A Biomassza Erőművek Egyesülése álláspontja

Az energetikai célú biomassza-termelés és az azt követő villamosenergia-termelés nemzetgazdasági előnyei:

• fenntartható gazdasági növekedés
• EU-források bevonásának lehetősége
• az energiaforrások importfüggősége csökken, növekszik az ellátásbiztonság
• össztársadalmi költségét tekintve a legolcsóbb
• a térségfejlesztés egyik leghatékonyabb eszköze
• a háttériparágak tekintetében vállalkozásfejlesztési hatása van
• kvótákkal nem korlátozott, piacképes termék
• magyar szellemi innováció
• tőke transzfer megvalósulása.
• A bioenergia története, elmélete és fizikája
• A biomassza energetikai hasznosítása
• A biogáz hasznosítása

A bioenergia története, elmélete és fizikája

Története

Napjainkig a tüzelőanyagok történelme lényegében a bio-tüzelőanyagok 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 faggyúgyertyák 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 energiatermelés, 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, amihez a szén sokkal jobb üzemanyag volt, mint a fa.
• A tudományos találékonyság széles körű 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, ami sokkal kisebb készletben állt rendelkezésre. A külszíniszén-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 (légszárított) biomasszát hasznosítanak évente. Az iparosodott nemzetek esetében is a bioüzemanyagok hasznosítása nem elhanyagolható, a fejenkénti átlag 1/3 tonna/év, ami 3%-os elsődleges energiafogyasztást jelent. A megújuló energiaforrások alkalmazásával foglalkozó kutatások az 1970-es évek végén a második energiaár-robbanást követően kezdődtek el. A kifejlesztett, korszerű nagyüzemi biomasszatüzelési 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 előtérbe kerülésének 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 egytizedét 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. Ausztria alternatív energiahasznosítása igen jelentős. Stájer tartományban a biomassza energetikai hasznosítása a primer energia-felhasználáson 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: biogázfejlesztés, 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 energiaigényes folyamataihoz.
• A Föld mai légkörének az összetétele a fotoszintetikus folyamatok eredménye (teljes oxigéntartalma fotoszintetikus eredetű, a fotoszintetikus úton asszimilált szén mennyisége 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 végül is kisugárzódik a Földről, alacsony hőmérsékletű hő formájában, kivéve persze azt a részét, ami 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 bio-tüzelőanyagok közé az energiaforrások széles skálája tartozik a fa egyszerű elégetésétől a városi hulladékégető multi-megawattos erőműig. A biotüzelőanyagok halmazállapota lehet: szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, eredetét tekintve 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 hidrogénatomot tartalmaz, képlete: CH 4 . Az égés során a reakció partnere a kétatomos oxigénmolekula: O 2 . Minden egyes metánmolekula az égése során két oxigénmolekulával 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. (Forrás: http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/megujulo/Biomassza/Biomassza.html)

Az oldal tetejére

A biomassza energetikai hasznosítása Hazai természeti adottságaink élelmiszergazdasági szempontból lehetővé teszik, energiapolitikai és környezetvédelmi szempontból pedig hosszabb távon kikényszerítik a biomassza energetikai hasznosításában rejlő lehetőségeink fokozottabb kihasználását. Mezőgazdaságunk jövőbeni fejlődésében kulcsfontosságú lesz a fenntartható és egyben multifunkcionális jelleg, melynek egyik lehetősége az élelmiszergazdaságban, az erdészetben és a kommunális szektorban képződő biomassza egy részének energetikai felhasználása. A jelenlegi energiaigény és a biomasszában rejlő potenciális lehetőségek A hazai energiaigény az utóbbi esztendőkben 1040 PJ körül alakult, melynek közel 60%-át külföldről hoztuk be. Hazai energia-felhasználásunk meghatározó része a hőenergia, melynek részaránya a lakossági szektorban eléri a 60 - 70%-ot is. A távhőszolgáltatás hazánkban közel 2 millió embert érint és az ország lakásállományának mintegy 17%-át. 109 településen 650 ezer lakás ellátása évente mintegy 55 - 60 Mrd Ft-os költséget jelent a távhőszolgáltató cégeknek. Mivel a helyi önkormányzatok által megállapított távhődíjak - az ezt igénybe vevő lakosság alacsonyabb jövedelmi helyzete miatt - sokszor önköltségi árat jelentenek, ezért a távhőszolgáltatók jelentős része likviditási gondokkal küzd. Az önkormányzatok feladata azonban nemcsak a hőszolgáltatás. Gondoskodniuk kell az ott élők megélhetéséről, az elérhető pályázati források megszerzéséről és a tulajdonukat képező ingatlanok legcélszerűbb felhasználásáról is. Hazánk teljes biomassza-készlete 350 - 360 millió tonnára becsülhető, ebből 105 - 110 millió tonna évente újraképződik és felhasználásra kerül. Az évente képződő szerves anyagok bruttó energiatartalma 1100 - 1200 PJ, ami jóval felülmúlja hazánk teljes energiafelhasználását (1). Nemcsak a potenciális, hanem az energetikai célra ténylegesen javasolható biomassza is óriási mennyiségben áll rendelkezésünkre. Becsléseim és statisztikai adatok alapján a hazai, energiaforrásként felhasználható biomassza éves mennyisége a következő:

• Növénytermesztés: 7-8 millió t melléktermék, 0,5-1 millió t főtermék (repce, kukorica)
• Állattenyésztés: 7-8 millió t melléktermék (almos- és hígtrágya),
• Élelmiszeripar: 150-200 ezer t melléktermék (napraforgóhéj, kukoricacsutka),
• Erdőgazdaság: 3-4 millió tonna faanyag (tűzifa, energiaerdő),
• Települési hulladék: 20-25 millió tonna. (1)

(Forrás : Bai Attila, Debreceni Egyetem, Agrártudományi Centrum Agrárgazdasági és Vidékfejlesztési Kar, Vállalatgazdaságtani Tanszék) Az energetikai célú növénytermesztés irányulhat alternatív motorhajtóanyag-termelésre (alkohol, repce-metil-észter stb.), tüzelőanyag előállításra (biobrikett, energiaerdő, repceolaj). A biomassza termelésének nettó hőenergia hozama a mezőgazdasági és 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). Energiahasznosításából az alábbi növények jöhetnek számításba:

• Különböző fafajok ( energiaerdők - nyár, fűz , akác).
• Magas cukortartalmú haszonnövények (cukorcirok, cukorrépa).
• 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. A biomassza energetikai célokra történő hasznosításának előnyei :

• Kén-dioxid kibocsátás csökkenése. A tüzelési célokra hasznosított biomassza kéntartalma minimális általában 0,1% alatt van.
• Kisebb mértékű korom-kibocsátás.
• Policiklikus aromás szénhidrogének kibocsátásának csökkenése.
• 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.

(Forrás: http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/megujulo/Biomassza/Biomassza.html

Az oldal tetejére

A biogáz hasznosítása

A mezőgazdasági termékelőállítás 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 Magyarországon is alkalmazzák a szennyvíztisztító telepeken a szennyvíziszap, valamint a mezőgazdaságban a hígtrágyák kezelésére, ill. az élelmiszeripari (pl. cukoripar) szennyvizek tisztítására. 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 fejlesztett biogáz égéshője kb. 23.000 kJ/m 3 . Spontán keletkezik, sőt meg is gyullad mocsarakban, lápokban ("lidércfény"), trágyakazlakban, szeméttelepeken. A nyersanyag lehet kommunális hulladék, mezőgazdasági, vagy erdőgazdasági melléktermék. Egy m 3 kommunális hulladékból 60-300 m 3 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 biogáztelepek 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 biogázfejlesztők 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. A biogázképződés során a szerves vegyületek egyszerűbb vegyületekre bomlanak (savas fázis), majd szétesnek alkotóelemeikre, metángázra (kb. 60-70%) és szén-dioxidra (kb. 30-40%) 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 leggazdaságosabb felhasználását a kazánban, illetve légelőmelegítőben történő elégetés biztosítja, mert az elérhető hatásfok 80% körüli. A biogáz hasznosítási lehetőségei:

• termikus hasznosítás: gázmelegítők, gázégők
• komplex hasznosítás:
• elektromos és termikus: gázmotor/turbina generátorral és hőcserélő
• mechanikus és termikus: gázmotor/gázturbina és hőcserélő
• 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. (Forrás: Monoki Ákos:http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/megujulo/Biomassza/Biomassza.html)"

Az oldal tetejére