Wstęp
Bezpieczeństwo energetyczne kraju, rozpatrywane wieloaspektowo, jest stanem gospodarki umożliwiającym pokrycie zapotrzebowania odbiorców na energię w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, z uwzględnieniem wymagań ochrony środowiska naturalnego. Strategia rozwoju energetyki powinna obejmować łącznie bezpieczeństwo energetyczne i żywnościowe gdyż są ze sobą ściśle połączone. Przetwórstwo mięsne jest jedną z branż przemysłu spożywczego. Zużycie nośników energii w zakładach przetwórstwa mięsnego zależy od wielu czynników spośród, których wymienia się np.: wielkość i strukturę przerobu, stosowaną technologię produkcji, termofizyczne właściwości surowca, stopień zmechanizowania operacji produkcyjnych oraz stopień wykorzystania zdolności przerobowej. Zapotrzebowanie na nośniki energii jest uwzględniane miedzy innymi w pozwoleniu zintegrowanym stanowiącym zbiór wymagań i zasad wpływających na efektywną ochronę środowiska z uwzględnieniem najlepszych dostępnych technik produkcyjnych. Ponadto nowoczesne metody zarządzania energią (benchmarking[1]) w zakładach produkcyjnych wymagają tworzenia baz danych przydatnych w analizie efektywności energetycznej przetwarzania żywności oraz dostarczania reprezentatywnych danych wejściowych.
Rysunek 1. Zakład przemysłu w środowisku
Koszty przetwarzania i konserwacji żywności mają istotny związek z energochłonnością i efektywnością energetyczną produkcji. Woda używana w zakładach tego przemysłu jest traktowana jako surowiec do produkcji oraz nośnik energii. Zakłady mięsne można także rozpatrywać w kontekście oddziaływania na środowisko i jako jeden z elementów biogospodarki [2,11, 25]. Na rys. 1 przedstawiono czynniki stanowiące uwarunkowania pracy zakładów tej branży.
Ocena użytkowania nośników energii
Na rysunku 2 przedstawiono schemat zakładu przetwórstwa mięsnego jako użytkownika nośników energii. Schemat przedstawia przepływy nośników energii w zakładzie produkcyjnym. Do oceny efektywności gospodarki energią lub wodą w zakładach tej branży najczęściej stosuje się wskaźniki jednostkowego zużycia (W) oraz wskaźniki efektywności energetycznej (EE) i wskaźniki efektywności zużycia wody (EW). Efektywność energetyczna wyraża się ilorazem uzyskanego efektu produkcyjnego do poniesionego nakładu (zużycia energii). Poprawa efektywności energetycznej może być związana ze zmniejszeniem zapotrzebowania na nośniki energii podczas przemian, przesyłania i ich finalnego wykorzystania[2]. Może to być skutkiem zmian w technologii, zapewniających niezmienny lub wyższy poziom produkcji. Efektami mogą być: poszanowanie energii, zmniejszenie zużycia zasobów naturalnych, redukcja emisji zanieczyszczeń oraz ograniczanie ilości wytwarzanych odpadów na każdym etapie produkcji i przetwarzania mięsa [13,17]. Z dostępnych źródeł wynika, że energochłonność produkcji jest wyrażana przy pomocy różnych wskaźników a także nie zostały w pełni wyjaśnione przyczyny zmienności zużycia nośników energii w zakładach mięsnych różnej wielkości [22]. Przytaczane w pracy [7,10] wskaźniki jednostkowego zużycia energii wymagają uszczegółowienia.
Analiza energochłonności produkcji lub zużycia wody wymaga m. in. posłużenia się modelem zakładu przetwórstwa mięsnego jako użytkownika nośników energii (rys. 2) oraz zakładowymi wskaźnikami jednostkowego zużycia nośników energii (WZ). Obejmują one wszystkie odbiorniki energii związane z przemianami nośników i ich użytkowaniem w zakładzie traktowanym jako całość. Mniejszy zakres wiedzy na temat energochłonności produkcji zakładu mięsnego wnoszą wskaźniki agregatowy WA, technologiczny WT i produkcyjny WP. Analogiczne uwagi dotyczą również wskaźników EE i EW.
Źródło: opracowanie własne.
Rysunek 2. Zakład przemysłu mięsnego jako użytkownik nośników energii
Na rysunku 3 przedstawiono wykres pasmowy uwzględniający przemiany na poszczególnych przyjętych poziomach odniesienia przedstawionych na rysunku 2 oraz straty energii (Qn) powstające na etapach/poziomach przemian energetycznych (np. Q2, Q3), jak również straty zaistniałe na poziomie wskaźnika zakładowego (np. Q1).
Rysunek 3. Zakresy stosowania wskaźników jednostkowego zużycia nośników energii w zakładach produkcyjnych
Przedstawiony schemat na rysunku 3 wyodrębnia następujące poziomy użytkowania energii:
- a). Zasilanie w nośniki energii. Na tym poziomie dokonuje się pomiarów zużycia nośników energii (Ae, Ac) i wody (Aw) niezbędnych do wyznaczenia zakładowych wskaźników (WZ) jednostkowego zużycia energii (We ,Wc, Ww) oraz odpowiednich efektywności energetycznej stanowiących odwrotność wymienionych wskaźników jako EE, EW.
- b). Przemiany nośników energii i dalsza transformacja parametrów z poziomu A. Poziom obejmuje produkcyjny wskaźnik jednostkowego zużycia energii (WP) i efektywności energetycznej (EEP). Występują tu możliwości gospodarki skojarzonej, np. wykorzystanie biogazu[3] na cele energetyczne.
- c.) Użytkowanie nośników energii. Na tym poziomie są stosowane urządzenia specyficzne produkcyjne. Poziom ten obejmuje energię końcową wprowadzoną do procesów i operacji produkcyjnych bez dalszego przetworzenia jej nośników na inne nośniki energii (np. paliwo zużyte w suszarce, olej napędowy w środku transportu, woda gorąca w wymienniku ciepła, ciepło w parze wodnej, praca mechaniczna, „zimno”, oświetlenie, wytworzenie podciśnienia). W zakładach w których występuje odzyskiwanie energii poziom ten może być znacznie rozbudowany. Z tego względu wykres Sankey’a może uwzględniać wielokrotne wykorzystanie energii. Obejmuje zakres technologicznego wskaźnika jednostkowego zużycia energii (WT). Węższy zakres obejmują wskaźniki agregatowe wyrażające energochłonność WA poszczególnych maszyn i aparatów tworzących linię technologiczną oraz odpowiednio efektywności energetyczne (EET i EEA).
- d.) Energia wykorzystana. Odpowiada użytecznie wykorzystanej energii niezbędnej (energii włożonej A4) do uzyskania produktu finalnego (Z) w zakładzie produkcyjnym. Jest równocześnie teoretycznym poziomem odniesienia dla energii użytecznej (włożonej).
W tabeli 1 zestawiono dane liczbowe dotyczące energochłonności produkcji zakładów mięsnych cytowanych w literaturze. Uwzględniono różne zakresy wskaźników jednostkowego zużycia wymienionych na rysunku 1. Efektywność energetyczna w przetwórstwie mięsnym jest podawana przy użyciu wskaźników, których porównywanie jest utrudnione, gdyż nie odnoszą się do konkretnych warunków występujących w danym zakładzie. Ze względów praktycznych największe znaczenie mają wskaźniki zakładowe WZ. W tabeli 1 nie uwzględniano zakładów przetwórstwa drobiarskiego, którym są poświęcone np. prace [4,8,24].
Tabela 1. Zużycie energii w zakładach przetwórstwa mięsnego
Oznaczenia stosowane w tabeli:
1 - dotyczy uboju trzody chlewnej; 2 - dotyczy uboju bydła; 3 - wołowina, cielęcina i owce; 4 - wieprzowina;
5 - energia dostarczona w parze wodnej; 6 - przeliczenie energii elektrycznej 1kWh = 12MJ doprowadzanej na poziom A 1kWh = 12MJ (uwzględniające sprawność wytwarzania energii elektrycznej); 7 - z uwzględnieniem przeliczenia energii elektrycznej 1kWh = 3,6MJ doprowadzanej na poziom A ; 8 - paliwo umowne (ekwiwalentne; coal equivalent) o wartości opałowej 7000 kcal/kg c.e. ∙ 4,1868 kJ/kcal= 29307,6 kJ/kg c.e.
W tabeli 2 przedstawiono zakładowe wskaźniki zużycia wody w zakładach różniących się wielkością rocznej produkcji. Należy zaznaczyć że w ciągu ostatnich kilkunastu lat dzięki stosowaniu częściowo zamkniętych obiegów wody zmniejsza się jednostkowe zużycie w zakładach mięsnych. W tabeli 3 zawarto wyniki badań z jednego zakładu mięsnego o przerobie 6217- 8031 Mg/miesiąc.
Tabela 2. Zużycie wody w zakładach mięsnych*
*- wskaźniki zdefiniowane w tabeli 9.5.
Tabela 3. Zużycie nośników energii i wody w dużym zakładzie mięsnym*
*- istotę wskaźników wyjaśniono w tabeli 1. Źródło: opracowano na podstawie pracy [6].
Przedstawione w tabelach 1-3 różne zakresy wskaźników energochłonności produkcji w zakładach mięsnych uzyskano na podstawie wieloletnich badań. Wskaźniki te umożliwiają oszacowanie emisyjności i śladu węglowego produktów, przydatnych w doborze innowacji technologicznych, zwłaszcza energooszczędnych rozwiązań możliwych do zastosowania na poziomie C (rysunek 2). Zmniejszanie liczby przemian nośników energii na poszczególnych poziomach A-C, może prowadzić do zmniejszania strat Qn. Równocześnie zakresy zmienności przedstawionych wskaźników wskazują na możliwości zarówno zmniejszania energochłonności (wzrostu efektywności) produkcji, jak i oszacowania emisji[4] oraz emisyjności CO2 mającej związek z produkcją lub ewentualnie wynikającej z marnotrawstwa poszczególnych produktów spożywczych. W tabeli 4 przytoczono wskaźniki przydatne do oceny oddziaływania zakładów mięsnych a środowisko.
Tabela 4. Wybrane czynniki stosowane do oceny wpływu zakładu przemysłu mięsnego na środowisko.
Wg KOBiZE [26] przyjmując wskaźnik emisji dla odbiorców końcowych energii elektrycznej: 698 kg CO2/MWh
Podsumowanie
Uporządkowano wiedzę na temat energochłonności i efektywności energetycznej zakładu przemysłu mięsnego. Przedstawiono wybrane wskaźniki stosowane do oceny oddziaływania zakładów tej branży na środowisko. Zmniejszenie energochłonności produkcji i zużycia wody oraz emisyjności staje się coraz ważniejsze dla przedsiębiorstw oraz dla gospodarki[5]. Strategie efektywnych rozwiązań wymagają podejścia do redukcji emisji z punktu widzenia całego zakładu, gdzie wytwarzanie i wykorzystanie źródeł emisji powinno być poprawnie zbilansowane. Zróżnicowana energochłonność produkcji w obrębie tej samej branży świadczy też o potencjalnych możliwościach oszczędzania energii.
prof. dr hab. inż. Janusz Wojdalski1, prof. dr hab. inż. Roman Niżnikowski1,2,
dr hab. inż. Bogdan Dróżdż3
1Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
2 SGGW w Warszawie, Instytut Nauk o Zwierzętach, Katedra Hodowli Zwierząt
3 SGGW w Warszawie, Instytut Inżynierii Mechanicznej, Katedra Inżynierii Produkcji
Literatura
- Czyżyk F., Strzelczyk M., Steinhoff-Wrześniewska A., Godzwon J., Rajmund A., Kołdras J., Kaca E. (2010). Wytyczne w zakresie wykorzystania produktów ubocznych oraz postępowania zalecanego postępowania w rolnictwie i przemyśle rolno-spożywczym. Falenty-Warszawa: MRiRW, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, 93-94.
- Djekic I., Tomasevic I. (2016). Environmental impacts of the meat chain–Current status and future perspectives. Trends in Food Science & Technology, 54, 94-102.
- Dolata W., (1992). Wpływ niektórych parametrów technicznych kutra na kształtowanie jakości farszów i wędlin oraz energochłonności procesu kutrowania. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, Zeszyt 225, 65-85;
- Dróżdż B. (2010). Zużycie energii i wody w zakładach przetwórstwa drobiarskiego. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego. Warszawa 1, 41-46;
- European Commission, (2006). Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on Best Available Techniques in the Food, Drink and Milk Industries, 149-151, 155;
- Greczuk E. (2017). Badanie efektywności produkcji zakładu przemysłu mięsnego. Praca inżynierska. SGGW, Warszawa;
- IFC – World Bank Group, (2007). Environmental, Health, and Safety Guidelines for Meat Processing, April 30, 7-24;
- Jekayinfa S.O. (2007). Energetic Analysis of Poultry Processing Operations. Leonardo Journal of Sciences, 10, 77-92;
- Kmita P. (2018). Gospodarka wodna i oddziaływanie na środowisko zakładu przemysłu mięsnego. Praca inżynierska. SGGW, Warszawa;
- Komisja Europejska. Zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich ograniczanie. Dokument referencyjny na temat najlepszych dostępnych technik w przemyśle spożywczym; https://ippc.mos.gov.pl/ippc/custom/BREF_spozy_2.pdf
- Konieczny P., Uchman W. (1998). Zakłady mięsne a środowisko naturalne , Wydawnictwo AR im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu, 7-52;
- Kowalczyk R., Netter J. (2008). Nowe spojrzenie na zużycie czynników energetycznych w zakładzie przemysłu spożywczego. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego , 1, 45-47;
- Kowalski, Z., Krupa-Żuczek, K. (2007). A model of the meat waste management. Polish Journal of Chemical Technology, 9(4), 91-97.
- Neryng A., Wojdalski J., Budny J., Krasowski E. (1990). Energia i woda w przemyśle rolno-spożywczym. WNT, Warszawa, 99-103, 184-189;
- Ramirez C.A., Patel M., K. Blok K. (2006). How much energy to process one pound of meat? A comparison of energy use and specific energy consumption in the meat industry of four European countries. Energy, 31, 2047–2063;
- Skonecki S., Laskowski J., Szymczak W. (2001). Analiza zużycia energii w zakładzie mięsnym. MOTROL, Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa. Tom IV. Lublin, 326 -332;
- Simpson A., Kubicki M., 1998. Ochrona środowiska w przemyśle mięsnym. FAPA. Warszawa, 42-45;
- Steinhoff-Wrześniewska A., Rajmund A., Godzwon J. (2013). Zużycie wody w wybranych branżach przemysłu spożywczego. Inżynieria Ekologiczna 32: 164-171.
- Tkacz K. (2002). Energy consumption in cuttering of meat raw products. Technica Agraria, 1(2), 73-79;
- WS Atkins Int. (1998). Ochrona środowiska w przemyśle rolno-spożywczym. Standardy środowiskowe. FAPA, Warszawa, 31, 78, 87, 106-107.
- Wojdalski J., Dróżdż B. (red.). 2021. Przetwórstwo rolno-spożywcze i biogospodarka. Wybrane zagadnienia inżynieryjno-produkcyjne, biotechniczne, energetyczne i środowiskowe. SGGW, Warszawa, 245-286.
- Wojdalski J., Dróżdż B., Grochowicz J., Magryś A., Ekielski A. (2013). Assessment of energy consumption in a meat-processing plant - a case study. Food and Bioprocess Technology, 6.10, 2621-2629.
- Wojdalski J., Dróżdż B., Lipiński P. (2010). Efektywność zużycia energii w małym zakładzie przetwórstwa mięsnego. Współczesne zagadnienia rozwoju sektora energetycznego i rolniczego. SGGW, 110-121;
- Wojdalski J., Dróżdż B., Powęzka A. (2009). Effectiveness of energy and water consumption in a poultry processing plant. TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. Polish Academy of Sciences Branch in Lublin. Lublin, 2009, vol. IX, 395-402;
- Wojdalski J., Niżnikowski R. (2019). Biogospodarka, pasze, biogaz‒wybrane zagadnienia w kontekście zrównoważonego rozwoju. Przegląd Hodowlany, 87(2), 15-24.
- pdf (kobize.pl)
- Uboczne produkty pochodzenia zwierzęcego | Główny Inspektorat Weterynarii (wetgiw.gov.pl)
- gdansk.wiw.gov.pl/uboczne-produkty
[1] Benchmarking - oznacza badania porównawcze lub analizę porównawczą . Jest to praktyka stosowana w zarządzaniu, której istotą jest porównywanie procesów i praktyk stosowanych przez badany zakład/ przedsiębiorstwo, ze stosowanymi w obiektach uznawanych za lepsze lub najlepsze w analizowanej dziedzinie/gałęzi/branży.
[2] Dnia 25.11.2022r. ruszył nabór wniosków o dofinansowanie w ramach programu priorytetowego „Przemysł energochłonny – poprawa efektywności energetycznej”. Program dedykowany jest przedsiębiorcom w rozumieniu ustawy z dnia 6 marca 2018 r. Prawo przedsiębiorców (Dz. U. z 2021 r. poz. 162, z późn zm.) posiadającym tytuł prawny do instalacji objętej systemem handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych w rozumieniu ustawy z dnia 12 czerwca 2015r. o systemie handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych (Dz. U. z 2022 r. poz. 1092, z późn. zm.), wynikającym z prawa własności, prawa użytkowania wieczystego lub trwałego zarządu, który nie został postawiony w stan likwidacji lub wobec którego nie jest prowadzone postępowanie upadłościowe. Wnioski o dofinansowanie w formie pożyczki będzie można składać w trybie ciągłym do 30.04.2023r. lub do wyczerpania alokacji środków [Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej - Portal Gov.pl (www.gov.pl)].
[3] jako produktu fermentacji metanowej ubocznych produktów pochodzenia zwierzęcego (kategoria 2 i 3) [27,28] Przykładem może być instalacja w Zakładzie Food Service Sp. z o.o. w Rawie Mazowieckiej.
[4] emisję zanieczyszczeń można powiązać z jednostką produkcji; otrzymuje się wskaźnik emisyjności stanowiący iloraz: (wielkość emisji danego rodzaju zanieczyszczeń)/(wielkość produkcji). Ilość zanieczyszczeń danego rodzaju może być przeliczana również na jednostkę zużytych nośników energii stanowiąc iloraz: (wielkość emisji danego rodzaju zanieczyszczeń)/(ilość zużytych nośników energii).
[5] Dodatkowe informacje na temat finansowania przedsięwzięć o znaczeniu proekologicznym i bieżących analiz można odnaleźć na stronach: https://www.gov.pl/web/nfosigw/informacja-o-naborach-wnioskow-w-roku--2021 oraz https://www.gov.pl/web/nfosigw/publikacje