Szilárd halmazállapotú biomassza energiahordozó

Biomassza, mint szilárd energiahordozó tüzeléssel hőenergiatermelésre használható. Tüzelési célra a szántóföldi és erdőgazdasági melléktermékek ill. hulladékok egyaránt hasznosíthatók. A szántóföldi növénytermesztés melléktermékei közül a különböző gabonafélék szalmája, a kukoricacsutka, kukoricaszár, valamint néhány egyéb növény szármaradványa használható fel tüzelési célokra is. Az ültetvények melléktermékei közül a szőlővenyige és a gyümölcsfanyesedék jöhet számításba, valamint erdőgazdaságokban, fatelepeken, fafeldolgozó üzemekben keletkező, továbbfelhasználásra már alkalmatlan fahulladékok. (1.5. táblázat)

1. ábra - Melléktermékek megyénkénti előfordulása

A mezőgazdasági melléktermékek között a legnagyobb energetikai jelentősége a szalmának van. Az elmúlt években közel 1,7 millió hektáron termeltek kalászos gabonát, s ennek 80%-án búzát. A statisztikai adatok szerint a gazdaságok a szalmának csak 59%-át takarították be valamilyen formában, a többi a tarlón elégetésre, vagy beszántásra került. Egyes vélemények szerint a beszántás, illetve a talajerő visszapótlás ezen módja lenne a hasznosítás legjobb formája. A nagy cellulóztartalmú anyag talajba juttatása azonban káros, ún. szénhidrát hatást vált ki, ami csak nagymennyiségű nitrogénműtrágya kiszórásával ellensúlyozható. A szalmafélék legnagyobb részét, évente mintegy 3 millió tonnát hagyományosan almozásra, istállótrágya készítésére használnak fel. A pillangósok, az árpa, a zab szalmájának jelentős tápértéke van. A búzaszalma ammóniás és nátronlúgos feltárással, valamint hőközléssel emészthetővé tehető és így állati takarmányként felhasználható. Az ipar a szalmát cellulóz előállításra, illetve papírgyártásra használja fel. A felhasznált mennyiség nem jelentős, és elsősorban csak a papírgyár környékén elhelyezkedő gazdaságokra terjed ki. A megtermelt mennyiségnek csak mintegy felét használják fel, a másik fele rendelkezésre áll hőtermelés céljára. A szalma égési tulajdonságai jók, betakarításkori nedvességtartalma alacsony (10–20%).

A szalmát ma általában kis-és nagybálásan takarítják be. A szalmabálák tárolása szérűn kazalba rakva végezhető. A jól fedhető négyszög keresztmetszetű, négy bála szélességű és négy bála magasságú kazalban 300–400 db bála helyezhető el. A szögletes bálák gondosabb takarást igényelnek, egyes helyeken fóliával takarják a kazlakat.

A szántóföldeken a legnagyobb mennyiségben a kukorica melléktermékei keletkeznek. A több mint 12 millió tonna melléktermék 90%-a a szár és levél, kb. 10%-a a kukoricacsutka.

A kukoricaszár hasznosítás jelenleg legelterjedtebb módja a beszántás, mely a vetésterület kb. 93–94%-án történik. A cellulózhatás elkerülése érdekében a talajba nagymennyiségű nitrogénműtrágyát is ki kell juttatni, ami jelentős mértékben növeli a költségeket. A leveles kukoricaszár tápértéke valamivel nagyobb, mint a gabonafélék szalmájáé, így takarmánykénti hasznosítása is előnyösebb. A korán betakarított kukoricaszárból a kérődzők számára viszonylag jó minőségű siló készíthető. A nagybálákban betakarított kukoricaszár ballaszttakarmányként is számításba vehető. A különböző tények együttes hatására várhatóan a kukoricaszár 4–6%-át fogják takarmányozási célra felhasználni.

Hőenergia nyerés céljaira az új technológiákat is figyelembe véve igen jelentős mennyiségű kukoricaszár áll rendelkezésünkre. A tüzelésre való hasznosítást azonban a kukoricaszár magas, 40–65%-os nedveségtartalma nagyon megnehezíti. A nedvességtartalom nagysága nagyban függ a betakarítás időpontjától és a betakarításkori időjárástól. Sajnos ezideig még nem sikerült olyan technológiát találni, amellyel a kukoricaszár nedvességtartalmát nagyobb ráfordítások nélkül, természetes úton, 15–20%-ra lehetne csökkenteni.

Jelenleg a kukoricaszárat egyéb tüzelőanyagokkal keverve tüzelik a legtöbb helyen. Újabban a szár megszárításával és brikettálásával is próbálkoznak, így nemesített, jó minőségű tüzelőanyagot nyerünk, de jelenleg még igen drágán.

A kukoricacsutka nagyobb mennyiségben, kb. 50 000 ha vetésterületről a hibridüzemeknél áll rendelkezésünkre, ahol a főtermék betakarítása csövesen történik. A hibridvetőmag-üzemekben a csutka jól felhasználható a hőenergia előállítására, ugyanis a vetőmag szárítása csövesen történik, tehát a csutka is szárításra kerül. A keletkező nagymennyiségű 12–16%-os nedvességtartalomra leszáradt csutka fedezi a vetőmagszárítás hőigényét.

A kukoricaszárat szecskázva vagy bálázva takaríthatják be. A szecskázott kukoricaszár hosszabb időre nem tárolható. A kukoricaszár bálák tárolása is a nagy nedvességtartalmuk miatt fokozott gondosságot és körültekintést igényel. A bálák a bálázás után közvetlenül nem kazalozhatók, mert öngyulladás léphet fel. A bálákat egysorosan tárolják, így viszont azok nagy területet foglalnak el, és a beázás elleni védelem sem megoldott.

A szőlővenyige és gyümölcsnyesedék nagytömegű előfordulási helyei eltérőek a szántóföldi melléktermékekétől, és az egy-egy gazdaságban keletkező mennyiség is lényegesen kisebb (200–600 tonna). A szőlővenyigében és gyümölcsnyesedékben bővelkedő megyék: Bács-Kiskun, Borsod-Abaúj-Zemplén, Heves, Pest, Szabolcs-Szat-már, Zala. A szőlővenyige és gyümölcsfanyesedék önmagában is, de egyes helyeken a szántóföldi melléktermékekkel együtt jelentős tüzelő-anyagforrás lehet.

A nagyüzemi szőlőültetvények évenkénti metszése során keletkező venyige menynyisége jelentős (150–200 ezer tonna). Ennek a nagyobbik részét ma még a szőlősorokból történő kihúzást követően a szabadban elégetik. Kisebbik részét pedig, ahol erre megvannak az eszközök összezúzzák és a talajba keverik. A venyige viszonylag ma-gas fűtőértéke miatt jól tüzelhető. A venyige apríték, illetve a venyigebálák kazalban jól tárolhatók.

A gyümölcsfák ritkító metszése során évente valamivel kisebb, 4–5 évenként a felújítások során nagyobb mennyiségű nyesedék keletkezik. Az éves mennyiség kb. 400–500 ezer tonna. A nyesedék fűtőértéke a venyigéhez hasonlóan viszonylag magas és aprítva jól tüzelhető. A száraz körülmények között készített apríték kazalban jól tárolható.

(forrás: http://www.hik.hu/tankonyvtar/site/books/b108/ch02s06s01.html)

A melléktermékek a betakarítás és betárolás után legtöbbször még nem tüzelhetők el közvetlenül a tüzelőberendezésekben, hanem még különböző előkészítő műveleteket igényelnek.

1. Előfeldolgozás nélküli kiszolgálás

   Azoknál a tüzelőberendezéseknél, amelyek tűzterében a mezőgazdasági melléktermékek a betakarítás utáni állapotban (bálázott, szálas, vagy szecskázott formában) elégethetők, a tüzelőberendezések kiszolgálása közvetlenül a tárolóhelyről történhet. A legtöbbször ilyen esetekben is a tüzelőberendezés közvetlen közelében, a naponta eltüzelendő mennyiség tárolására alkalmas előtárolót létesítenek. A kisméretű szalmabálák kézi rakodással és gépi szállítással juttathatók el és adagolhatók a tüzelőberendezés behordó szerkezetéhez.

   A nagybálát egészben fogadni tudó tüzelőberendezések kiszolgálása közvetlenül traktoros homlokrakodóval vagy a tüzelőberendezéshez kialakított kötöttpályás anyagmozgató rendszerrel történhet a közelben levő előtárolóból. Az előtárolók feltöltésére a betakarításkor használatos rakodó és szállítóeszközök alkalmasak.

   A hosszúszálú szálas anyagot fogadni képes tüzelőberendezések kiszolgálásához felhasználhatók a bálabontó gépek, amelyek a kötözőanyaguktól megszabadított különböző alakú és méretű, kis-és nagybálákat feldarabolva, szálas formában, szabályozható mennyiségben a tüzelőberendezés behordó szerkezetére adagolják. Egyes melléktermék-tüzelőknél a bálabontó szerkezet a tüzelőanyag adagoló szerkezet szerves része.

   A szecskázva betakarított melléktermékek ömlesztve szállíthatók a tüzelőberendezéshez. A szállítójármű ürítése a fogadóasztalra történik, amelyről szabályozható mennyiségben adagolható az anyag a tüzelőberendezésbe. Az aprított tüzelőanyagot szállítócsiga, szállítószalag, rédler, vagy pneumatikus szállító adagolhatja és szállíthatja a tüzelőberendezésbe. Egyes előtárolóknál hidraulikusan működtetett kitároló berendezés juttatja az anyagot a szállító rendszerbe. Egyszerű megoldás az, mikor fedett előtároló térből az ömlesztett anyagot traktoros toló-lappal juttatják a megfelelően kialakított fogadóműre, amely a tüzelőberendezés táplálását látja el.

2. Előaprítás

   A rövid szecskával üzemelő tüzelőberendezéseket rendszerint aprító-szecskázó gépekkel is felszerelik, amelyek a kívánt méretűre darabolják a tüzelőanyagot és azt az előtárolóba juttatják.

   A szálas anyagot szecskázni képes aprítók kiszolgálásához felhasználhatók a bálabontó adagoló gépek. Ezek a gépek közvetlenül az aprítóberendezésbe juttatják az elődarabolt szalmát vagy kukoricaszárat. A csak előaprított anyagot fogadó tüzelőberendezések melletti szecskázók elé bálabontó-aprító gépek állíthatók a technológiai sorba. Ezekkel a szükséges méretőűre előaprítható a kis-, vagy nagybálás tüzelőanyag.

3. Aprítás, keverés

   A szecskázott melléktermékeket igénylő, aprító nélkül épült tüzelőberendezések kiszolgálására 4–5 cm méretű szecskát előállító szecskázók és zúzók használhatók. Hengeres és szögletes bálák aprítására egyaránt alkalmasak a bálabontó aprító gépek. Az aprított melléktermékekkel üzemelő tüzelőberendezésekhez szükségesnek látszik olyan univerzális tüzelőanyag fogadó-gépsor kialakítása, amely nemcsak a szántóföldi melléktermékeket képes fogadni, hanem a szőlő és gyümölcsfanyesedék, vágástéri fahulladék fogadását és aprítását is megoldja.

   A tüzelőanyag nedvességtartalmának beállításához, illetve a tüzelőanyag homogenitásának biztosításához szükség lehet az előtárolóba kerülő melléktermékek és egyéb, főleg ipari, papíripari-, faipari stb. hulladék-anyagok összekeverésére a tüzelő előtt. Különösen az őszi időszakban a nagy nedvességtartalmú kukoricaszár tüzelése esetén szükséges pl. gabonaszalma, fahulladék bekeverésével javítani a tüzelőanyag minőségét. A keverés a különböző anyagokat aprító berendezések, vagy az előtárolót töltő gépek párhuzamos üzemeltetésével lehetséges.

4. Brikettálás

   A mezőgazdasági és erdészeti melléktermékek hagyományos tüzelőberendezésben való eltüzeléséhez az egyik lehetőség az anyag tömörítése. Ezt a gyakorlatban brikettálásnak vagy pelletálásnak nevezik.

   Brikettnek nevezzük – az ismert prések adottságaiból kiindulva – az ∅ 50 mm vagy ennél nagyobb kör, négyszög, sokszög, vagy egyéb profilú tömörítvényeket, melyeket mező-és erdőgazdasági melléktermékekből állítanak elő. Brikettet dugattyús és csigás préseken gyártanak.

   Pellet elnevezést kapott a körcellás, görgős préseken készített ∅ 3–25 mm-es tömörítvény, mely a takarmányliszt üzemek létesítéséhez vált széles körben ismertté. A tüzelésre szánt nagyobb tömörségű ∅ 10–25 mm-es pelletnek „tűzipellet” megnevezést adtunk.

   A tüzelési célra alkalmas biobrikett, vagy tűzipellet legfőbb jellemzője a nagy sűrűség, tömörség (1–1,3 g/cm3), melyet 800 bar-nál (800 kg/cm2-nél) nagyobb nyomással lehet elérni.

   A melléktermékekből a biobrikettet rendszerint kötőanyag nélkül készítik. Gyakran célszerű különböző melléktermékek összekeverése, ill. bekeverése. A fűrészpornak, fenyőfakéregnek, viasznak adalékanyagkénti hozzáadása a szalmához javítja a biobrikett szilárdságát, de lehet az adalékanyagnak kondicionáló (nedvességtartalom beállító) szerepe is.

   A különböző melléktermékek nedvességtartalma és tömöríthetősége igen változó, de az előállítás során a végtermék, a biobrikett vagy tűzipellet 1–1,3 g/cm3 tömörségű, és nedvességtartalma legfeljebb 10–12% lesz.

   A tömörségen kívül az alacsony nedvességtartalom az, mely igen kedvező tüzeléstechnikai tulajdonságokat ad a brikettált mellékterméknek. A biobrikett ezenkívül csak éghető (meddő nélküli) anyagokat tartalmaz.

   A biobrikett-gyártás céljára elsősorban a 20% alatti nedvességtartalmú melléktermékek vehetők számításba.

   A brikettálásra ajánlott, mezőgazdasági üzemben keletkező melléktermékek:

   • a kalászosok szalmája,
   • a repce és szójaszalma,
   • kukoricaszár,
   • egyéb hulladék szalmaféleségek.

   Az ipari feldolgozás során keletkező anyagok:

   • nád, len és kender pozdorja,
   • rizshéj és napraforgóhéj.

   Erdészeti és faipari melléktermékek:

   • fűrészpor, csiszolatpor,
   • faforgács, fahulladék,
   • fakéreg.

Magyarországon a biobrikett-gyártásra igénybe vehető szalma mennyisége mintegy 1 millió tonnára becsülhető anélkül, hogy a szalma hagyományos felhasználási területein – állattartás, talajerővisszapótlás stb. – hiány keletkezne. A szalmafelesleg elsősorban az Alföldön és az állattartással nem, vagy mérsékelten foglalkozó gazdaságokban keletkezik, éppen ott, ahonnan a legtávolabb esnek a szénbányák.

A kukoricaszárból is jó minőségű biobrikett készíthető, de nagy hátránya, hogy a 30–50%-os nedvességtartalma miatt az alapanyag-előkészítés energiaigénye, és ezzel a költségráfordítás nagysága is megnő.

A szántóföldi melléktermékek közül a szalmafélék begyűjtésére és tárolására már kialakult a technológia, a gépsor pedig hazai gyártóktól szerezhető be. Jól szervezett betakarítási technológiával a betakarítási költségek elfogadható szinten tarthatók. Az ipari alapanyag – a fűrészpor, faforgács, fakéreg, nád, len és kender pozdorja – a feldolgozó üzemek mellékterméke, helyben rendelkezésre áll és a helyszínen brikettálható.

A brikettálási eljárások során a présben a 800 kg/cm2 feletti nyomás és annak révén kialakuló 80–150 °C hőmérséklet hatására jön létre az apríték részecskék adhéziós és eddig ismeretlen fizikai, esetleg vegyi folyamattal lejátszódó összetapadása és megjelenik a gépből kijövő 60–80 °C hőmérsékletű biobrikett, mely természetes úton hűl le.

A melléktermékek éppen a különböző fizikai tulajdonságaiknál (apríték nagyság, sűrűség, térfogatsúly, súrlódási tényező stb.) és anyagösszetételüknél (rost-, cellulóz-, nedvességtartalmuknál) fogva a brikettálás során különbözőképpen viselkednek. A brikettprések funkcionális szerkezeteit a gyártók ezen ismeretek birtokában gyártják.

A présgépek legfontosabb részegységei a présfej, a tömörítést végző szerkezeti elemek (a csiga, görgő vagy dugattyú) és a préshüvely, melynek kiképzése, kúpossága és a présfej hűtése vagy fűtése meghatározó az optimális préselési nyomás és hőmérséklet kialakulása szempontjából. A préshüvely kialakításán kívül az alapanyag nedvességtartalma van jelentős befolyással az elvárható adhéziós tapadás kialakulására.

A szántóföldi melléktermékek hengeres bála formájában érkeznek a brikettüzem előtároló terébe. Az előtárolóban célszerű néhány napi brikettprés kapacitásnak megfelelő mennyiségű bálát elhelyezni fedél alatt.

A hengeres báláknak az előtárolóból a bálabontóba rakására traktoros villásemelőt, targoncát, vagy munkabiztonsági szempontból a legjobban megfelelő liftet, vagy könnyű futódarut lehet alkalmazni.

Az ipari feldolgozás során keletkező alapanyagok, pl. a fűrészpor előtárolására tárlósilókat építenek, amelyekből a brikettpréshez a mennyiségi adagolás szabályozható.