Narodowe Centrum Badań
i Rozwoju

W rozmowie o wyzwaniach, przed którymi stoją polskie miasta, nie mogło zabraknąć pytania o to, jakie obszary są największym wyzwaniem w dążeniu do osiągnięcia neutralności klimatycznej.

Wojciech Racięcki, dyrektor Działu Rozwoju Innowacyjnych Metod Zarządzania Programami w NCBR, zwrócił uwagę, że w tym procesie należy skupić się na trzech strumieniach. Pierwszy z nich to wyzwanie zamknięcia biogenów między wsią a miastem zgodnie z ideą gospodarki obiegu zamkniętego – i skorelowane z tym segmentem technologie, takie jak biometanownie, biogazownie czy oczyszczalnie ścieków. Drugim wyzwaniem jest transport – emisyjny i zajmujący dużo przestrzeni.

– Trzeci wielki segment to budynki. Mamy w Polsce około 6 milionów budynków, które są „wampirami energetycznymi". Żeby transformacja się powiodła, musimy zmniejszyć w nich zużycie energii do ¼ stanu obecnego – zauważył ekspert.

Rozwinięcie technologii, które pomogą przeprowadzić skuteczną transformację w kierunku odnawialnych źródeł energii, to wyzwanie i szansa dla polskich przedsiębiorców i naukowców.

W przekonaniu Wojciecha Racięckiego, dla uzyskania dobrego efektu konieczne jest kompleksowe podejście do rewitalizacji tkanki zabudowy i innych elementów infrastruktury. Potrzebne są m.in. systemy wentylacji z rekuperacją, magazyny ciepła i chłodu, magazyny energii elektrycznej, pompy ciepła, ale też ciepłownie i elektrociepłownie OZE czy retencjonowanie wody deszczowej. Starsze budynki wymagają głębokiej termomodernizacji. Proces transformacji potrzebuje gotowości nie tylko firm z zagranicy, ale przede wszystkim polskich przedsiębiorstw.

– Nie mam wątpliwości, że transformacja jest olbrzymim benefitem dla ludzi, dla komfortu życia Polaków. Musimy się zmierzyć z tym, jak wysterować ten proces, uwzględniając wszystkie elementy tego wyzwania. Pamiętajmy, że jakość ma znaczenie – chcemy miast przyjaznych dla mieszkańców, oszczędnych energetycznie, ze zdrowym powietrzem i przestrzenią – akcentował.

Tego typu rozwiązania opracowywane są już dziś w ramach 9 przedsięwzięć badawczych NCBR wpisujących się w strategię Europejskiego Zielonego Ładu, a realizowanych dzięki Funduszom Europejskim w ramach Programu Inteligentny Rozwój.

Jakich budynków potrzebujemy?

Rynek wysyła liczne sygnały, że czeka na efekty toczących się prac. Kryzys energetyczny dał spory impuls do zmian w budownictwie, zwiększając zainteresowanie flagowym przedsięwzięciem „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo”. Jak zauważył Piotr Kopacz z NCBR, kierownik tego projektu, przygotowywane technologie pozwalają ograniczać emisje gazów cieplarnianych m.in. poprzez oszczędzanie energii, czyli takie projektowanie konstrukcji budynków, żeby zużywać jak najmniej energii.

NCBR, już na etapie definiowania problemów badawczych w sektorze budownictwa, miało na uwadze to, żeby budynki były tanie w eksploatacji, nie wykorzystywały do ogrzewania spalania paliw kopalnych, a produkowały jak najwięcej energii z OZE na wszystkie potrzeby mieszkańców, włącznie z ładowaniem samochodów, jednocześnie zużywając jej jak najmniej.

– Wykonawcy stawiają na oszczędzanie energii, stosowanie systemów, które zarządzają nią w mądry sposób – fundamentalne jest zastosowanie systemów wentylacji z odzyskiem ciepła, korzystanie z energii wtedy, kiedy ona jest tania i magazynowanie jej po to, żeby wykorzystywać ją, kiedy koszt jej zakupu z sieci jest wysoki. Kolejną istotną kwestię stanowi sam proces produkcyjny, budowanie w kontrolowanych warunkach produkcyjnych, z gotowych elementów i materiałów pochodzących  w wysokim stopniu z recyklingu oraz o niskim śladzie węglowym  – zwrócił uwagę Piotr Kopacz.

Budynki demonstracyjne, powstające w trzech lokalizacjach w Polsce, jeszcze w tym roku mają zostać oddane do użytkowania. Powstają one z gotowych modułów, które na miejsce budowy przywożone są z fabryki już z wyposażeniem, włącznie z AGD. Zużycie energii użytkowej do ogrzewania i wentylacji, EUco w budynkach wielorodzinnych nie będzie przekraczać 5 kWh/m2 na rok, przy czym wskaźnik ten dla 70% tego typu budynków w Polsce przekracza 200 kWh/m2 na rok.

– Myślę, że kwestię nowych technologii ureguluje rynek, a opracowane technologie nie są już droższe niż tradycyjne technologie budowy. Przy tym należy pamiętać, że koszty eksploatacji ekologicznych budynków są diametralnie niższe. Kiedy ogłaszaliśmy nasze przedsięwzięcie w 2020 roku, spotykaliśmy się z dosyć krytycznym spojrzeniem w związku z wysokim poziomem innowacji w projekcie. Uwzględniamy w nim m.in. magazynowanie energii cieplnej, elektrycznej, mówimy o budownictwie modułowym, oszczędzaniu wody do 95%, wykorzystywaniu odnawialnych źródeł energii. Od początku myślimy także o kosztach eksploatacji, nie tylko o kosztach budowy. Po trzech latach sytuacja diametralnie się zmieniła. Na ostatnich targach BUDMA przekonałem się, że klienci szukają dziś rozwiązań, które pozwolą oszczędzać energię. Myślenie o strategii długoterminowej w kontekście budowania domów i zmiana filozofii na temat tego, co to znaczy mądrze budować – wpłynie na najbliższe lata i na to, w którym miejscu Polska będzie w Europie. A potencjał mamy bardzo duży – podsumował ekspert.

Technologie dla czystego powietrza

NCBR stawia na efekt synergii między przedsięwzięciami wpisującymi się w strategię Green Deal. Bilans cieplny budynku domykają systemy wentylacji z rekuperacją, zauważył dr inż. Mariusz Skwarczyński, kierownik projektu „Wentylacja dla szkół i domów”.

W zamkniętych pomieszczeniach spędzamy nawet 90 proc. czasu. Prowadząc głęboką termomodernizację budynków, należy przewidzieć poprawę jakości powietrza, jak również odzysk ciepła i chłodu, które umożliwiają powstające systemy. Działania te muszą przebiegać równolegle do dotychczasowych działań termomodernizacyjnych (ocieplenie ścian, wymiana okien), które same w sobie nie są wystarczające – ich mankamentem jest często pogorszenie jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń, a w związku z koniecznością otwierania okien planowane oszczędności okazują się iluzoryczne. Zamiast efektywności energetycznej wyliczonej w audytach energetycznych w rzeczywistości odnotowuje się stratę.

Proces termomodernizacji powinien być przeprowadzony prawidłowo, tak aby jedno działanie nie powodowało negatywnych konsekwencji, które zostaną ujawnione wraz z upływem czasu w postaci syndromu chorych budynków. „Wentylacja dla szkół i domów” pomoże rozwiązać ten problem.

– W przedsięwzięciu uczestniczą polskie firmy, które podjęły się trudnego zadania, a mianowicie opracowania technologii, która będzie instalowana w starszych szkołach czy budynkach wielorodzinnych – zauważył ekspert. – Chcemy, żeby opracowane przez wykonawców rozwiązania można było łatwo instalować w salach lekcyjnych i mieszkaniach, bez zakłócania procesu dydaktycznego czy życia mieszkańców, tak żeby samorządy czy osoby decyzyjne nie obawiały się ich montować. Dlatego postawiliśmy nie tylko na systemy wentylacyjne, ale również na centralny system zarządzający, który z jednego miejsca w szkole czy domu będzie w stanie zobrazować kilkanaście pomieszczeń – w jakim trybie pracują, czy wymagają serwisu itp. – dodał Mariusz Skwarczyński.

Prototypowe rozwiązania przygotowane przez wykonawców są obecnie testowane na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej. Specjalnie przygotowana komora klimatyczna odzwierciedla rzeczywiste warunki klasy szkolnej – 30 manekinów symuluje dzieci, wydychające dwutlenek węgla. Po testach nastąpi druga faza przedsięwzięcia.

– Wybierzemy dwie szkoły i dwa budynki wielorodzinne i jednorodzinne, w których bezpłatnie zamontujemy demonstracyjne urządzenia. Wkrótce ogłosimy konkursy – poinformował Mariusz Skwarczyński.

Ciepłownie przyszłości napędzane OZE

Oprócz innowacji produktowych w przedsięwzięciach NCBR są także projekty o charakterze infrastrukturalnym, dotyczące transformacji ciepłownictwa. One także wzbudzały duże zainteresowanie podczas Polskiego Kongresu Klimatycznego.

Jak podkreślała Aneta Więcka, kierownik projektów „Ciepłownia Przyszłości” i „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym”, zmianie musi ulec zarówno sposób wytwarzania ciepła, jak i sposób myślenia o jego wytwarzaniu – wytwarzać ciepło możemy nie tylko w procesach spalania. Od wykorzystania energetyki odnawialnej nie ma dziś odwrotu.

– Konieczne jest uwzględnienie zmienności produkowanej energii ze źródeł odnawialnych, należy odpowiednio dostosować sieci ciepłownicze, korzystać z magazynów ciepła i systemów informatycznych, które będą sterować przepływem energii poprzez dobór optymalnych parametrów urządzeń OZE. Systemy informatyczne powinny monitorować stan systemu ciepłowniczego jako całości oraz poszczególnych jego elementów, przewidywać produkcję oraz zużycie energii na podstawie m.in. prognozy pogody oraz przewidywać ceny energii, co pozwoli na zakup energii po niskich cenach – podkreśliła ekspertka.

Widząc konieczność zmian na rynku ciepłowniczym, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w 2020 roku przygotowało dwa bliźniacze przedsięwzięcia finansowane ze środków Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój . Pierwsze z nich to „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE”. Celem projektu – które demonstrator powstaje w Lidzbarku Warmińskim – jest przekształcenie istniejącego systemu pracującego „na węglu” w zeroemisyjny system ciepłowniczy. Najważniejsze założenie to wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr, słońce czy biogaz, przy wykorzystaniu sezonowych magazynów ciepła. – Jest już 300 odwiertów pomp ciepła, jest zbiornik już wykopany pod magazyn energii – w wodzie będziemy mogli zbierać energię. Do tego budujemy całe pole paneli fotowoltaicznych – relacjonował podczas wydarzenia Jacek Wiśniowski, burmistrz tego miasta, swoją wizytę na miejscu budowy.

Drugie przedsięwzięcie NCBR nosi nazwę „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym”, a jego prototyp budowany jest obecnie w Sokołowie Podlaskim. Jest to rozszerzenie pierwszego projektu o dodatkową produkcję energii elektrycznej, tak aby stabilizować lokalny system energetyczny, a przy okazji produkować ciepło tak samo jak w pierwszym projekcie – bez użycia paliw kopalnych.

NCBR w ramach środków z programu FENG – Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki planuje otworzyć kolejne, jeszcze bardziej ambitne konkursy mające na celu transformację ciepłownictwa do OZE, m.in. w odniesieniu do modernizacji dużych ciepłowni miejskich. Dialog techniczny dla tych konkursów zostanie uruchomiony jeszcze w tym roku.

Bezodorowe biogazownie i oczyszczalnie produkujące surowce

Eksperci wielokrotnie podkreślali, że gospodarka o obiegu zamkniętym to wyzwanie, które wymaga refleksji nad całościowym rachunkiem ekonomicznym, środowiskowym i społecznym nad dzisiejszym modelem nieograniczonej konsumpcji i marnotrawstwa. Powszechnie zgadzamy, że należy korzystać z zasobów naturalnych w bardziej zrównoważony sposób, zwiększając efektywność ich wykorzystania oraz odzysk materiałów i surowców zawartych w odpadach.

Wśród technologii, które pozwolą zapewnić neutralność klimatyczną oraz realizować w praktyce zasady gospodarki obiegu zamkniętego, jest „Innowacyjna biogazownia”.

Jak poinformowała dr Ewa Krasuska, doradca strategiczny z NCBR zaangażowany w realizację tego przedsięwzięcia, w Brodach w Wielkopolsce dzięki wysiłkom wykonawców powstała technologia, która zamienia odpady, produkty uboczne z rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego w wysokiej jakości bionawozy do zastosowań w rolnictwie oraz biometan – odnawialne paliwo gazowe wprowadzane do sieci gazowej.

– Technologia bezoodorowości procesu i samowystarczalności energetycznej pozwoli zmienić problem odpadów w wartość dodaną – nawozy i paliwo gazowe. Technologia zapewnia powrót pierwiastków biogennych do gleby, co pozwala zastąpić częściowo produkcję nawozów sztucznych – podkreśliła Ewa Krasuska.

W kontekście gospodarki obiegu zamkniętego przywołała także przedsięwzięcie „Oczyszczalnia przyszłości”, którego demonstrator jest realizowany w Brzegu. Tam następuje zamiana oczyszczalni ścieków w zakład produkcyjny surowców – czystej wody i nawozów organicznych, ze ścieków usuwane są mikrozanieczyszczenia (farmaceutyki, pestycydy, mikroplastik, metale ciężkie), następuje zamknięcie obiegu biogenów w naturze.

To tylko przykłady z dziewięciu realizowanych obecnie przedsięwzięć NCBR, które dzięki wsparciu Funduszy Europejskich pomogą w transformacji polskiej gospodarki w kierunku bardziej zrównoważonego gospodarowania zasobami i energią. Kolejne przedsięwzięcia, które posłużą wyłonieniu kolejnych nowych technologii, są już w przygotowaniu.