Ciepło odpadowe to energia, która uległaby rozproszeniu w środowisku, gdyby nie została wykorzystana w inny sposób, np. w ciepłownictwie. Jest to ciepło generowane jako produkt uboczny w instalacjach przemysłowych lub w sektorze usługowym. Może stanowić nawet do 70 proc. całkowitej energii przetwarzanej w danym procesie. Odzysk i ponowne wykorzystanie ciepła odpadowego to klasyczny przykład gospodarki o obiegu zamkniętym w energetyce.

Źródła ciepła odpadowego

Ciepło odpadowe jest generowane w wielu sektorach gospodarki – głównie w przemyśle, ale również w sektorze usługowym, komunalnym i infrastrukturalnym.

Wykorzystanie ciepła odpadowego do produkcji ciepła systemowego jest traktowane na równi z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii.

Ciepło odpadowe z procesów przemysłowych. Występuje m.in. w przemyśle metalurgicznym, cementowym, chemicznym, spożywczym, szklarskim, papierniczym, włókienniczym czy wydobywczym. Jest odprowadzane często w formie spalin, pary, gorącej wody procesowej lub rozgrzanych powierzchni urządzeń.

Ciepło odpadowe z obiektów komunalnych i infrastruktury. Pochodzi z oczyszczalni ścieków, instalacji termicznego przekształcania odpadów, sieci kanalizacyjnych, centrów danych, metra, szpitali, pralni przemysłowych oraz budynków użyteczności publicznej (np. kanały wentylacyjne). Często występuje tu w formie niskotemperaturowych strumieni wodnych lub powietrznych.

Ciepło odpadowe z urządzeń energetycznych. Generowane przez silniki spalinowe, turbiny gazowe, kotły przemysłowe czy skraplacze.

W systemach ciepłowniczych najczęściej są wykorzystywane niskotemperaturowe źródła ciepła odpadowego – poniżej 100°C, np. woda procesowa czy ścieki. 

Ciepło odpadowe a efektywność systemu energetycznego

W kontekście regulacji Unii Europejskiej, ciepło odpadowe odgrywa kluczową rolę w dążeniu do efektywności energetycznej i neutralności klimatycznej. Wymagania dotyczące efektywnych systemów ciepłowniczych określa Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/1791 (tzw. EED, ang. Energy Efficiency Directive). 

Do 31 grudnia 2027 roku – efektywny energetycznie system wykorzystuje co najmniej 50 proc. energii odnawialnej lub 50 proc. ciepła odpadowego, lub 75 proc. ciepła pochodzącego z kogeneracji lub w co najmniej 50 proc. połączenie źródeł energii i ciepła, o których mowa wyżej.

Od 1 stycznia 2028 roku – efektywny energetycznie system wykorzystuje: co najmniej 50 proc. energii odnawialnej lub 50 proc. ciepła odpadowego, lub 50 proc. energii odnawialnej i ciepła odpadowego, lub 80 proc. energii pochodzącej z wysokosprawnej kogeneracji, lub kombinację energii cieplnej trafiającej do sieci, w której udział energii odnawialnej wynosi co najmniej 5 proc. a całkowity udział energii odnawialnej, ciepła odpadowego lub energii pochodzącej z wysokosprawnej kogeneracji wynosi co najmniej 50 proc.

Od 1 stycznia 2035 roku – za efektywny energetycznie uznaje się system, który wykorzystuje co najmniej 50 proc. energii odnawialnej lub 50 proc. ciepła odpadowego, lub 50 proc. energii odnawialnej i ciepła odpadowego albo system, w którym całkowity udział energii odnawialnej, ciepła odpadowego lub energii pochodzącej z wysokosprawnej kogeneracji wynosi co najmniej 80 proc., a dodatkowo całkowity udział energii odnawialnej lub ciepła odpadowego wynosi co najmniej 35 proc.

Od 1 stycznia 2040 roku – efektywny energetycznie system wykorzystuje co najmniej 75 proc. energii odnawialnej lub 75 proc. ciepła odpadowego, lub 75 proc. energii odnawialnej i ciepła odpadowego albo co najmniej 95 proc. energii odnawialnej, ciepła odpadowego i energii pochodzącej z wysokosprawnej kogeneracji, przy czym całkowity udział energii odnawialnej lub ciepła odpadowego wynosi co najmniej 35 proc.

Od 1 stycznia 2045 roku – efektywny energetycznie system wykorzystuje co najmniej 75 proc. energii odnawialnej lub 75 proc. ciepła odpadowego, lub 75 proc. energii odnawialnej i ciepła odpadowego. 

Od 1 stycznia 2050 roku – efektywny energetycznie system wykorzystuje wyłącznie: energię odnawialną lub ciepło odpadowe lub połączenie energii odnawialnej i ciepła odpadowego.

Istotną kwestią jest fakt, iż wykorzystanie ciepła odpadowego do produkcji ciepła systemowego jest traktowane na równi z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii.

Taksonomia Unii Europejskiej, czyli system klasyfikacji zrównoważonej działalności gospodarczej, promuje inwestycje w odzysk ciepła odpadowego –  działania związane z efektywnym wykorzystaniem ciepła odpadowego są uznawane za wspierające cele środowiskowe i zgodne z celem neutralności klimatycznej. Chociaż samo ciepło odpadowe nie jest z definicji OZE (bo jego pierwotne źródło może być kopalne), odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie ciepła jest uznawane za działanie prośrodowiskowe, redukujące emisje i zwiększające efektywność energetyczną.

Polska: Pionierskie kroki i potencjał do wykorzystania

Polskie ciepłownictwo, wciąż w dużej mierze oparte na węglu, pilnie potrzebuje dywersyfikacji źródeł. Ciepło odpadowe to nisza o ogromnym potencjale, który zaczyna być dostrzegany i wykorzystywany w projektach realizowanych w całym kraju.

– Źródłem niskotemperaturowego ciepła są np. serwerownie i stacje sprężarek, wysokotemperaturowego – przemysł, głównie hutnictwo, odlewnie, przemysł ceramiczny czy szklarski, także piekarniczy. Praktycznie w otoczeniu każdej sieci ciepłowniczej znajdziemy jakieś ciepło odpadowe. Jeśli gdziekolwiek na świecie na masową skalę stosuje się takie rozwiązania, to znaczy, że również w Polsce jest to możliwe i powinniśmy je rozważnie brać pod uwagę. I wdrażać – podkreśla Bogusław Regulski, wiceprezes Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie.

Ciepło odpadowe z przemysłu i górnictwa

Poznań: Volkswagen i Veolia Energia Poznań. Veolia Energia Poznań pozyskuje ciepło odpadowe z procesów produkcyjnych (piece hutnicze oraz sprężarki) z zakładów Odlewnia Volkswagen Poznań. Moduł odzysku ciepła w OVW ma moc około 4 MW. Ekologiczne ciepło dociera do mieszkańców Poznania w obrębie Wildy i Dębca, w tym m.in. do szpitala HCP. 

Miasteczko Śląskie: Veolia Południe i Huta Cynku Miasteczko Śląskie. Veolia Południe podłączyła 148 budynków do sieci ciepłowniczej zasilanej ze źródła ciepła wykorzystującego paliwo odpadowe w postaci gazu poprocesowego z huty.

Inowrocław: Qemetica Soda Polska i Zakład Energetyki Cieplnej (ZEC). W Inowrocławiu powstaje ambitny projekt, który ma zmniejszyć uzależnienie miasta od węgla. Qemetica Soda Polska zamierza przekazywać ciepło odpadowe z procesu produkcji sody kalcynowanej do miejskiej sieci ciepłowniczej zarządzanej przez ZEC Inowrocław. Źródłem ciepła są m.in. płyny podestylacyjne o temperaturze około 100°C. Według szacunków ciepło z Qemetiki mogłoby stanowić co najmniej 30 proc. energii cieplnej dostarczanej przez ZEC, istotnie wpływając na dywersyfikację źródeł ciepła.  

KWK Mysłowice-Wesoła (Dalkia Polska Energia i Polska Grupa Górnicza). Dalkia Polska Energia buduje instalację, która za pomocą pomp ciepła odzyska energię z wód dołowych wypompowywanych z nieczynnej części kopalni. Wody te mają stabilną temperaturę około 25–30°C. Odzyskane ciepło zasili lokalną sieć ciepłowniczą Mysłowic, dostarczając energię do blisko 10 tys. mieszkańców.

Zakład Ciepłowniczy „Brzeszcze” (Węglokoks Energia NSE sp. z o.o.). W Brzeszczach już w 2018 roku uruchomiono instalację odzyskującą ciepło odpadowe z procesu chłodzenia sprężarek powietrza, pracujących na potrzeby technologiczne Zakładu Górniczego Brzeszcze (obecnie Południowy Koncern Węglowy). Zastosowano tu kaskadę 18 pomp ciepła NIBE o łącznej mocy grzewczej 1457 kW. Pozyskane ciepło zasila lokalny system ciepłowniczy w Brzeszczach, redukując koszty i emisje. Pompy ciepła zasilane są energią elektryczną wytwarzaną w jednostce kogeneracji – silniku gazowym.

Libiąż, Kopalnia Janina (Południowy Koncern Węglowy i Veolia Południe). W lutym br. podpisano list intencyjny w celu opracowania technologii odbioru ciepła z podziemnych zasobów Zakładu Górniczego Janina. Ciepło z górotworu, wód pochodzących z systemu odwadniania kopalń, powietrza z wentylacji podziemnego systemu szybów i chodników, a także ścieków z instalacji technologicznych kopalni ma być podnoszone za pomocą pomp ciepła dużych mocy i zasilać lokalną sieć ciepłowniczą Veolii Południe. Obecnie ciepłownia w Libiążu ma 8 MWt mocy zainstalowanej i dostarcza ciepło do ponad 5 tys. mieszkańców (2020 mieszkań).

Ciepło z oczyszczalni ścieków

Szlachęcin: Veolia Energia Poznań i Aquanet. Veolia Energia Poznań w 2020 roku uruchomiła instalację kogeneracyjną połączoną z pompami ciepła, odzyskującą ciepło ze ścieków w wielkopolskim Szlachęcinie. Moc elektryczna instalacji wynosi około 1 MW, z czego 700 kW jest wykorzystane do zasilenia pomp ciepła. Nadwyżka 300 kW jest przekazywana do sieci energetycznej. Moc cieplna systemu – kogeneracji i pomp ciepła razem – wynosi około 2,9 MW. Ciepło wygenerowane w Szlachęcinie ogrzewa około 5000 mieszkańców Murowanej Gośliny.

Warszawa: Veolia Energia Warszawa S.A. i Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji (MPWiK). W listopadzie ub.r. Veolia Energia Warszawa podpisała z MPWiK umowę na pilotażowy projekt odzysku ciepła ze ścieków nieoczyszczonych. W Stacji Pomp Kanałowych „Nowodwory” ścieki staną się nośnikiem energii dla miejskiego systemu ciepłowniczego.

Gliwice: PEC-Gliwice i Centralna Oczyszczalnia Ścieków (PWiK Gliwice). PEC-Gliwice planuje zabudowę wielkoskalowej pompy ciepła o mocy 12 MWt na terenie Centralnej Oczyszczalni Ścieków PWiK. Projekt ma wykorzystywać ciepło odpadowe ze ścieków komunalnych. Oczyszczone ścieki, zanim opuszczą obiekt, będą oddawać ciepło do miejskiej sieci ciepłowniczej, zasilając nawet kilka tysięcy gliwickich mieszkań. Budowa ma się rozpocząć w tym roku, a zakończenie prac zaplanowano na październik 2027 roku.

Chrzanów: Wodociągi Chrzanowskie i Veolia Południe. Naukowcy badają możliwość wykorzystania osadów ściekowych jako paliwa alternatywnego w instalacjach produkujących ciepło. Projekt dąży do stworzenia efektywnej i czystej instalacji, która może stać się kolejną inicjatywą dekarbonizacyjną Veolii Południe, obok kotłowni gazowych, biomasowych oraz wysokosprawnej kogeneracji.

Ciepło z metra, centrum danych i budynków

Warszawa. W styczniu br. ogłoszono, że Veolia Energia Warszawa, we współpracy z Metrem Warszawskim, realizuje innowacyjny projekt pilotażowy odzysku ciepła z tuneli metra. Ciepło generowane przez tarcie kół, silniki pociągów i systemy wentylacyjne (nagrzewające tunele i stacje do wysokich temperatur, lokalnie nawet ponad 30°C w lecie) będzie odzyskiwane za pomocą pomp ciepła i kierowane do miejskiej sieci ciepła systemowego. Pilotażowy etap projektu jest przygotowywany na stacji Bemowo. Veolia Energia Warszawa wdraża w stolicy także kolejne rozwiązanie – „Węzeł hybrydowy – prosument ciepła” – polegające na odzyskaniu ciepła emitowanego przez budynki w mieście i również przez pompy ciepła, zasilającego sieć ciepłowniczą. 

Poznań. Veolia Energia Poznań i Beyond.pl współpracują przy innowacyjnym projekcie odzysku ciepła generowanego przez serwery pracujące w centrach danych. Kluczowym elementem jest połączenie najnowszej generacji serwerów wysokiej gęstości z pompami ciepła. Niskoemisyjne źródło o mocy około 30 MW może zasilić miejską sieć ciepłowniczą w południowo-wschodniej części miasta, ograniczając emisję dwutlenku węgla o około 52,5 tys. ton rocznie. To pierwsza o takiej skali inicjatywa odzysku ciepła w Polsce pomiędzy data center i spółką ciepłowniczą.

Światowi liderzy w wykorzystaniu ciepła odpadowego

Na świecie odzysk ciepła odpadowego jest integralną częścią efektywnych systemów ciepłowniczych, często stanowiąc istotny procent miksu energetycznego.

Liderami wykorzystania ciepła odpadowego są kraje skandynawskie. W Sztokholmie ciepło odpadowe z przemysłu (np. papierniczego, chemicznego, a także z dużych spalarni odpadów, które są traktowane jako źródła przemysłowe) stanowi znaczny udział w miksie energetycznym sieci ciepłowniczej, sięgający 10 proc. i więcej. W Finlandii udział ciepła odpadowego w sieciach ciepłowniczych wynosi około 6 proc. całkowitej produkcji.

Oczyszczalnia Ścieków Henriksdal dostarcza znaczną część ciepła dla Sztokholmu, wykorzystując zarówno biogaz, jak i niskotemperaturowe ciepło z oczyszczonych ścieków za pomocą ogromnych pomp ciepła. Systemy ciepłownicze w Oslo rutynowo integrują ciepło z oczyszczalni ścieków, wykorzystując pompy ciepła do efektywnego podniesienia temperatury tego stabilnego źródła energii.

Miejska sieć ciepłownicza w Sztokholmie współpracuje z takimi gigantami technologicznymi, jak np. Microsoft, odzyskując ciepło z ich centrów danych. Szacuje się, że ciepło z serwerowni może w przyszłości pokryć zapotrzebowanie na ogrzewanie dziesiątek tysięcy mieszkań w stolicy Szwecji. W duńskim Odense ciepło z serwerów Facebooka ma docelowo ogrzać prawie 7 tys. domów. W fińskim Espoo ciepło odpadowe, m.in. z serwerowni, trafia do sieci i zaspokaja prawie 20 proc. potrzeb grzewczych miasta, a w miejscowości Mäntsälä serwerownia pełni funkcję dolnego źródła ciepła dla systemu ciepłowniczego opartego na pompach ciepła, który finalnie ma dostarczać ciepło do 4 tys. budynków.

W Niemczech, w Zagłębiu Ruhry, sieć ciepłownicza UWG zasilana ciepłem odpadowym z zakładów przetwórczych rafinerii BP Gelsenkirchen docelowo ogrzeje około 30 tys. gospodarstw domowych.

W Austrii wdrożono dotychczas łącznie 45 projektów o łącznej mocy 600 MW, dostarczających 1,75 TWh/rok ciepła odpadowego do sieci. Przykładowo, zakłady celulozowo-papiernicze (jak Mondi czy Zellstoff Pöls AG) aktywnie odzyskują ciepło z procesów i sprzedają je do lokalnych sieci ciepłowniczych.

Rotterdam, jeden z największych portów i ośrodków przemysłu petrochemicznego nie tylko w Holandii, ale w całej Europie, rozwija ambitne projekty połączenia rafinerii (np. Shell Pernis, ExxonMobil) i zakładów chemicznych z miejską siecią ciepłowniczą, aby dostarczać ciepło odpadowe do domów i szklarni.

Od 2016 roku ciepło odpadowe ze spalin z elektrycznego pieca łukowego w zakładzie Ori Martin Steel we włoskiej Brescii jest wykorzystywane do produkcji pary, która zasila lokalną ciepłownię, ogrzewając 2 tys. domów.

W Lublanie firma farmaceutyczna Lek (należąca do koncernu Novartis) od marca 2020 roku dostarcza lokalnym zakładom energetycznym ciepło odpadowe z produkcji.

Bunhill Heat and Power to pionierski projekt, który odzyskuje ciepło z tuneli Northern Line londyńskiego metra. Za pomocą pomp ciepła ciepło o temperaturze 20–28°C jest podnoszone i wykorzystywane do ogrzewania około tysiąca domów i lokalnych budynków użyteczności publicznej w dzielnicy Islington. Również w Paryżu są badane możliwości odzysku ciepła z sieci metra oraz z supermarketów i biurowców.

Frankfurt, jeden z największych centrów danych (tzw. hubów) w Europie, wdraża projekty odzysku ciepła z serwerowni. W Seattle ciepło odpadowe z 34 lokalnych serwerów Amazona jest z powodzeniem wykorzystywane do ogrzewania głównej siedziby firmy. Także w Japonii są prowadzone liczne badania i pilotażowe projekty odzysku ciepła z centrów danych.

Przyszłość należy do ciepła odpadowego

Wykorzystanie ciepła odpadowego to nie tylko kwestia redukcji emisji i walki ze zmianami klimatu, ale także zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego, obniżenia kosztów ogrzewania i poprawy jakości powietrza. Polska, choć ma w tej dziedzinie wiele do nadrobienia, ma realną szansę stać się ważnym graczem dzięki ambitnym projektom. Kluczem do sukcesu będzie ścisła współpraca między przemysłem, samorządami i operatorami ciepłowniczymi, wspierana stabilnym i przejrzystym otoczeniem regulacyjnym. Niewidzialne ciepło czeka, by zasilić nasze miasta i przyczynić się do budowy zrównoważonej przyszłości.