OZE. Badania naukowe potwierdziły, że siłownie wiatrowe są źródłem hałasu infradźwiękowego, który osiąga duże poziomy oraz stanowi zagrożenie dla otoczenia – człowieka i zwierząt. Dowodem tego jest doświadczenie przeprowadzone na gęsiach i świniach, w którym obserwowano m.in. zachowanie zwierząt. Rezultaty tego eksperymentu sugerują, że ptaki i trzoda chlewna źle czuje się w pobliżu siłowni wiatrowych. Przykładowo gęsi, będące pod wpływem emitowanych infradźwięków skupiają się w grupy, stają w bezruchu. Przyrosty masy ciała zwierząt biorących udział w badaniu malały wraz ze zmniejszającą się odległością między miejscem ich bytowania a siłownią wiatrową. Bliskie sąsiedztwo z elektrownią miało też negatywny wpływ na zużycie paszy na jednostkę przyrostu. Było ono o około 20-25% wyższe u zwierząt przebywających 50 m od siłowni oraz o około 5-10% wyższe u zwierząt utrzymywanych w odległości 500 m od wiatraków. Ma to ujemny wpływ na opłacalność produkcji zwierzęcej. W badaniu skupiono się również na analizie krwi gęsi i świń, oceniano poziom kortyzolu, Gsh-px, CAT. Wykazano, że wraz ze zmniejszaniem się odległości między miejscem bytowania zwierząt i elektrownią, nasileniu ulegają zjawiska, które są charakterystyczne dla stresu. Jeśli chodzi o jakość mięsa pochodzącego od zwierząt wykorzystywanych w badaniu, nie wykazano istotnego statystycznie zróżnicowania pomiędzy osobnikami bytującymi w różnych odległościach od siłowni.

Pompy ciepła

Warto również wspomnieć o pompach ciepła, w których zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego. Ich sposób działania jest taki sam jak w przypadku lodówek, tzn. pompują ciepło z komory chłodniczej do pomieszczenia. Dużą część ciepła dostarczanego do budynku czerpie ona z atmosfery (pompy powietrzne), gruntu (pompy gruntowe) czy wód nadziemnych lub podziemnych. Oszacowano, że pompa gruntowa na każdą 1 kWh zużytego prądu czerpie 3 kWh ciepła z wymiennika gruntowego. Dlatego przyjmuje się, że 75 proc. energii dostarczanej przez pompę ciepła to energia odnawialna, a całość stanowi instalację OZE. W gospodarstwach zajmujących się produkcją zwierzęcą jednym z dolnych źródeł dla pompy ciepła jest sam budynek inwentarski, w którym prowadzi się produkcję na tzw. głębokiej ściółce. Procesy fermentacyjne, które zachodzą w podłożach egzotermicznych w głębokiej ściółce, doprowadzają do powstania wysokiej temperatury, dochodzącej do 50OC. Odzyskane za pomocą pompy ciepło można wykorzystać do realizacji wielu celów. Używany jest do podgrzania wody technologicznej, wykorzystywanej do nawadniania lub do procesów produkcyjnych. Ciepło z pompy cieplnej używane jest też do podgrzewnia i osuszania powietrza w suszarniach i ogrzewania powietrza wentylacyjnego doprowadzanego z zewnątrz do pomieszczeń produkcyjnych. Pompy ciepła w rolnictwie mają szansę stać się istotną pomocą w zapewnieniu gospodarstwom jak najniższych kosztów własnych związanych z prowadzeniem gospodarstwa.
Podsumowując, celem upowszechniania energii odnawialnej jest zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Jak się również okazuje OZE może usprawnić pracę w gospodarstwach zajmujących się hodowlą zwierząt. Niekiedy wpływa ona na opłacalność prowadzonej produkcji.