Fizika | Energetika » Biomassza energia

Biomassza Energia Monoki Ákos Fogalma Története Elméleti háttere Fizikája Felhasználási lehetőségei * Felhasználási lehetősége Magyarországon - A szilárd halmazállapotú biomassza hasznosítása - A folyékony halmazállapotú biomassza hasznosítása - A biogáz hasznosítása Felhasznált irodalom Fogalma Biomassza: biológiai eredetű szervesanyag-tömeg, egy biocönózisban vagy biomban, a szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) testtömege; biotechnológiai iparok termékei; és a különböző transzformálók (ember, állatok, feldolgozó iparok stb.) összes biológiai eredetű terméke, hulladéka, mellékterméke. Az ember testtömegét nem szokás a biomassza fogalmába vonni A biomassza elsődleges forrása a növények asszimilációs tevékenysége. Keletkezésének folyamata a produkcióbiológia fő témája. Ennek felmérését szolgálta a Nemzetközi Biológiai Program

(IBP) világméretű akciósorozata, amelyben hazánk is részt vett. A növényi biomassza a fitomassza, az állati biomassza a zoomassza. A termelési-felhasználási láncban elfoglalt helyük alapján a biomassza lehet elsődleges, másodlagos és harmadlagos. Az elsődleges biomassza a természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti növények, vízben élő növények. A másodlagos biomassza az állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés főtermékei, melléktermékei, hulladékai. A harmadlagos biomassza a biológiai eredetű anyagokat felhasználó iparok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetű szerves hulladékai. A biomassza hasznosításának fő iránya az élelmiszertermelés, a takarmányozás, az energetikai hasznosítás és az agráripari termékek alapanyaggyártása. Az energetikai hasznosítás közül jelentős hasznosítási mód az

eltüzelés, brikettálás, pirolizálás, gázosítás, és biogáz-előállítás. Az aerob biológiai szennyvíztisztításnál a mikroorganizmusok rohamos elszaporodása megy végbe a rendelkezésre álló tápanyag, a víz oxigén tartalma és a hőmérséklet függvényében. A biomasszát az elpusztult mikroszervezetek testtömege képezi, amit ülepítéssel vagy flotálással lehet eltávolítani (eleven-iszap). A biomassza-képződés oxigénmentes közegben anaerob mikroorganizmusok (anaerob szervezetek) révén is végbe mehet, de lényegesen kisebb sebességgel. A biomassza képződés másik formája a főleg élővizekeben, (hűtővizekben) lejátszódó algavirágzás. Hazánkban 1981-83 között Láng István, akadémikus vezetésével nagyszabású felmérés történt a biomassza helyzetének és lehetőségeinek feltárására. Az eredményeket 1985-ben publikálták, "A biomassza komplex hasznosításának lehetőségei" címmel. Hazánkban évente kb 53

millió tonna szerves anyagot termelnek a vadon élő és gazdasági növények (szárazanyagban), amelynek több mint fele melléktermék, illetve hulladék. Ezek hasznosítására igen sok lehetőség kínálkozik: talajjavítás, trágyázás, energianyerés, takarmányozás, biotechnológiai hasznosítás, kémiai átalakítás (ipari nyersanyagként) stb. ezek jobb kiaknázása a következő időszak kulcsfontosságú feladatai közé tartozik. (Környezetvédelmi Lexikon) Története Napjainkig a tüzelőanyagok történelme lényegében a biotüzelőanyagok történelme volt. Eltekintve a forrásoktól, a tengerpartokon illetve a felszínre bukkanó szénrétegeknél talált széntől, a 17. századig a biomassza volt az egyetlen hőforrás a Napon kívül Ebben az időben a világításban az állati és növényi olajok, valamint a faggyú gyerták égetése játszott nagy szerepet. A legkorábbi bioenergia az igavonó állatok erejéből származott és még ma is

hasznosított energiaforrás, a legnagyobb arányban a fejlődő országokban, ahol leginkább a kis farmokon ez a legelérhetőbb energiaforrás, 80-90%-ban Afrikában és Ázsiában ez a legjellemzőbb. Ha feltételezzük, hogy minden egyes állat napi 8 órát dolgozik, 100 napot egy évben, akkor a teljes energia termelés, 90 TWH vagy 320 PJ/év, csak egy kis töredéke a növények által közvetlenül termelt energiának. Az ipari forradalom elején a fát felváltotta a szén. Az ipari fejlődést általában három egymással ellentétes dologgal magyarázzák: - A növekvő jólét a kívánt technikai innovációnak kedvező alapfeltételeket biztosított. Ez vezetett a gépek növekvő használatához, amelyhez a szén sokkal jobb üzemanyag volt, mint a fa. - A tudományos találékonyság széleskörű technológiai változást eredményezett, a fát felcserélő szénből származó energia hasznosításával. A növekvő jólét csak egy következménye volt az

iparosodásnak. - A népességnövekedés, a szegénység és a fa növekvő ára késztette a szén előtérbe kerülését, amely sokkal kisebb készletben állt rendelkezésre. A külszíni szén készletek hamar kimerültek és szükségessé vált a mélybányászata, illetve a víz mélyből történő kiszivattyúzása. Nepál és Etiópia összenergia szükségletét csaknem teljesen biomasszából elégítik ki Kenyában 75% Indiában 50% Brazíliában 25%-ot állítanak elő biomasszából. A fejlődő országok közel 4 milliárdos népességével több, mint 3 Gt (lég-szárított) biomasszát hasznosítanak évente. Az iparosodott nemzetek esetében is a bioüzemanyagok hasznosítása nem elhanyagolható, a fejenkénti átlag 1/3 tonna/év, ami 3%-os elsődleges energia fogyasztást jelent. A megújuló energiaforrások alkalmazásával foglalkozó kutatások az 1970-es évek végén a második energiaár-robbanást követően kezdődtek el. A kifejlesztett, korszerű

nagyüzemi biomassza tüzelési rendszerek az egyes országok agrártermelési, helyi ipari, illetve kommunális szféráiban széles körben elterjedtek. A bonyolultabb és költségesebb technológiák kifejlesztése azonban megtorpant, mivel az energiaárak alacsony szinten stabilizálódtak a nemzetközi piacon. Az elmúlt évtizedekben azonban újra fokozottan előtérbe kerültek a megújuló energiaforrásokat hasznosító technológiák fejlesztése, a világszerte egyre nagyobb gondot okozó környezetvédelmi problémák miatt. A fejlesztések előtérbekerülésének másik oka a Nyugat-Európában termelésből kivont termőterületek hasznosításának és a falusi lakosság helyben tartásának célja volt. Jelenleg az európai agrár ágazatok hozzávetőleg 1,7 millió tOE megújuló energiát használnak fel, melynek legnagyobb részét a tűzifa és az erdészeti, valamint faipari melléktermékek teszik ki 1,2 millió tOE mennyiséggel, ezen kívül a szalma 0,3

millió tOE közvetlen tüzeléssel történő hasznosítása. Egyes források szerint az EU területének egy tizedét lehetne energetikai rendeltetésű biomassza termelésre hasznosítani. Ez körülbelül évi 80 millió tOE-nak felel meg, amely a régió jelenlegi villamos energia szükségletének 20 %-át fedezné. Európában a fa energetikai célú felhasználása évi átlagban 2,3 %-os növekedést mutat. Ausztria alternatív energia hasznosítása igen jelentős. Stájer tartományban a biomassza energetikai hasznosítása a primer energiafelhasználáson belül 1980-ban még csak 7% volt, míg a fosszilis energiahordozóké 79%. Ekkor még egyetlen biomassza hasznosítású fűtőmű sem volt, 1985-ben pedig már 74 működött. Az összes alternatív energia felhasználás 1992-ig 23%-os részarányt ért el, és ezen belül a biomassza 15%-ot tett ki. Elméleti háttere Bioenergia: az élő szervezetekben és elhalásuk után a belőlük származó szerves anyagokban

lévő kémiai energia, amely a zöld növények által, a fotoszintézis útján megkötött napenergiából származik. A bioenergia a Föld legfontosabb megújuló energiaforrása Fontos eszköze az üvegházhatás csökkentésének, mert CO 2 semleges. A fosszilis energiaforrások szintén bioenergia eredetűek, de nem megújulóak. Közelgő kimerülésük sürgeti a bioenergia racionálisabb és széles körű felhasználását: biogáz fejlesztés, termikus konverzió, cellulózbontás biokonverzióval, gázosítás és egyéb módszerek segítségével. (Környezetvédelmi Lexikon) A Földön föllelhető élő anyag teljes tömege a nedvességtartalommal együtt 2000 milliárd tonna. Néhány a biomassza mennyiségével kapcsolatos adat az Open University alapján: A szárazföldi növények össz-tömege: 1800 milliárd tonna. Az erdők teljes tömege: 1600 milliárd tonna. A világ népessége (1993): 5,5 milliárd fő. Az egy főre jutó szárazföldi biomassza: 400 tonna.

A szárazföldi biomasszában raktározott energiamennyiség: 25 000 exajoule, 3000 EJ/év (95TW). A nettó évi szárazföldi biomassza produkció: 400 000 Mt/év. 1 Exajoule (EJ) = 1 millió megajoule. 1 Terawatt (TW) = 1 millió megawatt. Az összes energiafogyasztás (minden fajtáját beleértve): 400 EJ/év (12TW). Biomasszából származó energiafogyasztás: 55 EJ/év (1,7 TW). Táplálékból származó energiafogyasztás: 10 EJ/év (0,3TW). A teljes napsugárzásnak csak kis része éri el a Föld felszínét és ennek csak a töredékét hasznosítják a növények a fotoszintézis révén. A fotoszintézis azon folyamatok összessége, amelynek során a növényi szervezetek és egyes baktériumok a fényenergiát kémiai energiává alakítják, melynek segítségével szerves anyagot termelnek. Jelentősége: - A fotoszintézis során átalakított fényenergia adja az energiát az egész élővilág energia igényes folyamataihoz. (teljes - A Föld mai légkörének

az összetétele a fotoszintetikus folyamatok eredménye mennyisége oxigéntartalma fotoszintetikus eredetű, a fotoszintetikus úton asszimilált szén egyes becslések szerint eléri a 44 milliárd tonnát!) Lényege: A zöld növények azon képessége, hogy a zöld színtestek és napfény segítségével vízből, ásványi anyagokból, szén-dioxidból képesek felépíteni saját szerves anyagaikat. Olyan redox folyamat, melynek során egy elektrondonorról úgy jut át egy elektron az akceptorra, hogy ahhoz a redoxpotenciál különbségek miatt szükséges energiát a fény szolgáltatja. A fotoszintézis általános egyenlete: H 2 D+A=>H 2 A+D ahol a H 2 D a hidrogén/elektrondonor, az A a hidrogén/elektronakceptor. A baktériumok kivételével a fotoszintetizáló szervezetek a CO 2 redukálásához általában a vizet használják. A folyamat során O 2 szabadul fel a víz oxidációja miatt A fotoszintézis konkrét egyenlete: 2nH 2 O+nCO 2 =>(CH 2 O)+nH 2 O+nO

2 A folyamatban az elektrondonor a H 2 O , míg az elektronakceptor a CO 2 . A folyamat során O 2 szabadul fel. Egy mol CO 2 redukciójakor 112 Kcal szabad energiaváltozás lép fel, amely kémiai energia formájában kötődik meg. A növényekben raktározott energia számos kémiai fizikai átalakulási folyamat során hasznosítódik a növényekben, a talajban, a környező atmoszférában, az élőlényekben, míg végülis kisugárzódik a Földről, alacsony hőmérsékletű hő formájában, kivéve persze azt a részét, amely az idők folyamán tőzeggé, vagy fosszilis energiahordozóvá alakul. E körfolyamat jelentősége számunkra abban rejlik, hogy ha beavatkozunk és kizsákmányoljuk a biomassza egy részét, abban az állapotban, amelyben kémiai energiaraktárként létezik, egy energiaforrást nyerünk. A biotüzelőanyagok közé az energiaforrások széles skálája tartozik ide a fa egyszerű elégetésétől a városi hulladékégető multi-megawattos

erőműig. A biotüzelőanyagok halmazállapota lehet: szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, eredetét tekinve pedig szerves anyagokból, ipari, mezőgazdasági, kommunális és háztartási hulladékokból származó. Fizikája A biomassza energia hasznosításának az alapja az égés, amely hőenergia felszabadulással járó folyamat. Az alábbi reakció egyenlet tartalmazza az égés folyamatának legfontosabb lépéseit, a metán példáján keresztül. Minden egyes metán molekula egy szén és négy hidrogén atomot tartalmaz, képlete: CH 4 . Az égés során a reakció partnere a kétatomos oxigén molekula: O 2 . Minden egyes metán molekula az égése során két oxigén molekulával lép reakcióba: Az olaj, szén vagy más tüzelőanyagok még komplexebbek a metánnál, de az égésük hasonlóképpen megy végbe. A világ negyedik legelterjedtebb energiaforrása a szén, a kőolaj és a földgáz után a biomassza. A biomassza energia fedezi a felhasznált

energia 14%-át világátlagban, míg a fejlődő országokban 34%-át. Biomassza energiaforrásnak az alábbiak tekinthetők: - mezőgazdasági termények melléktermékei, hulladékai (szalma, kukorica-szár/csutka, stb.) - energetikai célra termesztett növények (repce, cukorrépa, különböző fafajok) - állati eredetű biomassza (trágya, stb.) - erdőgazdasági és fafeldolgozási melléktermék illetve hulladék (fa apríték, nyesedék, forgács, fűrészpor, háncs, stb.) A biomassza, mint energiahordozó jellemzői: - megújulása a fotoszintézisnek köszönhető - az energia tárolása az által valósul meg, hogy a fotoszintézis során a növényekben létrejövő szerves anyagokban kémiai energia formájában raktározódik el a napfény energiája - az energetikai hasznosítást úgy lehet megvalósítani, hogy nem növeljük a légköri széndioxid mennyiségét - nagyban elősegíti az ásványkincsek megőrzését - jelentősen kisebb a káros anyag

emisszió (CO 2 , CO, SO 2 , C x H x ) a fosszilis energiahordozókhoz képest - az élelmiszer-túltermelés következtében felszabaduló földterületek reális alapot adnak a racionális hasznosításnak - kedvező hatással van a vidékfejlesztésre, a munkahelyteremtésre Felhasználási lehetőségei A biomassza, mint energiaforrás a következőképpen hasznosítható: 1. Közvetlenül: - tüzeléssel, előkészítés nélkül, vagy előkészítés után 2. Közvetve: - kémiai átalakítás után (cseppfolyósítás, elgázosítás), folyékony üzemanyagként vagy éghető gázként - alkohollá erjesztés után üzemanyagként - növényi olajok észterezésével biodízelként - anaerob fermentálás után biogázként. A biomassza energiahordozók kis- és közepes teljesítményű decentralizált hő- és villamos energiatermelésre, valamint motorhajtóanyagként hasznosítható viszonylag alacsony energiasűrűsége miatt. Felhasználási lehetősége

Magyarországon A biomassza energetikai célú hasznosítására elsősorban a hagyományos agrártermelési ágazatokban keletkező mező- és erdőgazdasági melléktermékek és hulladékok hasznosításának, az energetikai erdőgazdaság (energiaerdők) és az energetikai célú növénytermesztés (energianövények) keretén belül van lehetőség. Ezen források hasznosítására hazánkban reális lehetőségek kínálkoznak. A fejlett ipari országokban az élelmiszer-túltermelés következtében felszabaduló földterületek igen jól hasznosíthatók energiaerdők telepítésére, vagy energianövények termesztésére, és az adott térség munkanélküliségből adódó problémáit is enyhíti, egy megújuló energiaforrás termelése történik, valamint az energiahordozókra kiadott pénz a térségben marad és annak további fejlődését szolgálja. Az élelmiszertermelésből kivont szántóterületek aránya a fejlett ipari országokban eléri a 20%-ot.

Magyarország EU csatlakozása esetén 50 000 - 1 000 000 ha termelésből kivont termőfölddel lehet számolni. Az alternatív energiaforrások hasznosítása egyre fontosabb feladatunk lesz, hiszen hazánk is csatlakozott a Rioi Egyezményhez, amelyben tagországok arról nyilatkoztak, hogy a CO 2 emissziót 2000-ig az 1990. évi szintre csökkentik, majd szinten tartják Hazánkban a megújuló növényi biomassza mennyisége szárazanyagban kifejezve a fő- és melléktermékekkel együtt 55-58 millió tonna. Energetikai célra megfelelő körülmények között 6-8 millió tonna szerves anyag lenne hasznosítható (minimálisan pedig 3-4 millió t) a 25-26 millió t mezőgazdasági, valamint 1-2 millió t erdőgazdasági melléktermékből. Ahhoz, hogy ez a hasznosítás nagyobb arányú illetve hatékonyságú legyen, megfelelő ökológiai, gazdasági és műszaki feltételeknek kell rendelkezésre állniuk. A hasznosítható 6-8 millió t biomassza össz energia készlete

kb. 1,5-2,0 millió tOE-re tehető 500 000 ha energia erdő 0,8-1,0 millió tOE bio-tüzelőanyagot, 300-400 000 ha bio-hajtóanyag termelőképessége hosszú távon 0,5-1,0 millió tOE-t is elérhet. Magyarországon az energia mérlegben a tűzifa 0,32 millió tOE értékkel, az egyéb biomassza energiaforrások kb. 0,1 millió tOE értékkel szerepelnek és az ország össz energiafelhasználásának alig több, mint 0,14%-át tették ki a 90-es évek elején. (KOCSIS et al, 1993) A szilárd halmazállapotú biomassza hasznosítása A mező- és erdőgazdaság évente igen nagy mennyiségű mellékterméket produkál. Ezen melléktermékeket számos célra lehet felhasználni, mint például talajerő visszapótlásra a növénytermesztésben, az állattartásban, ipari felhasználásban, illetve energiatermelésre. Ma sajnos a keletkező mennyiség 10%-át sem használják fel tüzelési/energiatermelési célra. Energiatermelésre a gabonaszalma és a fahulladék a

legalkalmasabb, a kukorica- és a napraforgószár csak nehezen hasznosítható energetikai célra, de annál alkalmasabb talajerő visszapótlásra. A gyümölcsfa ültetvényeken keletkező igen nagy mennyiségű nyesedék hasznosítására alig-alig kerül sor, általában energia pazarló és környezetszennyező módon elégetik, noha aprítására és tüzelésére megfelelő berendezések állnak már rendelkezésünkre. Az erdőgazdaságban az összes kitermelt faanyag 22%-a tekinthető mellékterméknek. A nettó fakitermelés 41%-a tűzifa, és az 59%-a ipari fa. Az ipari fa feldolgozása, megmunkálása során szintén nagy mennyiségű melléktermék, hulladék keletkezik, amelyet szintén jól lehetne energetikai célokra hasznosítani. A keletkező faforgácsot, fűrészport, fakérget szárítása után brikettálják, amely aztán könnyen hasznosítható. A fakitermelés melléktermékeit is csak részben hasznosítják energia termelési célra, vagy lakossági

igényeket elégítenek ki vele, vagy faaprítékként használják fel, illetve eladják. KACZ-NEMÉNYI, 1998 szerint 250-300 000 t fakitermelési és feldolgozási hulladék, illetve melléktermék hasznosítására lenne hazánkban lehetőség, amely 90 000 tOE-et jelent. Az energetikai célú növénytermesztés irányulhat alternatív motorhajtóanyag-termelésre (alkohol, repce-metil-észter stb.), tüzelőanyag ellőállításra (biobrikett, energiaerdő, repceolaj) A biomassza termelésének nettó hő-energia hozama a mezőgazdasági éas erdészeti melléktermékek esetében mintegy 0,3-1,3 tOE/ha között, míg az e célra létesített energiaerdők esetében 1,7-2,6 tOE/ha között változik (KOCSIS et al., 1993) Az energetikai célú növénytermesztésnek KACZ-NEMÉNYI, 1998 szerint számos akadálya van: a.) Nehéz termelői-társadalmi elfogadtatás b.) Feldolgozó módszerek nehéz beilleszthetősége a meglévő agrártechnológiákba c.) Az átalakító

berendezések kis energetikai hatásfoka d.) Az átalakítás gyenge energetikai input/output hatékonysága e.) A biomassza hasznosításának nagy a beruházási igénye Energiahasznosításából az alábbi növények jöhetnek számításba: a.) Különböző fafajok (energiaerdők - nyár, fűz, akác) b.) Magas cukortartalmú haszonnövények (cukorcirok, cukorrépa) c.) Magas olajtartalmú növények (napraforgó, repce, szója) A magas olaj-, illetve cukortartalmú növények a hagyományos növénytermesztési technológiákkal termeszthetők, míg az energiaerdők telepítése, gondozása, letermelése különbözik a hagyományostól. Az energiaerdők telepítésének az a célja, hogy a lehető legrövidebb idő alatt, a lehető legkisebb költségekkel állítsanak elő jól égethető tüzelőanyagot. Telepítésük elsősorban a termelésből kivont, kevésbé jó termőképességű területeken jöhet szóba. Hazánkban az energiaerdők telepítése

szempontjából a nyár, fűz, juhar, éger, akác jöhet szóba, melyek közül az akácot tekintik a legalkalmasabbnak, hiszen fiatal korában gyorsan nő, jól sarjadzik, kicsi a nedvességtartalma és nedvesen is jól tüzelhető. A Dániában és Svédországban történt energiaerdőkkel kapcsolatos kísérletek során fűzfa telepítvényeket vizsgáltak, ahol 20 000 db/ha egyedsűrűségben ültették a klónokat és három évente termelik. A telepítés várható élettartamát 30 évre, vagyis 10 kitermelésre becsülik Más külföldi, nyárfákkal végzett kísérletekkel ha-ként 10-13 t szárazanyagot értek el, háromnyomású, hétéves rotációval. A hazánkban végzett kísérletek eredményei igen változóak, fafajtól, vágásfordulótól függően 3,5-20 t/ha szárazanyagot kaptak. Marosvölgyi (1996) szerint hazánkban 12t/ha/év szárazanyag (200-220 GJ/ha évi energia hozam) tervezhető a hagyományos fajokkal. A fa fűtőértéke függ: - a

víztartalmától (minél nagyobb a víztartalma, annál kisebb a fűtőértéke) - a fafajtól (sűrűségtől) Minél több vizet tartalmaz a fa, a fűtőértéke annál kisebb lesz, mivel az égési folyamat alatt párolog el a víz, és a víz párolgásához hő szükséges. A biotüzelőanyagok elégetése ritkán történik eredeti formájukban, fajtától függően előkezelést igényelnek, például: darabolás (aprítás, őrlés, szecskázás), tömörítés (bálázás, pogácsázás, pelletálás). A brikettálást, valamint a pelletálást általában szárítás követi, hiszen a biotüzelő anyagok víztartalma magasabb a technológia által megköveteltnél (20% alatt kell lennie). A mezőgazdasági és erdészeti melléktermékek könnyű szállításához, hasznosításához szükség van kisebb-nagyobb tömörítésre. A tömörítvényeknek két fő fajtáját különböztetjük meg: Pellet: 10-25 mm átmérőjű tömörítvény. Biobrikett: 50 mm, vagy annál

nagyobb átmérőjű, kör, négyszög, sokszög vagy egyéb profilú tömörítvények, amelyeket mező-, erdőgazdasági melléktermékekből állítanak elő. Brikettet dugattyús és csigás présekkel állítanak elő. Általában kötőanyag felhasználása nélkül készítik. Gyakran célszerű a különböző melléktermékek összekeverése a szilárdság növelése érdekében, például a szalma briketthez fűrészpor, fenyőfakéreg. Brikettálni csak a 10-15% nedvességtartalmú alapanyagokat lehet, tehát, ha a tömörítendő anyag nagyobb nedvességtartalmú, szárítást igényel. Előnyei: a.) Fűtőértéke a hazai barnaszenekének felel meg (15 500 - 17 200 kJ/kg), de azoknál tisztább. b.) A szén 15-25%-os hamutartalmával szemben csak 1,5-8% hamut tartalmaz, melyet talajerő visszapótláshoz lehet használni. c.) Kéntartalma maximálisan 0,1-0,17%, amely a szén kéntartalmának 15-30-ad része Hátránya, hogy nedvesség hatására szétesik, de

nedvességtől gondosan elzárt helyen korlátlan ideig tárolható. A mező- és erdőgazdasági melléktermékek tüzelőberendezései hazánkban az 1980-as években terjedtek el, így 1993-ban 50kW-4MW hőteljesítmény határok között már 500 ilyen berendezés működött. A tüzelőberendezések főbb részegységei KACZ - NEMÉNYI alapján: - tüzelőanyag tároló a kitároló szerkezettel, - tüzelőanyag-szállító rendszer, - tüzelőanyag- és levegőadagoló rendszer, - hőcserélő (kazán), - hamu/salak eltávolító berendezés, - füstgáz elvezetés (kémény), - szabályozó és védelmi berendezés. A biomassza energetikai célokra történő hasznosításának előnyei: a.) Kén-dioxid kibocsátás csökkenése A tüzelési célokra hasznosított biomassza kéntartalma minimális általában 0,1% alatt van. b.) Kisebb mértékű korom kibocsátás c.) Policiklikus aromás szénhidrogének kibocsátásának csökkenése d.) A szén-dioxid kibocsátás

nullának tekinthető, hiszen az elégetett üzemanyag által az atmoszférába jutó szén-dioxid mennyiséget az előző évben kötötte meg fotoszintézise során a termesztett magas olajtartalmú haszonnövény. A termelés, begyűjtés, előkészítés, valamint a szállítás során van bizonyos mértékű szén-dioxid kibocsátás. Hátrányai: a.) Nagyobb nitrogén-oxid kibocsátás (valószínűleg a levegő nitrogénjéből keletkezik a magasabb hőfokon történő égés következtében). b.) Az RME hosszabb idő után megtámadja a lakk réteget, de ez a megfelelő lakkfajta magválasztásával kiküszöbölhető. c.) Egyelőre nincs rá állami támogatás A folyékony halmazállapotú biomassza hasznosítása Magyarországon a magas olajtartalmú növények közül az őszi káposztarepcének vannak alkalmas ökológiai adottságú területek, főleg Nyugat-Magyarországon. E növény termesztéséhez hazánkban minden feltétel adott, és a kinyerhető repceolaj nemcsak

üzemanyagként, hanem kenő-, hidraulikaolajként, valamint tüzelőolajként is hasznosítható. A növényi eredetű biomasszából előállított folyékony energiahordozók alkoholok, zsírok és olajok lehetnek, melyeket az alábbi módokon lehet hasznosítani: a.) motorhajtóanyagként, b.) hidraulika- és fékfolyadékként, c.) kenőolajként, d.) tüzelési célokra, e.) vegyipari és élelmiszer-ipari alapanyagként Ezen energiaforrások tüzelési célokra történő alkalmazása még nem jelentős, pedig a fosszilis energiahordozók részbeni kiváltásánál jelentős szerepet játszhatnak, legfőképpen a növényi olajok. Motorhajtóanyagként az alkoholok és a növényi olajok felhasználhatóak: a.) nyers formában, b.) vegyi átalakítás után, c.) hagyományos hajtóanyagokhoz keverve, d.) adagolva Az alkoholok közül az etil-alkohol (etanol) motorikus célú felhasználása a világon sokfelé elterjedt. Az etil-alkohol előállítása nagy cukor-, keményítő-

vagy cellulóz tartalmú növényi biomasszából történhet fermentáció vagy hidrolízis és fermentáció kombinációja utáni folyamatos desztillációval. Brazíliában a cukornádból, az USA-ban kukoricából állítanak elő igen nagy mennyiségben etanolt. Hazánkban az ipari alkohol előállítására a cukorrépa, édes cirok, kukorica, kalászos gabonafélék és a burgonya a legalkalmasabb. Cukorrépából és cukorcirokból 3000-3500 l/ha, kukoricából 2000-2500 l/ha, kalászos gabonákból 1000-2000 l/ha, burgonyából mintegy2000l/ha alkohol nyerhető (KACZ-NEMÉNYI, 1998). Az etanol energiatartalma kisebb, mint a benziné, így azonos teljesítmény elérése érdekében 25-50%-kal többre van szükség. Így a tisztán etanollal üzemeltetett gépkocsi motorok üzemanyagtartályának nagyobbnak kell lennie, növelt paraméterekkel kell rendelkezniük a keverékképzésben résztvevő szerkezeti elemeknek. A benzinhez kevert etanollal kedvező tulajdonságú

üzemanyag nyerhető, hiszen nő a keverék oktánszáma és oxigén tartalma, így javulnak az égés feltételei. 5-15% etanol hozzáadásával kapják a motalco, gasohol nevű üzemanyagokat, Brazíliában a 20-22% alkoholtartalmú benzint is használják. A metilaklohol (metanol) is alkalmas motor hajtóanyagnak, maximum 15%-ban hagyományos hajtóanyagokhoz hozzáadható komponensként, benzinhez történő keverésnél elegyedési problémák merülnek fel, ezért etilalkoholos, metanolos benzinkeverék készítése a szükséges. A repce magja 38-45% olajtartalmú. Németországban hektáronként 3 tonnát tudnak termelni, ami 1,3 t olajat ad. A repcemagból az olajnak a felét mechanikusan préselik ki, majd a maradék olajat a felaprított pogácsákból oldószerrel (n-hexán) kivonják, a hulladékban mindössze 0,5-2%mennyiségű olaj marad. A növényi olajok hasznosításának hátrányai: a.) nagyobb lobbanáspont (nehezebb gyújtás) b.) nagy viszkozitás (rossz

porlaszthatóság) c.) kokszosodási hajlam Ezeken a tulajdonságokon kémiai átalakítással lehet javítani (repceolaj zsírsavainak metanollal történő átészterezésével repcemetilészter, RME nyerhető). A németországi olajütő malmok feldolgozási kapacitása 1000-3000t/h között mozog, míg az évi feldolgozási kapacitás kb. 3,7 millió tonna Egy hektárnyi repce terméséből 1300 l repceolaj, ennek átészterezéséből 1375 l RME kapható, melléktermékként 1774 kg, 30% fehérjetartalmú repcepogácsa nyerhető, ami takarmányként hasznosítható. A repceolaj-metilészter, valamint a napraforgó-metilészter előállításakor, mint ismeretes számottevő melléktermékként glicerin keletkezik. A vegyileg tisztított glicerint széleskörűen felhasználják: a.) szilárd fűtőanyagnak (20% glicerinnel fűrészforgácsot kevernek össze és briketté sajtolják) b.) trágyának (trágyalével keverik össze) c.) semlegesítéssel tisztítják, majd mikrobás

cukrosítással és erjesztéssel, desztillálással etanol nyerhető. A különböző glicerin származékokat számos célra tudják hasznosítani: a.) kozmetikumok b.) fogkrémek c.) gyógyszerek d.) tápanyagok e.) lakkok f.) műanyagok g.) műgyanta h.) dohány i.) robbanóanyagok készítésben j.) cellulóz feldolgozásban (KACZ-NEMÉNYI, 1998) A repce olajtartalmának kinyerésére ma már korszerű berendezések állnak rendelkezésre, amelyek 90%-ot is meghaladó olajkinyerést biztosítanak. (Az egyik legalkalmasabb berendezés a KOMET csigás prés). Ezek a prések 2-5 kg mag/óra teljesítménytől a 70-100 kg/óra teljesítményig állnak rendelkezésre. A csigás prés által kinyerhető olaj igen tiszta, szennyező anyagot elhanyagolható mértékben tartalmaz, 24 órás ülepítéssel ez a kis százalék is eltávolítható. Hazánkban a termesztett repce igen alacsony termésátlagú. Gyenge minőségű, homokos területen 1,5-1,7 t/ha, de kedvezőbb területeken

sem éri el a 3 t/ha-os termésátlagot. Növényi olaj előállításával kapcsolatos kísérleteket a Bácska és Duna melléki Mezőgazdasági Szövetkezetek végeztek, 2,5 t/ha átlagot véve 37%-os olajtartalom mellett egy ha területről 832 kg (990 l) repceolaj, ezentúl 1660 kg 30% fehérjetartamú repcepogácsa állítható elő. e.) Azon országok számára, amelyek a kőolaj igényüket exportból fedezik, más országoktól való függőségüket ez úton tudnák csökkenteni. A biomassza eredetű energiaforrások hasznosításakor arra kell törekedni, hogy: - a melléktermékek, hulladékok hasznosítása keletkezési formájukban történjen a nagyobb költségek elkerülése érdekében, - az eltüzelés előkészítése csak a legfontosabb lépéseket tartalmazza, pl. darabolás, bálázás - a szállítás ne történjen túl nagy távolságokra. A szilárd biomassza elégetésekor jelentős hamu keletkezik, ami káliumtartalmánál fogva talajerő-visszapótlásban

hasznosítható. (A szén égetéséből származó hamu magas kén tartalma miatt nem alkalmas ilyen célokra.) A káros anyag emisszió nagymértékben függ a tüzelőberendezés mértétől, üzemétől (gépi táplálású berendezéseknél jobbak a mutatók), a teljesítmény-kihasználás fokától. A biogáz hasznosítása A mezőgazdasági termék-előállítás folyamataiban keletkező anyagokból gáz halmazállapotú energiahordozók is előállíthatók. Biogáz-előállítás: kevert kultúrával - alapvetően két lépésben, savtermelő baktériumcsoport közreműködésével - végzett anaerob eljárás (anaerob lebontás). Az első lépésben a savas erjedés során a komplex szerves savakra lebontó mikroorganizmusok fejtik ki hatásukat. A második lépésben további baktériumcsoport ezeket az anyagokat bontja szén-dioxiddá, metánná és egyéb gázokká. A folyamat végeredménye a döntően metánból és szén-dioxidból álló, energetikai célokra

hasznosítható biogáz. A visszamaradó melléktermék a kirothasztott iszap, melyet szerves trágyaként használnak fel. E kétlépcsős folyamatot költségcsökkentési okokból leginkább egy reaktorban valósítják meg, azonban az eljárás hatásfoka növelhető és szabályozhatósága is javul akkor, ha a savas és a metános bontási lépést külön reaktorban hajtják végre. A módszert már Magyaroroszágon is alkalmazzák a szennyvíztisztító telepeken a szennyvíziszap, valamint a mezőgazdaságban a hígtrágyák kezelésére, ill. az élelmiszeripari (pl cukoripar) szennyvizek tisztítására Biogázkinyerő kút: a rendezetten lerakott hulladékrétegbe függőlegesen telepített, alkalmasan kiképzett, rendszerint műanyagból készített perforált cső, amely a mélyebb rétegekben keletkező biogáz kinyerését teszi lehetővé. A kép forrása: Környezetvédelmi Lexikon Biogáztermelés hulladéklerakón: a települési hulladékokat befogadó

rendezett lerakóhelyen döntően anaerob körülmények között végbement biodegradáció, amelynek eredményeképpen metánban dús biogáz keletkezik, amit a hulladékba vízszintesen vagy függőlegesen elhelyezett gázkinyerő csövek segítségével termelnek ki. A megszívott gyűjtőhálózat segítségével kitermelt biogázt tisztítást követően energetikai célra hasznosítják. Az eljárást Magyarországon is (pl. a soproni rendezett lerakóhelyen) alkalmazzák Biodegradáció: az az aerob vagy anaerob folyamat, amelynek során a talaj szaprofita mikroszervezetei feltárják, és a növények számára ismét felvehető szervetlen állapotba hozzák azokat a biogén elemeket, amelyek részt vesznek a szerves anyagok felépítésében, az energia raktározásába és transzportjában. A biodegradáció a szervesanyag-produkció szakadatlanságát biztosítja, mivel csak a holt szerves anyag degradációja és az ökoszisztémán belül az elemek körfogása teszi

lehetővé a korlátozott mértékben rendelkezésre álló elemek maximum kihasználását. Biotranszformációk körébe tartozó komplex fizikai, kémiai és biológiai folyamatok összessége végén a szerves anyagcseretermékek helyett is szervetlen vegyületek keletkeznek, a folyamatot mineralizációnak nevezzük. A biodegradáció sebessége nagy mértékben függ a molekulaszerkezettől (policiklusos és halogénezett vegyületek rendkívül nehezen bomlanak), a környezeti tényezőktől és az adott vegyület lebontására képes enzimekkel rendelkező mikroorganizmusok mennyiségétől. A biodegradáció mértéke határozza meg egy adott ökoszisztémán belül az elemek körforgalmának sebességét. Tanulmányozása különös jelentőséggel bír a hulladékok kezelésében és ártalmatlanításában, a környezetszennyezések biológiai úton történő eltávolításában. A folyamatot széles körben alkalmazzák a szerves települési és termelési hulladékok

komposztálásakor, a szennyvizek biológiai kezelése (tisztítása) során, valamint szerves komponenseket tartalmazó szennyezett levegő tisztításakor. (Környezetvédelmi Lexikon) A gáznemű energiahordozók két fajtája: - biokémiai (anaerob fermentációs) eljárások eredményeként képződő biogáz - termokémiai (pirolitikus és gázosítási) folyamatokban keletkező gázok. Biogáz: Szerves anyagok anaerob bomlásakor, illetve a biomassza zárt térben való elgázosításakor (erjesztés, rothasztás) baktériumok közvetítésével fejlődő gáz. Összetétele kb 30% szén-dioxid és 70% metán. Sertés hígtrágyából fejlesztet biogáz égéshője kb 23000 kJ/m3 . Spontán keletkezik, sőt meg is gyullad mocsarakban, lápokban ("lidércfény"), trágyakazlakban, szeméttelepeken. A nyersanyag lehet kommunális hulladék, mezőgazdasági, vagy erdőgazdasági melléktermék. Egy m3 kommunális hulladékból 60-300 m3 biogáz termelhető. A

biogázfejlesztés után visszamaradó erjesztett trágyát biotrágyának (biohumusz) nevezik, ami teljes értékű, jól kezelhető, szagtalan, kertek, parkok trágyázására jól használható anyag. Mesterségesen a 19 sz eleje óta állítják elő Az első biogáz generátort Indiában helyezték üzembe, 1856-ban. Azóta világszerte (főleg Ázsiában) sok millió hasonló működik, többségük "családi" méretű, de vannak nagyüzemi, "erőmű" jellegű biogáz telepek is, amelyek egész városokat látnak el energiával. Az első biogáz-előállító üzemet 1959-ben létesítették az USA-ban. A biogáz közvetlenül is felhasználható fűtésre, főzésre (a földgázhoz hasonlóan és ugyan azokkal a berendezésekkel) vagy elektromos energia termelésére, illetve járművek hajtására, robbanómotorok üzemanyagaként. A biogáz-generátorba mindenféle szerves hulladék, trágya, konyhai és élelmiszeripari hulladék, vágóhídi és

kommunális szennyvíz, mezőgazdasági hulladék konvertálható biogázzá. A biogáz képződése közben a patogén szervezetek elpusztulnak, ami közegészségügy szempontból igen jelentős. A visszamaradó komposzt minden értékes ásványi anyagot megőriz, és kitűnő szerves trágyaként használható. Hazánkban is működik néhány biogáz reaktor, a "családi" méretű hazai típus fejlesztése folyik. Magyarországon az eddig készült biogáz fejlesztők nagy része még kísérleti konstrukció, és kb. 1 t/h vagy ennél kisebb kapacitású A becslések szerint a világon működő mintegy 9 millió biogáz fejlesztőből 7,2 millió Kínában van. A jövő energiaforrásának lényeges alapja lehet a biogáz, ami rendkívül környezetkímélő és fontos szerepet tölthet be az organikus mezőgazdaságban (szerves trágya visszapótlás). (Környezetvédelmi Lexikon) A biogáz - mely a két fenti energiahordozó közül a jelentősebb - előállítása

történhet elsődleges és másodlagos biomassza-forrásokból, vagyis a növényi fő- és melléktermékekből, valamint bármilyen természetes eredetű szerves anyag (szerves trágya, fekália, élelmiszeripari melléktermékek, hulladékok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek és iszapjaik) egyaránt történhet. Termelésének alapfeltétele a szerves anyag, a levegőtől elzárt környezet, valamint metánbaktériumok jelenléte. Ilyen körülmények között a metánképződés spontán is végbemegy. Az intenzív biogáz-termeléshez azonban állandó és kiegyenlített hőmérséklet, folyamatos keverés, kellő mértékben aprított szerves anyag, metanogén és acidogén baktériumok egymással szimbiózisban tevékenykedő törzseik megfelelő aránya is szükségesek. Biomasszából biogázt mezofil és termofil zónában történő erjesztéssel lehet nyerni. A mezofil hőfokú rendszer jellemzői: - 25+/-5 napos átfutási idő, - 35+/-2 oC

hőmérséklet, - kóros véglényekben szegény, - viszonylag egyöntetű alapanyagból, nagyobb hely- és gázfelhasználási lehetőségek esetén célszerű használni. A termofil hőfokú rendszer jellemzői: - 15+/-2 napos átfutási idő, - 56+/-2 oC hőmérséklet, - káros kórokozók fordulnak elő benne, - gyors, - nagy energiaveszteséggel jár. A biogázképződés során a szerves vegyületek egyszerűbb vegyületekre bomlanak (savas fázis), majd szétesnek alkotóelemeikre, metán gázra (kb. 60-70%) és szén-dioxidra (kb 3040%) illetve a kiinduló anyagoktól függően különböző elemekre (H, N, S stb) (metanogén fázis). A biogáz összetétele és fűtőértéke nagymértékben függ a kiindulási szerves anyagtól és az alkalmazott technológiától. A termelt gáz felhasználásánál arra kell törekedni, hogy a keletkezés helyéhez közel, legalább 95%-os mértékben fel kell használni. A gáz leggazadságosabb felhasználását a kazánban, illetve

légelőmelegítőben történő elégetés biztosítja, mert az elérhető hatásfok 80% körüli. A biogáz hasznosítási lehetőségei: a.) termikus hasznosítás - gázmelegítők - gázégők b.) komplex hasznosítás - elektromos és termikus: gázmotor/turbina generátorral és hőcserélő - mechanikus és termikus: gázmotor/gázturbina és hőcserélő c.) mechanikus hasznosítás - gázmotor - gázturbina Ahhoz, hogy hazánkban is elterjedjen az energetikai célú növénytermesztés, meg kell teremteni a megfelelő törvényi szabályozásokat, pénzügyi feltételeket, amelyek segítenék az e téren tevékenykedő gazdálkodókat. Felhasznált irodalom A képek forrásai: www.nrelgov/data/pix Dr. Bai Attila / Zsuffa László: A biomassza tüzelési célú hasznosítása in Fűtéstechnika, megújuló energiaforrások 2001. IV évf február Bohoczky Ferenc: Megújuló energiák alkalmazási lehetőségei és perspektívái in Fűtéstechnika, megújuló energiaforrások

2001. IV évf február Christopher Flavin: Átmenet a fenntartható energiagazdaság felé in A világ helyzete 1992. World Watch Institute 1992 Kacz Károly - Neményi Miklós: Megújuló energiaforrások Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Agrárműszaki kiskönyvtár 1998. Göőz Lajos: Szabolcs-Szatmár Bereg megye természeti erőforrásai Nyíregyháza, 1999