A KÁROLY RÓBERT FŐISKOLA AGRÁRÉS KÖRNYEZETTUDOMÁNYI KUTATÁSAI
1. FLEISCHMANN RUDOLF KUTATÓINTÉZET A kiváló búzanemesítő, Székács Elemér vezetése alatt álló Magyar Vetőmagnemesítő és Értékesítő Rt. 1918. június 29-én alapította a kutatóintézetet. Az Északi Középhegység közelsége, annak esőárnyéka és téli időjárásának zord jellege határozza meg Kompolt kedvező fekvését a növénynemesítés szempontjából. Vezetőjéül Székács Fleischmann Rudolfot hívta meg, akiről mai nevét az intézet kapta. Tevékenysége új korszakot nyitott a hazai növénynemesítésben. Az elmúlt évtizedek alatt rengeteg kutatási és kísérleti eredmény, új növényfajták megjelenése bizonyítja az intézet sikeres működését. A korábban indított kutatások a mai napig folytatódnak, az intézet alapfeladatai közé tartozik a fajtafenntartás, jelentősebb növényeknél a nemesítési munka. A Kutatóintézet összesen 270 hektáron végzi tevékenységét. Folynak termesztéstechnológiai, tápanyag gazdálkodási és növényvédelmi kísérletek a kukorica, napraforgó, búza, árpa borsó, repce növények tekintetében. Vetőmag előállítást végzünk árpa és búza növényekből. Az Intézet rendelkezik egy felszerelt laborral, ahol az árpa söripari tulajdonságait vizsgálják, jelentős szereppel bír a vetőmagtisztítónk, amely az aprómagvaktól a nagymagvakig alkalmas a tisztításra.
1.1.
Kutatási kompetenciák
Az intézeti alap-feladatok; a fajtafenntartás, a keresettebb növényfajoknál a nemesítési munka folytatódik. Az árpanemesítésben a legintenzívebb a kutatás. Ennek nem csupán a kedvező tájadottságok adnak alapot, de eredményes pályázatok, a mikromalátázás bevezetése, korai generációkban a sörárpa minőségének vizsgálata. A fiatalítás itt hozza meg a kutatási munka gyümölcsét, a publikációt, szaktanácsadást és új, jobb fajtákat. Az egyéb növényeknél változást, arányokat, az eredményesség, pályázati támogatások, kapcsolatok szabnak meg. Legnagyobb veszélyt a vetőmagforgalom csökkenése, a kisebb licencdíj volumen és az egész szakmát sújtó, a növénynemesítés szerepét, mikéntjét megítélő tisztá1
zatlanságok okozzák. A környezetünkért nem csak felelősséget érzünk, de tenni is igyekszünk. Intézetünkben biokísérleteket folytatunk, biovetőmagot állítottunk elő és komolyan vesszük régi fajtáink szerepét, felhasználhatóságuk kérdését, mikéntjét. Ezeket egy az egyben nem lehet használni, termeszteni, de azt a sok kedvező tulajdonságot, amit neves eleink létrehoztak nem hagyjuk eltűnni.
1.2.
Kutatási területek
Őszi árpa nemesítés Az őszi árpa nemesítése az 1960-as évek közepén kezdődött Kompolton, a célkitűzés korai, télálló, nagy termőképességű fajták előállítása volt. A kutatások első sikerét a rendkívül eredményes pályát befutó Kompolti korai fajta (1973) jelentette, amelyet még jelenleg is termesztenek. Alapvetően keresztezéses nemesítésre alapozott pedigree kiválogatást alkalmazunk. Különösen a szárszilárdság és a koraiság elérésében van nagy jelentősége a korábban mutációs nemesítéssel előállított mutánsoknak és utódainak. Munkánkat a szántóföldi rezisztencia nemesítés, és a sörárpa előállításnál a minőségre történő nemesítés egészíti ki. Az őszi árpa nemesítésében célkitűzésünk új nemesítvényeink szárszilárdságának, termőképességének, termésbiztonságának, rezisztenciájának javítása megbízható télállóság mellett. A magyarországi valamennyi főbb ökológiai adottságra és termesztési színvonalhoz tervezünk továbbra is fajtát előállítani (korai, középkorai, hatsoros, kétsoros, intenzív, félintenzív, ökotermesztés). Összesen 25 elismert őszi árpa fajtával rendelkezünk. Az elmúlt időszak elismert fajtái: KH Kárpátia (2010) hatsoros takarmány árpa, KH Boglár (2010) kétsoros takarmány, sörárpa, KH Rudolf (2011) hatsoros takarmány árpa, KH Tarna (2011) kétsoros takarmány, sörárpa, KH Zsombor (2011) hatsoros takarmány árpa. Tavaszi árpa nemesítés A magyarországi változó, szárazságra hajlamos kontinentális klímán is eredményesen termeszthető, megbízható termőképességű, szár- és kalásznyaktörésnek, gombabetegségeknek ellenálló, kiváló söripari tulajdonságokkal rendelkező (alacsony fehérjetartalom, magas osztályozottság, -extrakt tartalom, -végerjedés, -friabilitás, optimális Kolbach-szám, -Hartong-szám, -EBC szín, alacsony N tartalom, -extrakt differencia, -viszkozitás, -β-glükán tartalom stb.) új fajták elállításán dolgozunk. A sörárpatermesztés mellett kiváló termőképességű, szilárdságú, rezisztens, magas fehérjetartalmú tavaszi takarmány árpa fajtákat is előállítunk. 2
Nemesítvényeink termőképessége, biotikus és abiotikus stressz-rezisztenciája jelentős haladást ért el, megfelel a hazai és a nemzetközi elvárásoknak. Új fajtáink és fajtajelöltjeink jó-kiváló termőképesség mellett kiváló betegség elleni rezisztenciával és nagy szintű söripari minőséggel rendelkeznek. Nemesítvényeink nagy részében a lisztharmat elleni immunitást az mlo gén bevitelével alakítottuk ki. Minőségre történő nemesítésünk hatékonyság javítására kiépítettük a saját mikromalátázó és minőségvizsgáló laboratóriumunkat. Jelenleg 16 elismert fajtával rendelkezünk. Az elmúlt időszak elismert fajtái: Kiváló minőségű tavaszi sörárpa KH Szinva (2010) Kiváló termőképességű tavaszi árpák: KH Andrea (2010), KH Lilla (2011), KH Sára (2011), KH Réka (2011), KH Lívia (2012), KH Noémi (2012) Kender fajtafenntartás Intézetünk hat elismert kenderfajtával rendelkezik, ezek: Uniko-B (1969), Kompolti hibrid TC (1983), Fibriko TC (1989), Cannakomp (2003), Lipko (2003), KC Dóra (2009). Évelő rozs fajtafenntartás A SZIE Genetika és Növénynemesítés Tanszéken előállított Perenne évelő rozsot 1998-ban minősítette a szakhatóság (elismerésében az intézet is közreműködött). Félüzemi kipróbálása, vetőmagszaporítása nálunk kezdődött 1997-ben. Az új fajhibrid diploid kultúr rozs (Secale cereale L.) és az évelő vadrozs (Secale montanum Gurs.) előnyös jellegeit mutatja, de lévén igen fiatal faj, így nemesítése, termesztéstechnológiája, genetikai és élettani tulajdonságainak vizsgálata még igen sok feladatot adhat a jövő érdeklődő mezőgazdaságának, kutatóinak. Lucerna fajtafenntartás A lucerna nemesítés az intézetben közel egy évszázados múltra tekint vissza, az első vizsgálatok még az 1910-es években jelentős bimbógubacslégy-kártétel mérséklésére kerestek megoldást. Az 1960-as évektől a hazai és a külföldi fajták magtermőképességének vizsgálata kapott hangsúlyt. A következő évtizedekben az Intézet több hazai és nemzetközi lucerna nemesítési program résztvevője volt, amelyek eredményeként öt új államilag elismert lucernafajta született. 3
Tavaszi zab vetőmag-előállítás Az intézetben kiváló agrotechnikai tulajdonságokkal és nagy termőképességgel rendelkező honosított zabfajták termesztéstechnológiájának vizsgálata folyik. Borsó fajtafenntartás A PANNA szárazságtűrő afila típusú, megbízhatóan nagy termőképességű fuzárium rezisztens sárga magtermés takarmány borsóval folynak kísérletek, amely egy honosított cseh fajta.
1.3.
Kutatási partnerek Dow AgroSciences Hungary Kft. BASF Hungária Kft., Bayer Hungária Kft., Cargill Magyarország Zrt. Cheminova Magyarország Kft. DuPont Magyarország Kft. Fertília Kft. Isterra Közép-Európa Kft. Isterra Magyarország Kft. Kwizda Agro Hungary Kft. Nitrogénművek Zrt. Phylazonit Kereskedelmi és Szolgáltató Kft. Syngenta Magyarország Kft. Yara Hungária Kft.
4
2. A KRF Szőlészeti és Borászati Kutatóintézet Az intézet alaptevékenysége a szőlészeti és borászati kutató-fejlesztő munka. Épülete és szőlőterülete Eger város déli határában fekszik 40 hektáron a „Kőlyuktető természetvédelmi területen”. Ennek nagy része délkeleti- keleti fekvésű, 180 m tengerszint feletti magasságban, enyhén lejtős domboldalon terül el. Az intézet munkatársai a kutatás mellett oktatási tevékenységet is végeznek.
2.1.
Kísérleti borászati és analitikai kutatások
A kutatási tevékenység célja a különböző genotípusok, klónok termesztési értékeinek feltérképezése, valamint a különböző évjáratok boraikra gyakorolt hatásainak elemzése. Az intézet területén közel 750 genotípus található. A fajtaérték kutatás mellett, különböző borászati technológiai eljárások (erjesztési hőmérséklet, optimális héjon tartási idő, különböző élesztőtörzsek és tápsók használata, házasítási kísérletek stb.) tesztelése és fejlesztése is folyik az intézetben. A számítógéppel irányított mikrovinifikációs rendszer teszi lehetővé, hogy a szőlészeti kutatások borászati tételeit is (pl. különböző szőlészeti technológiák, termőhelyek és szüreti időpontok borminőségre gyakorolt hatását stb.) kontrollált körülmények között készítsük el. A mikrovinifikációs rendszer mellett közepes (mezovinifikációs) és üzemi méretű borkészítési technológiával is rendelkezünk. Ezekben a tartályokban szintén lehetőség van arra, hogy az erjesztés irányított módon történjen, tehát az adott fajtának, előállítandó bortípusnak megfelelő technológiai körülményeket biztosítsuk. Az elkészült kísérleti és üzemi tételek érzékszervi és analitikai vizsgálaton esnek át. A rutinanalitikai vizsgálatokat a kutatóintézet borászati laboratóriumában végezzük el. Ezek a mérések a borok (alkohol, sav, pH, kén, fenolos komponensek stb.), a must (cukor, sav, pH) valamint a bogyóhéj kivonatok (fenolos komponensek) vizsgálatát valamint speciális borászati vizsgálatokat (pl. derítési próbák, palackállóság) céloznak meg. A tevékenység kettős célt szolgál, egyrészt a már korábban említett kísérletek eredményességének kimutatását, valamint szaktanácsadási tevékenység végzését a borvidék termelői számára.
5
2.2.
Élettani és érésdinamikai kutatások
Az kutatások az abiotikus környezeti tényezők, valamint a különböző termesztéstechnológiai alkalmazásoknak a szőlő élettanára és a szőlőbogyók érettségi állapotára gyakorolt hatásaira fókuszálnak Egyik fontos kutatási terület a vízellátottság hatásának vizsgálata a szőlő fotoszintetikus működésére és vízháztartására. Infravörös gázanalizátorral nyomon tudjuk követni a levelek nettó szén-dioxid asszimilációs rátáját, a transzspirációs rátát, valamint a levelek fonákán elhelyezkedő légcserenyílások nyitottsági állapotát. Ez utóbbi érték a sztómakonduktancia, a vízhiány szempontjából fontos stresszállapotot jelző paraméter. A gázcsere mérések mellett a levelek fotoszintetikus aktivitását hordozható fluoriméterrel is nyomon tudjuk követni. A növények vízállapotát terepi körülmények között is használható nyomáskamrával tudjuk mérni. Ennek során a megállapíthatjuk a levelek aktuális vízpotenciál értékét, valamint nyomás-térfogat görbék felvételezésével az adott fajta vízhiánynyal szembeni sejt-szövet szintű alkalmazkodó képességét is jellemezni tudjuk. A szabadföldi kísérletek során az adott területről több változót nyomon követünk (klimatikus tényezők, talajnedvesség), amelyek a szőlő élettani és érésdinamikai tulajdonságait közvetlenül befolyásolhatják. A területeken automata meteorológia állomások vannak kihelyezve, amelyek az alap klimatikus paramétereket gyűjtik. A talajnedvesség változását hordozható talajnedvesség mérővel követjük nyomon. Az említett mérési módszereket a további kutatási területeken alkalmazzuk: Növényvédőszerek, lombtrágyák hatásának vizsgálata a levelek asszimiláta termelésére. Különböző tápanyag ellátottság hatásainak kimutatása. Fajták karakterizálása és leírása stressztűrés szempontjából. Eltérő ökológiai feltételekkel rendelkező termőhelyek karakterizálása. Az érésdinamikai kutatások elsősorban a szőlőbogyók fenolos érésének vizsgálatát célozzák meg. Ennek a témának a kutatása azért fontos, mert a cukorérettség és a fenolos érettség nem minden esetben esik azonos időpontba. Ez a jelenség diszharmóniát okozhat a borok élvezeti értékében. A fenolos érettség meghatározása viszonylag költséges eljárás, laborháttérhez kötött és hosszú időt igényel. Ezért olyan módszerek fejlesztése és alkalmazása indokolt, amelyekkel gyorsan és megbízhatóan lehet a fent említett paramétereket meghatározni. A szőlőbogyó héjában az érés során felhalmozódó színanyagok mennyiségét optikai szenzorral is nyomon lehet követni. Erre a célra alkalmazunk egy olyan optikai szenzort, (Multiplex Research, Force-A) amellyel terepi körülmények között lehet 6
mérni és a szőlőtőkén lévő fürtök színanyag tartalmára vonatkozóan kapunk indexszámokat A műszer GPS-szel van ellátva, tehát a mintavételek pontos koordinátáit is dokumentálni lehet. A műszert minden fajtára külön kell kalibrálni, amelyhez analitikai módszerek szükségesek. A színanyagok kivonhatósága nagymértékben függ a bogyóhéj textúra jellemzőitől. A szőlőbogyók textúra tulajdonságainak érés során bekövetkező változásait egy nagy érzékenységű erőmérővel lehet nyomon követni. A műszer az idő-erő-út viszonylatában írja le a bogyók egyegy textúra paraméterének karakterisztikáját. Összesen 12 közvetlen és származtatott textúra paraméter változása mérhető az érés folyamán. Egyes textúra jellemzők változása szoros összefüggést mutat a színanyagok kivonhatóságával. A bogyók textúra jellemzőinek nyomon követése támpontot ad az optimális szüreti időpont megválasztásához.
2.3.
Molekuláris biológiai kutatások
Laboratóriumunk több év óta foglalkozik a szőlő gomba kórokozóinak vizsgálatával. Vizsgálataink célja többirányú, elméleti és gyakorlati vonatkozással egyaránt rendelkeznek. Munkánk során kiemelt figyelmet fordítunk a kórokozók rezisztencia biológiájának vizsgálatára klasszikus fungicid-rezisztencia tesztek végzésével, illetve rezisztencia gének molekuláris markereinek vizsgálatával. Nagy hangsúlyt fektetünk olyan alapkutatások folytatására, amelyek a kórokozók genetikáját, populációgenetikáját és filogenetikáját vizsgálják, hogy biológiájukat jobban megértve hozzájárulhassunk a hatékonyabb növényvédelem megvalósításához. Kutatásaink és vizsgálataink során különös hangsúlyt fektetünk a korszerű molekuláris biológiai, populációgenetikai és filogenetikai módszerek alkalmazására, illetve ezek kombinálására a növénykórtan hagyományos kellék- és eszköztárával, maximálisan törekedve ugyanakkor arra, hogy munkánkkal nem csak a tudományos elvárásoknak, hanem a gyakorlati növényvédelem céljait és elvárásait is megpróbáljuk kiszolgálni. A Mikrobiológiai Laboratóriumban történik a különböző begyűjtött kórokozók izolátumainak fenntartása és jellemzése. Az obligát biotróf kórokozók gyűjtése fertőzött növényi részekkel történik, amelyeken a kórokozók friss sporulációja látható. Ezeket maximum 12 órán belül laboratóriumba szállítjuk, ahol in vitro fenntartott gazdanövény-leveleket közel-steril körülmények között megfertőzzük néhány konídiummal. Az ily módon inokulált levélkultúrákat fénykamrában tartjuk, a felsza7
porodó lisztharmat-telepek konídiumait pedig felhasználjuk vizsgálatainkhoz. A szürkepenész, feketerothadás, tőke elhalást okozó kórokozók gyűjtése szintén fertőzött növényi részekről történik, melyekről aztán laboratóriumi körülmények között történik a kórokozók izolálása és táptalajra oltása, valamint mikroszkópos vizsgálata, azonosítása és jellemzése. A Molekuláris biológiai laboratóriumban az izolátumok genetikai variabilitásának vizsgálatához különböző markerek szekvencia analízise, a mikroszatellitek és transzpozon mintázat vizsgálata szolgáltat elegendő információt populációs paraméterek meghatározására, melyet bioinformatikai analízissel elemzünk. A különböző kórokozó gombafajok azonosítását különböző PCR alapú módszerekkel végezzük specifikus primerek vagy univerzális gomba ITS primerek segítségével. Irodalmi adatok alapján a fungicid-rezisztenciát a CYP51 gén esetében az Y136F pontmutáció, valamint a citokróm bc1 fehérjét kódoló gén esetében G143A pontmutáció eredményezi, melyek specifikus primerekkel kimutathatók. A mutációk vizsgálata, illetve további markerek alkalmazhatósága részletesebb képet nyújthat a populációk dinamikájáról. A molekuláris vizsgálatokhoz szükséges sejtfeltárási és DNS izolálási lépéseket egy Roche Magnalyser sejtfeltáró készülék, centrifugák és termosztátok, valamint egy Qiagen Qiacube izoláló automata berendezés segíti. A további molekuláris biológiai elemzésekhez a Qiagen Qiagility PCR összemérő robotja áll rendelkezésünkre a PCR és qPCR reakciók összeállításához. A PCR reakciókat egy Biorad 48 férőhelyes MJ Mini és 98 férőhelyes gradiens C1000 ThermalCycler használatával végezzük. A kész PCR termékek vizsgálatát külön laboratóriumban elhelyezett normál gél elektroforézis rendszerekkel vagy egyéb esetekben a Qiagen Qiaxcell kapilláris gélelektoforézis rendszere segítségével vizsgáljuk. A real-time PCR reakciókat igénylő vizsgálatok tervezéséhez és kivitelezéséhez egy a Corbett RotoGen 6000 készülék áll rendelkezésünkre, melyet az összemérő fülkéjével együtt külön laboratóriumban helyeztünk el. Ugyanez a QPCR és elektroforézis laboratórium tartalmazza a hagyományos gélelektroforézishez használt BioRad elektroforézis és detektáló rendszerét, valamint az Elchrom nagy felbontású precast gélekre épülő elektroforézis rendszerét is. A Termosztát és inkubátor helység a helyszíne a laboratóriumi fungicid-rezisztencia vizsgálatoknak. A fungicid-rezisztencia állapot felmérésére szenzitivitási küszöb meghatározására van szükség a leggyakrabban használt fungicidekre „baseline” analízissel, az ültetvényekben használt fungicidekkel szembeni rezisztencia szintek változását, és a különböző fungicid-rezisztenciák közti összefüggések, keresztrezisztenciák és negatív keresztrezisztenciák meghatározását végezzük el. A kísérletek kivitelezését mérgezett agaron Petri-csészékben végezzük, a termosztáláshoz egy Binder hűthető-fűthető termosztátot használunk, míg az egésznövényes kísérletek végzésére egy Witeg Wisecube 1000 literes inkubátor áll rendelkezésre. 8
3. OKTATÓ ÉS KUTATÓ LABORATÓRIUM 3.1.
A laboratórium rövid bemutatása
Károly Róbert Főiskola, Oktató és kutató Laboratóriuma 3213 Atkár, Tass-puszta, hrsz. 0165 ,,L” épület)
A Károly Róbert Főiskola tass-pusztai telephelyén működik egy korszerű oktatói laboratóriumokkal, több mint 150 fő befogadására alkalmas előadóteremmel valamint korszerű analitikai eszközökkel és berendezésekkel felszerelt oktató-kutató laboratórium.
A laboratóriumban folyó oktatási tevékenység szorosan kötődik a főiskolán folyó FOSZ, alap és mesterképzési kurzusok kémiai jellegű tantárgyaihoz. A Károly Róbert Főiskola agrár szakterületen tanuló hallgatói számára az Oktató és kutató Laboratórium biztosít infrastrukturális feltételeket a növényvédelemhez, talajtanhoz és élelmiszeriparhoz kapcsolódó kémiai és egyes technológiai kompetenciák elsajátításához. A laboratóriumban folyó vizsgálatok számos szakdolgozat elvégzéséhez biztosítottak hátteret.
3.2.
Műszerezettség
A laboratórium műszerezettsége hazai viszonylatban kiemelkedő:
kromatográfiás eszközök: GC, GCMS, HPLC elemanalízis: CNS és TOC elemanalizátor optikai abszorpciós és emissziós eszközök: AAS készülék, fotométerek
9
3.3.
Kutatásszolgáltatás
A kutatásszolgáltatások két fő területre bonthatók, egyrészt a laboratóriumi vizsgálatokra, másrészt, ahhoz szervesen kapcsolódva a szaktanácsadásra. Laboratóriumi vizsgálatok
agráriumhoz, élelmiszeriparhoz, hulladékgazdálkodáshoz, környezetiparhoz kapcsolódó vizsgálatok.
Agráriumhoz kapcsolódó vizsgálatok • • •
Növényvédőszer maradványok Tápelemek (talajban, növényi részekben) Tápanyag-gazdálkodással kapcsolatos tanácsadás
Élelmiszeriparhoz kapcsolódó vizsgálatok
Nedvesség-, szerves anyag-, hamutartalom meghatározása Fehérjetartalom, aminosav összetétel, N-formák vizsgálata Klorofiltartalom, antioxidánsok, vitaminok mérése Pálinka- és borvizsgálat Mikotoxin vizsgálatok Aminosav-összetétel meghatározása Tápelemek meghatározása Fémek vizsgálata Szerves savak vizsgálata Zsírsav összetétel, trigliceridek vizsgálata Tejzsír idegenzsír tartalom vizsgálat Fitoszterolok vizsgálata Savfok meghatározás Cukrok meghatározása
Egyéb tevékenységek
Egyedi analitikai feladatok megoldása- igény szerint helyszíni mintavétellel Minta-előkészítés – preparatív feladatok Szakmai tanácsadás – probléma megoldás
10
3.4.
Jelenleg a laboratóriumban folyó kutatási pályázatok
Települési szilárd hulladék nem égetéssel történő hasznosítása Kísérleteink célja a települési szilárd hulladék jellemzése és a települési könnyű frakció másodnyersanyagként való hasznosítása pirolízissel. A pirolízist egy szakaszos eljárású fél üzemi méretű berendezésben valósítjuk meg (6. kép), melynek termékei: különböző szénatomszámú szénhidrogének, szilárd maradékok és kis szénatomszámú gázkeverékek. Cél a technológiai fejlesztés, és a hozzá tartozó analitikai vizsgálatok elvégzése, a minél jobb kitermelés és a kedvező energiamérleg elérése érdekében. Baromfi vágóhídi hulladékok biogáz célú hasznosításának fejlesztése biotechnológiai eszközökkel Pályázatunk célja állati eredetű hulladékoknak a jelenlegi gyakorlatnál lényegesen jobb hatásfokú biogáz célú hasznosíthatóságának kidolgozása, mely alapjaiban változtatja meg a biogázüzemek alapanyag felhasználását és receptúragyakorlatát. A metabolikus útvonalakat világviszonylatban is egyedülálló módon, genomikai eszközökkel vizsgáljuk. A genomikai módszerek segítségével DNS kivonásával meghatározhatók a mikrobiális közösségek résztvevői és dinamikájuk is. A szűk C/N arányhoz szabott mikrobiális konzorciumok szelekciójával előállíthatók olyan stressz tűrő képességű törzsek, amelyek jobban alkalmazkodnak az állati hulladékok miatt a fermentorban előálló, az optimálistól eltérő körülményekhez. A kénanyagcsere metabolikus útvonalainak feltárásával a biogáz kéntelenítésének teljesen új módja dolgozható ki. Feladataink: A mikrobiológiai kezelést megelőző fizikai előkezelések hatásának laboratóriumi vizsgálata Receptúrák összeállítása, laboratóriumi fermentációs vizsgálatok végzése Az analitikai vizsgálatok a receptúra minőségi paramétereinek (szárazanyag és szerves anyag, szén, nitrogén, illékony zsírsav és összes zsírsav, cellulóz), ill. végtermékek (CO2, H2S, CH4) meghatározására irányulnak. 11
A kénformák analitikai vizsgálata a biogáz fejlesztés folyamata során Az ecetsav-szulfát arány optimalizálás mikrobiológiai hátterének vizsgálata. A kénanyagcsere befolyásolása a biogáz kénhidrogén tartalmának csökkentése céljából, biológiai kénoxidáció fokozása a fermentortérben oltóanyagok tesztelése. A különböző kénformák analitikai vizsgálata, a szulfát-redukció fokának vizsgálata a kémhatás, az ecetsav-koncentráció, valamit a szubsztrát szulfáttartalmának függvényében
Második generációs bioetanol gyártás nyárfából és mezőgazdasági hulladékból A világon a legnagyobb mennyiségben előállított bioüzemanyag a bioetanol. A pályázatban második generációs, lignocellulóz alapú bioetanol előállítási technológiát vizsgálunk, melynek nagy előnye, hogy mezőgazdasági, erdészeti és faipari hulladékot valamint az élelmiszer és takarmányozási célokra nem szolgáló növényeket hasznosítja. Feladataink: - A bioetanol előállítás lehetséges alapanyagainak minőségi vizsgálata - Cellulózfeltárás: az alapanyag fizikai-kémiai feltárása - Cellulóz biológiai hidrolízise fermentálható cukrokká laborkísérletekben - Hidrolizált minta fermetálása etanollá laborkísérletekben - A bioetanol előállítás melléktermékeinek azonosítása, jellemzése - A laborkísérletek energetikai jellemzése
12
4. BIOENERGETIKA – ZÖLDENERGIA KUTATÁSOK Az intézmény kutatási portfoliójában hangsúlyos szerepet kapott a kevésbé jó minőségű mezőgazdasági területek, úgynevezett marginális területek hasznosíthatósága. Ezek a területek – magas ráfordítási igényük, az időjárási kitettségük miatt – a mezőgazdasági termelésre kevésbé alkalmasak, ugyanakkor energianövények hasznosítását kiválóan szolgálhatják. A Károly Róbert Főiskola kiemelt kutatási területe a zöldenergia. Egyre több tény bizonyítja azt, hogy a hagyományos energiahordozók a kőolaj és a földgáz készletek vészesen fogynak, az áruk pedig egyre magasabb lesz. Ráadásul Magyarország energia függősége az Európai Unión belül is a legmagasabb közé tartozik, hiszen energiafelhasználásunk több mint 50%-a importból származik, különösen a kőolaj, valamint a földgáz esetében magas az arány. Az egyik alternatíva ennek a helyzetnek a kezelésére a zöldenergia. Több nagy kutatási programot valósítottunk meg annak érdekében, hogy megtaláljuk Heves megye és az Észak-magyarországi régió leghatékonyabb zöldenergia termelési és hasznosítási lehetőségeit. Kiterjedt kísérleteket folytatunk annak érdekében, hogy a Heves megyében található különböző talajtípusokra megtaláljuk a legnagyobb energiahozamot adó fafajtákat. Kísérleteink tanulsága szerint a nedvesebb talajú termőhelyekre a bokorfüzek, az üde talajokra a nemes nyárak és a homoktalajokra, dombos területekre az akác a legalkalmasabb energiatermelő fafaj megyénkben. Meglepően jó eredményeket értünk el a pusztaszil fafajjal, mert az a kifejezetten kötött talajon is kiváló energia hozamot ad, márpedig Heves megyében is több ezer hektár olyan terület van, amelynek talaja erősen kötött, emiatt hasznosítási lehetősége viszonylag korlátozott. A zöldenergia lehetővé teszi a jelenleg nem hasznosított gyepterületek energia célú hasznosítását, a parlag területek beültetését és kultúrállapotba hozását miáltal megszűnnek, mint allergén növények termőhelyei, ezáltal csökkentik az allergiától szenvedő embertársaink kínjait. A zöldenergia új munkahelyeket teremthet oly módon, hogy közben növeli a helyben maradó bevételt, sőt a helyben maradó hasznot is, mert ahelyett, hogy a kőolajat, földgázt szállító ország vállalkozói, lakosai jutnának bevételhez az energia számlánk kiegyenlítésekor, nos helyettük az adott régió 13
vállalkozói, lakosai jutnak bevételhez és nyereséghez. A zöldenergia előállításnak és hasznosításnak további előnye az, hogy csökkenti a környezet terhelését, hiszen az energetikai faültetvény élete során mérsékli a víz és a szél talajromboló hatását, megköti a szállópor jelentős részét, vagyis tisztítja a levegőt; a talaj vízét, tápanyagait és a szén-dioxidot felhasználva a napenergia segítségével hozza létre az energiát adó fát. Amikor ezt a fát elégetjük, hogy energiáját kinyerjük, akkor tulajdonképpen nem szaporítjuk a levegő szén-dioxid terhelését, mert csupán az történik, hogy a fa által lekötött szén-dioxid visszakerül a levegőbe.
4.1.
Növekedési és hozamvizsgálatok
A Károly Róbert Főiskola több éven át tartó kísérleteket folytatott többek között a legnagyobb energia hozamot adó, szárazságtoleráló fafajták szelekciójára, előállítására különböző adottságú fatermőhelyeken. Kisparcellás, illetve üzemi méretű parcellákon egyaránt zajlottak vizsgálatok, amelyek során hossz és gyökfőátmérők rendszeres mérése alapján hozamszámításokra is sor került. A vizsgálatok során a következő fafajok/fajták alkalmazására került sor. Akác Ezüstfa F1 bokorfűz (kísérleti klón) F2 bokorfűz (kísérleti klón) Gyalogakác
Japán fűz Mirabolán Monviso nyár Puszta szil
Raspalje nyár Sajmeggy Tamariska Zöld juhar
További cél szelekciós nemesítéssel történő fűzfajták előállítása volt, amely maximális tömegű, és energia tartalmú dendromassza termelésére képes, betegségekkel szemben ellenálló, szárazságtoleráló, a hazai termőhelyi viszonyok között minél szélesebb körben alkalmazható fűz fajták előállítása. Az F1 és F3 nevű füzek fajtajelöltként való bejelentésére 2013 tavaszán került sor. Magyarországon több száz éve termesztenek különböző bokorfüzeket, de az eddigi kutatások elsősorban a fonófűz szelektálására irányultak, így rögtön az első szelekciónál kizárták az 1-2 éves korban nagyon gyorsan növő durva, vastag ágas, fonásra alkalmatlan egyedeket. Ezért az igen rövid vágásfordulójú dendromassza ültetvények létesítésére alkalmas klónok kerültek kiválasztásra, ahol a – betegségekkel szembeni ellenállóképesség mellett - fő szempont volt az 1-3 éves fahozam mértéke. Ezeket összehasonlító fajtakísérletekben kellett tovább vizsgálni és kiválasztani a hazai, kedvezőtlen termőhelyi viszonyokhoz jól alkalmazkodó, legnagyobb tömeg és fűtőérték előállítására alkalmas klónokat. Ezekből került előállításra a zöldenergia fa ültetvények létesítéséhez szükséges fűz szaporítóanyag, amelytől a jóval drágább és a hazai ökológiai viszonyokhoz kevésbé alkalmazkodó külföldi szaporítóanyag behozatal volumenének csökkenése feltételezhető. 14
A vizsgálatok szempontjából a második és a harmadik év a mérvadó mivel 2-3 éves vágásfordulóban gondolkodunk fűz energetikai faültetvényeknél. A második év végén az F1 és F3 fűz bizonyult a legjobbnak. Két igen száraz aszályos év tükrében született ez az eredmény, tehát megállapítható, hogy ez a két fajta tolerálta a legjobban a szárazságot.
4.2.
Gyöngykomposzt
Vizsgálat tárgyát képezte a rothasztott szennyvíziszap és nagy mennyiségben keletkező ipari illetve erőművi melléktermek alkotta keverékek energiaültetvényekre és a talajra gyakorolt hatása is. Ennek eredményeként jött létre a „Gyöngykomposzt” nevű termék, amelynek használata energiaültetvények létesítését követően az eredési arányt jelentős mértékben növeli, valamint fiatal ültetvényekben a vertikális és horizontális paraméterek, így a fahozam pozitív változását eredményezi.
4.3.
Kohlbach fűtőmű
A biomassza felhasználás terén a Károly Róbert Főiskola első jelentős beruházása volt az BIOENKRF projektjében üzembe helyezett és máig folyamatosan üzemelő KOHLBACH típusú apríték tüzelésű berendezés. Ennek egyik legfőbb feladata, hogy választ adjon a fás szárúak, (energiafűz, akác, nyár, nyesedék, szőlővenyige), a lágy szárúak (energiafű, nád, szalma, kukoricaszár, napraforgószár, kender, cirok, maghéj, csutka), valamint a biodízelgyártás préselésből származó melléktermékeinek gazdaságos elégethetőségére, és az előállított hő hatékony hasznosítására. A berendezéssel megtermelt hő hasznosítása főiskola tangazdaságának hidrokultúrás növényházban történik.
4.4.
Gépi fejlesztések
A biomassza termelés – átalakítás – felhasználás komplex rendszerét átfogva a projektben kifejlesztésre került egy rövid vágásfordulójú ültetvényeken alkalmazható speciális betakarítógép, amely kézi erővel rakodható jól tömörített kévéket képez, illetve egy olyan ifjító berendezés, ami fás szárú energiaültetvények letermelését követően azonos magasságú, roncsolásmentes vágásfelületet állít elő, amellyel a tuskófertőzések aránya nagymértékben csökkenthető. 15
Ugyancsak megvalósult egy1MW teljesítményű, pirolitikus elven működő, bivalens hő hasznosítású rendszer, amely alkalmas a fás- és lágyszárú növények aprítékainak gazdaságos energetikai célú hasznosítására. Mindkét tüzelőanyag fajtához különálló tároló és adagoló berendezéssel rendelkezik. A pirolízis során keletkező hő hasznosítása kettős célú, alternatív megoldású: meleg vizes üzemmódban hőcserélőn keresztül fűtésre alkalmas meleg vizet szolgáltat, vagy a forrólevegős üzemmódban pl. gabonaszárításra használható forrólevegőt állít elő.
4.5.
Az önkormányzati energiaszámla csökkentése
Kutatásaink azt bizonyítják, hogy az önkormányzatok számára a zöldenergia termelés és hasznosítás lehetővé teszi azt, hogy az egyre dráguló földgáz fűtését fával és/vagy szalmával váltsák ki a települések közösségi épületeinél. Egy ilyen megoldás 25-40%-kal csökkenti az önkormányzatok energiaköltségét; sokkal biztonságosabbá teszi az energiaellátást; csökkenti a környezet-szennyezést és tompítja a klímaváltozás kedvezőtlen hatásait. És ami talán a legfontosabb szempont: fenntartható, nyereséges és hosszú távú foglalkoztatással növeli a helyi bevételt, a helyi nyereséget, végső soron növeli a helyi vásárló erőt. Elvégeztük a modellszámításokat 500, 1000 és 2000 lakosú településre, kiszámítottuk, hogy mennyi szalmára, faültetvényre, tűzifára és/vagy gabonaszalmára van szükség egy ilyen település ellátásához. Kidolgoztuk az energiafa termesztési technológiákat.
A fenti kutatásokkal kapcsolatban további információ az alábbi elérhetőségeken kérhető: Károly Róbert Főiskola Fenntarthatósági Innovációs Technológiai Centrum
Cím: 3200 Gyöngyös Mátrai út 36. Telefon:
+36-37/518-368
E-mail:
[email protected]
16
TÁMOP-4.2.3-12/1/KONV-2012-0047 Kutatási eredmények és innovációk disszeminációja az energetikai biomassza (zöldenergia) termelés, átalakítás, hasznosítás, a vidékfejlesztés és környezeti fenntarthatóság terén a Zöld Magyarországért
