Wprowadzenie

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. Przetwórstwo rybne jest jedną z branż przemysłu spożywczego. Nowoczesne metody zarządzania energią w zakładach produkcyjnych wymagają dostarczania reprezentatywnych danych wejściowych do tworzenia baz danych przydatnych w analizie efektywności energetycznej przetwarzania żywności. Koszty przetwarzania i konserwacji żywności mają istotny związek z energochłonnością i efektywnością energetyczną produkcji. Woda używana w zakładach tej branży jest traktowana jako  nośnik energii. Zakłady rybne można także rozpatrywać w kontekście oddziaływania na środowisko [25,26] i jako jeden z elementów biogospodarki [28]. Wymieniona problematyka w literaturze światowej obejmuje grupę zagadnień związanych z użytkowaniem nośników energii, wody, wpływem operacji produkcyjnych na środowisko oraz zmniejszaniem emisji odpadów. Do oceny podjętych działań stosuje się wskaźniki wyrażające różne ekologiczne aspekty przetwórstwa rybnego. Wzrost efektywności produkcji osiąga się m. in. dzięki zmniejszaniu zużycia zasobów naturalnych (głównie paliw), emisji substancji zanieczyszczających środowisko oraz ilości wytwarzanych odpadów [12,15,30,31]. Dodatkowo można posługiwać się wskaźnikami ekoefektywności stanowiącymi połączenie wskaźników ekonomicznych i środowiskowych.. W rysunku 1 przedstawiono czynniki uwzględniane w literaturze poświęconej ekologicznym aspektom przetwórstwa rybnego i funkcjonowania zakładów tej branży [6,8,16,23,25,33].

Rysunek 1. Zakład przemysłu rybnego w środowisku

Celem niniejszego opracowania jest synteza i wybranych danych zawartych w cytowanych  źródłach literaturowych, dotyczących szeroko traktowanej energochłonności i efektywności produkcji oraz oddziaływania zakładów przetwórstwa rybnego na środowisko z uwzględnieniem wyników zawartych w pracach autorów. Zamierzeniem autorów jest przedstawienie wartości liczbowych, które mogą posłużyć zakładom rybnym do porównań lub weryfikacji danych uzyskiwanych w praktyce produkcyjnej [19,21]. Ponadto wśród celów pracy jest przedstawienie pozycji literatury mogących mieć znaczenie w tworzeniu baz danych służących do optymalizacji pracy zakładu przemysłu rybnego z punktu widzenia minimalizacji zużycia nośników energii oraz emisji odpadów [2,14].

Ocena  użytkowania nośników  energii i aspekty środowiskowe

Do oceny efektywności  gospodarki energią w zakładach tej branży najczęściej stosuje się wskaźniki jednostkowego zużycia nośników energii (W), wskaźniki efektywności energetycznej (EE) i wskaźniki efektywności zużycia wody (EW). Efektywność energetyczna wyraża się ilorazem uzyskanego efektu  produkcyjnego do poniesionego nakładu (zużycia energii) [28]. Analiza energochłonności produkcji lub zużycia wody wymaga m. in. posłużenia się modelem zakładu produkcyjnego  jako użytkownika nośników energii [1] oraz wskaźnikami jednostkowego zużycia nośników energii (W_Z). Obejmują one wszystkie odbiorniki energii związane z przemianami nośników i ich użytkowaniem w zakładzie traktowanym jako całość. Mniejszy zakres wiedzy na temat energochłonności produkcji wnoszą wskaźniki  agregatowy W_A, technologiczny W_T i produkcyjny W_P. Analogiczne  uwagi dotyczą  również wskaźników EE i EW. Na rysunku 2 przedstawiono wykres pasmowy^[1] uwzględniający przemiany na poszczególnych przyjętych poziomach odniesienia oraz straty energii (Q_n) powstające na etapach/poziomach przemian energetycznych (np. Q₂, Q₃), jak również straty  zaistniałe na poziomie wskaźnika zakładowego (np. Q₁) [4].

Rysunek 2. Zakresy stosowania wskaźników jednostkowego zużycia nośników energii w zakładach produkcyjnych (objaśnienia w tekście)

Przedstawiony schemat  na rysunku 2 wyodrębnia następujące poziomy użytkowania energii:

1.    a). Zasilanie w nośniki energii. Na tym poziomie dokonuje się pomiarów zużycia nośników energii (A_e, A_c) niezbędnych do wyznaczenia zakładowych wskaźników jednostkowego zużycia energii (W_e, W_c) lub wody (W_w) oraz efektywności energetycznej (stanowiących odwrotność wymienionych wskaźników jako EE_e, EE_c, EE_w).
2.     b). Przemiany nośników energii i transformacja parametrów z poziomu A Poziom obejmuje produkcyjne wskaźniki jednostkowego zużycia energii (W_P) i efektywności energetycznej (EE_P). Występują tu możliwości gospodarki skojarzonej, np. wykorzystanie biogazu na cele energetyczne.
3.     c). Użytkowanie nośników energii. Na tym poziomie są stosowane urządzenia produkcyjne [5,10,18,20,24,27]. Poziom ten obejmuje energię końcową wprowadzoną do procesów i operacji produkcyjnych bez dalszego przetworzenia jej nośników na inne nośniki energii. Odpowiada zakresowi technologicznego wskaźnika jednostkowego zużycia energii (W_T). Węższy zakres obejmują wskaźniki agregatowe wyrażające energochłonność W_A poszczególnych maszyn i aparatów tworzących linię technologiczną oraz odpowiednio efektywności energetycznej^[2] (EE_T i EE_A).
4.      d). Energia wykorzystana. Odpowiada użytecznie wykorzystanej energii niezbędnej (energii włożonej A₄) do uzyskania produktu finalnego (Z).

W tabelach 1-3 zawarto wybrane wskaźniki jednostkowego zużycia energii z uwzględnieniem  zakresu oceny energochłonności. Uwzględniono różne zakresy wskaźników jednostkowego zużycia wymienionych na rysunku 2. Ze względów praktycznych największe znaczenie  mają wskaźniki  zakładowe W_Z.

Tabela 1.Wskaźniki jednostkowego zużycia energii elektrycznej w zakładach przemysłu rybnego

*- Zakładowy wskaźnik efektywności  (EE_Z) zużycia energii elektrycznej EE _e= 5,26 - 6,66 kg/kWh

**- W publikacji [13] przedstawiono wyniki  obliczeń energii właściwej rozmrażania bloków farszu rybnego, ogrzewanych pod natryskiem wodnym, na podstawie pomiaru profilu temperaturowego w funkcji czasu. Wyznaczono średnią wartość współczynnika przenikania ciepła k = 38,23±0,8 W/(m² ∙K), przy energii właściwej rozmrażania 242,1 kJ/kg .   

Tabela 2. Technologiczne wskaźniki jednostkowego (W_T) zużycia energii cieplnej (W_c) w zakładach przemysłu rybnego

W tabeli 3 zawarto wybrane wskaźniki mogące mieć zastosowanie w ocenie ekologicznych aspektów obejmujących cały zakład produkcyjny. Przytoczone wartości liczbowe obejmują zakres wskaźnika zakładowego. BZT₅ jest  oznaczeniem^[3] niezbędnym do określania ładunku zanieczyszczeń w ściekach [7,17].

Tabela 3. Zestawienie wybranych wskaźników zakładowych (W_Z) i czynników wyrażających ekologiczne aspekty pracy zakładów rybnych.

*- Flota ciężarówek miała wskaźnik zużycia paliwa na poziomie 29 910,6 BTU/milę (19 630,6 kJ/km) i była największym odbiorcą energii (60% łącznego zużycia energii przez przedsiębiorstwo)

**- Efektywność zużycia wody EE_w = 66,6 kg/m³

Wg KOBiZE [29] dla odbiorców końcowych energii elektrycznej można przyjmować wskaźnik emisji: 698 kg CO₂/MWh. 

Podsumowanie

Przedstawione wskaźniki i czynniki wyrażające ekologiczne aspekty produkcji przetwórstwa rybnego stosowane do oceny ekologicznych aspektów przetwórstwa rybnego, mogą mieć znaczenie w praktyce inżynierskiej i bieżącej eksploatacji zakładów tej branży. Są one związane z wdrażaniem zasad czystszej produkcji [4,14,19,21]. Praca tylko częściowo systematyzuje wyniki obszernych badań związanych z oddziaływaniem zakładów branży rybnej na środowisko oraz audytami ekologicznymi. Lista wskaźników i kryteriów oceny zawarta w pracy może być rozszerzona o inne czynniki przydatne zwłaszcza w ekonomicznej i środowiskowej analizie zakładu przetwórstwa rybnego [6,8,35].

prof. dr hab. inż. Janusz Wojdalski¹, prof. dr hab. inż Roman Niżnikowski^1,2, dr hab. inż. Bogdan Dróżdż³

¹Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej;

²SGGW w Warszawie, Instytut Nauk o Zwierzętach, Katedra Hodowli Zwierząt;

³SGGW w Warszawie, Instytut Inżynierii Mechanicznej, Katedra Inżynierii Produkcji;

Literatura

1. 1. Alzahrani A., Petri I., Rezgui Y. (2020). Analysis and simulation of smart energy clusters and energy value chain for fish processing industries. Energy Reports, 6, 534-540.
2. 2. Amulya P. R., Murali S., Alfiya P. V., Aniesrani Delfiya D. S., Samuel M. P. (2018). Energy optimization in seafood processing industries. https://krishi.icar.gov.in/, 49-52.
3. 3. Arvanitoyannis I. S., Kassaveti A. (2008). Fish industry waste: treatments, environmental impacts, current and potential uses. International Journal of Food Science & Technology, 43(4), 726-745.
4. 4. Basurko O. C., Gabiña G., Uriondo Z. (2013). Energy performance of fishing vessels and potential savings. Journal of Cleaner Production, 54, 30-40.
5. 5. Boziaris I. S. (Ed.). (2014). Seafood processing: Technology, quality and safety. John Wiley & Sons.
6. 6. Cheilari A., Guillen J., Damalas D., Barbas T. (2013). Effects of the fuel price crisis on the energy efficiency and the economic performance of the European Union fishing fleets. Marine Policy, 40, 18-24.
7. 7. Colic M., Morse W., Hicks J., Lechter A., Miller J. D. (2007, October). Case study: fish processing plant wastewater treatment. In Industrial Wastes (IW) Conference 2007(pp. 1-27). Water Environment Federation. https://www.accesswater.org/.
8. 8. Enriquez L. G., Flick G. J., Mashburn W. H. (1986). An energy use analysis of a fresh and frozen fish processing company. Journal of Food Process Engineering, 8(4), 213-230.
9. 9. Ghaly A. E., Ramakrishnan V. V., Brooks, M. S., Budge, S. M., Dave D. (2013). Fish processing wastes as a potential source of proteins. Amino acids and oils: A critical review. J. Microb. Biochem. Technol, 5(4), 107-129.
10. 10. Hall G. M., Köse S. (2014). Fish processing installations: Sustainable operation. Seafood Processing: Technology, Quality and Safety, 311-342
11. 11. Hospido A., Vazquez M.E., Cuevas, A., Feijoo, G. and Moreira, M.T. (2006). Environmental assessment of canned tuna manufacture with a life-cycle perspective. Resources, Conservation and Recycling, 47, 56–72.
12. 12. Indzere Z., Martinez K. D. M., Bezrucko T., Khabdullina Z., Veidenbergs I., Blumberga D. (2020). Energy efficiency improvement in thawing. Environmental and Climate Technologies, 24(2), 221-230.
13. 13. Kawka T., Dębski J. (1992). Badania nad zużyciem energii w procesie rozmnazania bloków rybnych. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 1(2), 45-47.
14. 14. Murali S., Krishnan V. S., Amulya P. R., Alfiya P. V., Delfiya D. A., Samuel M. P. (2021). Energy and water consumption pattern in seafood processing industries and its optimization methodologies. Cleaner Engineering and Technology, 4, 100242.
15. 15. Reza M. S., Azad A. K., Abu Bakar M. S., Karim M. R., Sharifpur M., Taweekun J. (2022). Evaluation of thermochemical characteristics and pyrolysis of fish processing waste for renewable energy feedstock. Sustainability, 14(3), 1203.
16. 16. Terehovičs E. Energy and exergy indicators for increasing energy system efficiency. Praca doktorska (Ryga, Łotwa) https://dom.lndb.lv/.
17. 17. Takeshita S., Farzaneh H., Dashti M. (2020). Life-cycle assessment of the wastewater treatment technologies in Indonesia’s fish-processing industry. Energies, 13(24), 6591.
18. 18. Terehovics E., Soloha R., Veidenbergs I., Blumberga D. (2018). Analysis of fish refrigeration electricity consumption. Energy Procedia, 147, 649-653.
19. 19. Terehovics E., Soloha R., Veidenbergs I., Blumberga D. (2019). Cleaner production nodes in fish processing. Case study in Latvia. Energy Procedia, 158, 3951-3956.
20. 20. Terehovics E., Veidenbergs I., Blumberga D. (2019). Parameters that Affect Electricity Consumption in Fish Freezing. Case Study. Environmental and Climate Technologies, 23(3), 15-25.
21. 21. Thrane M., Nielsen E. H., Christensen P. (2009). Cleaner production in Danish fish processing–experiences, status and possible future strategies. Journal of Cleaner Production, 17(3), 380-390
22. 22. Toepfl S., Mathys A., Heinz V., Knorr D. (2006). Review: potential of high hydrostatic pressure and pulsed electric fields for energy efficient and environmentally friendly food processing. Food Reviews International, 22(4), 405–423.
23. 23. Tomczak-Wandzel R., Vik, E. A., Wandzel T. (2015). BAT in Fish Processing industry: Nordic perspective. Nordic Council of Ministers.
24. 24. Tyedmers P. (2004). Fisheries and energy use. Encyclopedia of Energy, 2, 683-693..
25. 25. Usydus Z., Szlinder-Richert J. (2021). Gospodarka wodno-ściekowo-osadowa w zakładach przemysłu rybnego dawniej i dziś. Morski Instytut Rybacki, Gdynia.
26. 26. Venugopal V., Sasidharan A. (2021). Ścieki z przemysłu owoców morza: zagrożenia dla środowiska, oczyszczanie i odzyskiwanie zasobów. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(2), 104758.
27. 27. Viji P., Debbarma J., Ravishankar C. N. (2022). Research developments in the applications of microwave energy in fish processing: A review. Trends in Food Science & Technology,123, 222–232.
28. 28. Wojdalski J. Dróżdż B. (red.), (2021). Przetwórstwo rolno-spożywcze i biogospodarka. Wybrane zagadnienia inżynieryjno-produkcyjne, biotechniczne, energetyczne i środowiskowe. Wyd. SGGW, Warszawa, 265-274.
29. 29. Wskaźniki emisyjności grudzień 2021.pdf (kobize.pl) (dostęp 23.02.2023)
30. 30. Food product GHG emissions per kilogram worldwide | Statista (dostęp 23.02.2023)
31. 31. How To Calculate Carbon Dioxide Equivalent (CO2e) – Scope 5 (zendesk.com) (dostęp 23.02.2023)
32. 32. https://www.jbtc.com/foodtech/products-and-solutions/solutions/high-pressure-processing/(dostęp 23.02.2023)
33. 33. Sówka I. (2011). Metody identyfikacji odorotwórczych gazów emitowanych z obiektów przemysłowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław, 31-32.
34. 34. https://www.teraz-srodowisko.pl/slownik-ochrona-srodowiska/definicja/btz.html (dostęp 23.02.2023).
35. 35. https://docplayer.pl/6198309-Poradnik-w-zakresie-monitorowania-emisji-sprawozdawczosci-i-ochrony-powierzchni-ziemi-dotyczacych-pozwoleo-zintegrowanych.html (dostęp 23.02.2023).

^[1] Rozbudowany wykres Sankeya uwzględniający szczegółowo specyfikę zakładu przetwórstwa rybnego przedstawiono w publikacji [14]

^[2] Dnia 25.11.2022 r. 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 2015 r. 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 30.04.2023 r. lub do wyczerpania alokacji środków [Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej - Portal Gov.pl (www.gov.pl)].

^[3]Wskaźnik określa zapotrzebowanie na tlen niezbędny do utlenienia (w warunkach aerobowych) związków organicznych zawartych w wodzie lub ściekach. Proces biochemicznego utleniania najintensywniej przebiega w okresie pierwszych pięciu okresów dobowych (najczęściej spotyka się z indeks BZT₅); wskaźnik zanieczyszczenia wód, stosowany do określenia podatności ścieków na biologiczne oczyszczanie; im wyższa wartość BZT_n tym większe zanieczyszczenie. BZT₅ jest częścią ChZT (chemiczne zapotrzebowanie tlenu; umowny wskaźnik wyrażający ilość tlenu niezbędną do utlenienia zawartych w wodzie lub ściekach związków organicznych i nieorganicznych).Wartość BZT jest zawsze mniejsza od ChZT [34].