7. TECHNOLÓGIÁK KAPCSOLÓDÁSI LEHETŐSÉGEINEK BEMUTATÁSA
Csőke Barnabás – Bokányi Ljudmilla A korábbi fejezetek ismertették a biogáz, a bioetanol és a biobrikett előállítási technológiáját és megvalósítását, valamint energetikai előnyeit. Ebben a fejezetben arra világítunk rá, hogyan hasznosíthatjuk a biogáz, a bioetanol és a biobrikett-biopellet előállítása során keletkező melléktermékeket a megújuló energiatermelés és a fenntartható fejlődés érdekében. Az utolsó fejezetben a decentralizált energiatermeléssel is foglalkozunk.
A biogáz-melléktermékek komposztálása, talajpótlás biztosítása A biogáztermelés mellékterméke a biomassza. Ez víztelenítés után égetésre is felhasználható, így közvetlenül is nyerhetünk energiát ebből a melléktermékből. Ugyanakkor a biomassza – szükséges stabilizálás után – talajpótlás céljára rendkívül alkalmas, kiváló biotrágya. A biotrágya fajlagos tápanyagtartalma közel kétszerese a jó minőségű istállótrágyáénak [1]. A biogázreaktorból távozó biomassza stabilitását javítani kell, ezt célszerűen komposztálással végezhetjük el. A kiskerti komposztálástól eltérően itt ipari komposztálási módszert kell alkalmazni [2, 3]. Az ipari komposztálás a szerves anyag levegő és mikroorganizmusok jelenlétében történő lebontása és stabilizálása, amelyet szabályozott folyamatként végzünk, és amelynek eredménye a felhasználásra és tárolásra egyaránt alkalmas, környezetkárosító hatással nem rendelkező biotrágya. 208
Az aerob folyamatot az alábbiak szerint írhatjuk le: Szervesanyag I + O2 biohulladék
mikroorg.
→
Szervesanyag II + CO2 + illók + hő stabilizát
A komposztálás során a szerves anyag stabilizálódik, humusszerű komposzttá alakul át, az átalakulási folyamat során az illóanyagok eltávoznak, a hőmérséklet fokozatosan nő 50–70 °C-ig, majd megint csökken a környezeti értékig. Az anyagok összetétele igen változatos lehet, így a biogáztermelés melléktermékét más hulladékkal együtt is lehet komposztálni. Az ipari komposztálás jó működéséhez a komposztálási feladást be kell állítani (optimálni). Az optimális feladás az alábbi paraméterekkel rendelkezik: • A komposztálási feladás szervesanyag-tartalma minimálisan 30% kell hogy legyen, mert kisebb szervesanyag-tartalmú anyagok nehezen bonthatók le. • A feladás karbon/nitrogén aránya nagy jelentőségű az aerob szerves anyag lebontásában és a mikroorganizmusok életfunkcióiban fontos szerepet játszó táplálék, sejtépítő anyag. Az optimális C/N arány értéke: 25–30%. Néhány biohulladék C/N aránya a 7.1. táblázatban található meg. • Az optimális közegkémhatás semleges tartományba esik: pH = 6–8. A magas csersavtartalmú növényi hulladékok, egyes gyümölcshulladékok esetén szükséges a pH beállítása, melyet mészkőőrlemény (kalcium-karbonát) adagolásával célszerű megvalósítani. • A komposztálási feladás minimális porozitása: 30 térfogatszázalék. A porozitás, ezen belül a szabadlevegő-porozitás (olyan pórustérfogat, amely nincs elfoglalva a víz vagy az illóanyagok által) határozza meg a komposztálási folyamat levegő(oxigén-) utánpótlását, ezzel együtt a lebontás sebességét. 209
7.1. táblázat Néhány biohulladék C/N aránya Nyersanyag Fakéreg (friss) Fűrészpor Papír, karton Kommunális hulladék Konyhai hulladék Kerti hulladék Lomb Vágott fű Lótrágya Juhtrágya Sertéstrágya Répalevél Mulcs (érett fakéreg) Száraz falevél Fa Zöldséghulladék, nem hüvelyes Baromfitrágya Baromfi-mélyalom Trágyalé (híg) Trágyalé (sűrű) Szarvasmarhatrágya Szalma (rozs, árpa) Szalma (búza, zab) Vágóhídi hulladék Biológiailag lebontott szennyvíziszap Szőlőtörköly Gyümölcstörköly Széna (száraz) Gyümölcshulladék Háztartási hulladék (kevert) Háztartási hulladék szerves frakciója 210
C/N arány 100–120:1 500:1 170–350:1 35:1 15:1 40:1 40–80:1 20:1 25:1 17:1 16:1 15:1 100–300:1 90:1 700:1 11–12:1 10:1 15:1 2:1 10:1 18–20:1 60:1 100:1 16:1 10–15:1 25–35:1 35:1 40:1 35:1 50–60:1 35–80:1
•
A komposztálás optimális nedvességtartalma 50– 60%. A nedvességtartalom a mikroorganizmusok miatt nélkülözhetetlen. • A porozitás, illetve szabadlevegő-porozitás szorosan összefügg a szilárd anyag szemcseméretével, valamint a tömörödési hajlamával, amelyet szerkezeti stabilitásnak is nevezhetünk. A szalma, a kéreg, a kartonpapír és a zöldhulladékok jó szerkezeti stabilitással rendelkeznek, a többi biohulladékra közepes vagy rossz szerkezeti stabilitás jellemző. A komposztálásra kerülő feladás-keverék optimális szemcsemérete átlagosan 25–75 mm-ben adható meg. A szemcseméret a porozitáson túlmenően fontos paraméter az anyag kezelhetősége szempontjából is. Az ágas-bogas vagy nagyméretű biohulladékok (pl. kerti vagdalékok, fa stb.) méretét aprítással csökkenthetjük. Az ipari komposztálási feladás optimális szervesanyag-tartalma, C/N aránya, nedvességtartalma és porozitása keveréssel állítható be. A keverés során a különböző biohulladék-fajtákat keverjük össze, valamint az optimális paraméterbeállító anyagokat: az adalékanyagot, a mátrixanyagot vagy a készkomposzt egy részét keverjük hozzá. Az adalékanyag olyan szerves anyag, amely növeli a porozitást, javítja a feladás minőségét és a komposztálás során lebomlik: száraz szalma, fűrészpor, korpa, trágya, kerti vagdalék stb. A mátrixanyag olyan szerves vagy szervetlen, nagy szemcseméretű, szerkezetet és porozitást biztosító anyag, amely nem, vagy kis mértékben bomlik le, és a komposztálás után szitálással visszanyerhető és újrafelhasználható: faforgács, hulladékpelletek, gumiabroncs-vagdalék, dióhéj, kőzet. A keverési arányokat a mérlegegyenletek segítségével határozhatjuk meg. A komposztálás tömegmérlegegyenlete:
211
n
M=
∑m
i
i =1
ahol: M a feladás össztömege (tömegárama) [t vagy t/h]; mi az egyes hulladékfajták vagy paraméterbeállítók tömege (tömegárama) [t vagy t/h]. A komposztálási feladás valamely alkotójára vonatkozó mérlegegyenlet pedig: n
Cj =
∑C
ji mi
i =1
M
ahol: Cj a j-edik alkotó átlagos tartalma, azaz a feladás j-edik alkotótartalma; Cji az i-edik hulladékfajta vagy paraméterbeállító jedik alkotótartalma. Az ipari komposztálás nyitott rendszerekben forgatásos prizmás eljárással, valamint kényszerlevegőztetéses prizmás eljárással valósítható meg. A forgatásos prizmás komposztálási prizma A forgatásos prizmás (agitált ágyas) komposztálási prizma téglalap-, trapéz- vagy szabálytalan háromszögszelvényű ágy, melynek magassága 1,2-1,8–3 m, szélessége általában minimálisan a magasság kétszerese. A forgatásos prizmás (agitált ágyas) komposztálást szabad levegőn, ritkábban fedett területen alkalmazzák, többnyire betonalapra építve. A betonalap csurgalékvíz-csatornákkal rendelkezik a komposztálás során keletkező csurgalékvíz összegyűjtésére. A prizma főbb méreteit a 7.1. ábra, a komposztálási telep elrendezését a 7.2. ábra mutatja be. A levegőellátást az ágy átforgatásával (agitálásával) biztosítják. Az agitálás gyakorisága 1-2 alkalom hetente, havonta, 212
vagy akár évente a klimatikus viszonyoktól és a komposztálási feladás szerkezetstabilitásától és lebonthatóságától függően. A komposztálás időtartama ezeknek függvényében a 3-4 héttől 1 évig változhat.
7.1. ábra A forgatásos prizma szelvénye
Az agitált ágyas rendszer kétségtelen előnye az alacsony beruházási és üzemeltetési költsége. Hátrányai: • a nagy területi igény, amit az átlagos 2650 m3/ha területigény alapján határozhatunk meg, • környezeti hatások, melyek közül a legsúlyosabb a por- és a szagkibocsátás.
213
7.2. ábra Az agitált ágyas komposztálási rendszer területi elrendezése
A biohulladék-feladás paraméterbeállítása az adalékanyag vagy a készkomposzt bekeverésével történik. A keverést úgy végezzük el, hogy az alkotók térfogati eloszlása egyenletes (homogén) legyen. A komposztálási folyamat intenzitásáról a leghitelesebb információt a hőmérséklet-változás nyújtja. A hőmérséklet mérőponti elhelyezését az agitált ágy szelvényében a 7.1. ábrán bejelöltük. A hőmérséklet-változás ismeretében szabályozható a forgatások gyakorisága. A nyers komposzt utóérlelése a lebontási folyamat befejező szakasza, amikor is a mikroorganizmusok elfogyasztják a még rendelkezésre álló maradék tápanyagot. Az utóérlelés során – csakúgy, mint a komposztálási folyamatban – meg kell akadályozni az anaerob gócok kialakulását. Mivel az utóérlelés lassú folyamat, az ágyak méretét a komposztálásétól kisebbre kell kiválasztani, hogy a természetes levegőztetés megvalósuljon agitálás nélkül is. Az érlelőágy maximális magassága nem haladja meg a 2,4 m-t, de igényesebb minőségű komposztgyártáskor ez általában 1,8 m magas és 4,5–6 m széles ágy. Az utóérleléshez szükséges terület az agitált ágyas rendszerű komposztálóüzem területének negyede. Az utóérlelés időtartama legalább egy hónap. 214
Az utóérlelést követően szükséges műveletek lehetnek: szitálás, dezinficiálás, aprítás stb. a komposzt paramétereitől és felhasználási területétől függően. Az agitált ágyas rendszer berendezései az anyagmozgató gépek és a keverésre használt rakodógépek vagy a tárcsás keverők. A munkarend az agitált ágyas rendszerű komposztálótelepeken célszerűen időben eltolt (szekvenciális). A kényszerlevegőztetéses komposztálási eljárás A kényszerlevegőztetéses prizmás (statikus ágyas) komposztálási eljárást eredetileg az USA-ban fejlesztették ki. Az intenzív levegőztetés elhagyhatóvá teszi a prizma periodikus forgatását, ugyanakkor nélkülözhetetlenné válik az ágyszerkezet stabilitása, illetve annak megőrzése a teljes komposztálási idő alatt. Az aljzatbeton a csurgalékvíz összegyűjtő rendszerén kívül a perforált légcsővezetéket is magában foglalja. A perforációk eltömődésének elkerülése érdekében a csővezetékre közvetlenül 0,15–0,3 m vastagságú védő alapréteg kerül, ami lehet pl. a mátrixanyag is. Erre kerül a komposztálási feladás, amelyet a biohulladékok és a szerkezeti stabilitást, illetve optimális porozitást biztosító mátrixanyag homogén keveréke képezi. Az ágy felületét mintegy 0,15 m-es kész komposztréteggel és féligáteresztő membránnal fedik. Ez a fedőréteg biztosítja az ágy hő- és csapadékszigetelését, és megszűri a távozó gőzöket/gázokat. A statikus ágy szellőztetését szívás alatt, illetve túlnyomással lehet megoldani. A szívás alatti rendszerekben a fáradt levegő az ágyból a perforált csővezetéken átkerül egy szellőztetőn keresztül a biofilterbe vagy a készkomposztágyba, ahol a szagtalanítása történik. Ebben az esetben a csurgalékvizet még a szellőztetőhöz kerülése előtt kell elvezetni. A túlnyomású rendszereknél a kompresszor szállítja a levegőt az ágyhoz, és a perforált csővezetéken 215
keresztül diszpergálja. A nyomásveszteség kisebb ennél a levegőztetési rendszernél (kb. a fele). A kényszerlevegőztetéses prizmás (statikus ágyas) komposztálási rendszer kialakítását a 7.3. ábra szemlélteti. A szükséges komposztálási időtartam ennél a rendszernél 1–5 hónap, de a 2-3 hetes időtartam is ismert. A rendszer átlagos területi igénye 1 m2/t nedves anyag, a szükséges levegőztetés 0,8-1 m3 levegő az 1 t száraz anyagra. A biohulladékot az esetleg szükséges előkezelése után a reciklált és a veszteséget pótló friss mátrixanyaggal keverik – homogenizálják. A mátrixanyag szükséges mennyisége átlagosan a biohulladék térfogatának 2-3szorosa. Az intenzív komposztálást követi a levegőn történő szárítás és a mátrixanyag regenerálása. A regenerálást szitálással a legegyszerűbb megvalósítani, a szárítás megakadályozza a szita betömődését a nedves komposzt által. A további műveletek hasonlóak az agitált ágyas rendszeréhez. A statikus ágyas komposztálási rendszer beruházási és üzemeltetési költségei meghaladják az agitált ágyas komposztálási rendszerét, ugyanakkor környezeti hatásai kisebbek. Területi igénye is kisebb, azonban az utóérlelés területi igényével itt is számolni kell. Láthatjuk tehát, hogy a biogáztermelés mellékterméke tovább hasznosítható az energiatermelésben. Ezt a 7.4. ábra is jól illusztrálja: a biogázreaktorból kikerülő biomassza felhasználható közvetlenül energiatermelésre, de hasznosítható a talajpótló, kiváló minőségű biotrágya előállításához. A biotrágyát az energianövény-termesztés: fa, energiafű, a biodízel és a bioetanol alapanyagául szolgáló vagy más növények talajpótlására fordíthatjuk. Így valósul meg a biogáz és a bioetanol, biodízel, fapellet és -brikett előállításának technológiai kapcsolódása.
216
7.3. ábra A levegőztetett prizmás (statikus ágyas) komposztálási rendszer
7.4. ábra A biogáztermelés és az energianövénytermesztés kapcsolódása
Biogáz előállítása melléktermékekből A biogáztermelés, más szavakkal az anaerob rothasztás, ahogy ezt már korábbi fejezetekben olvashattuk, a levegő kizárásával és hő bevitelével történő szervesanyag-lebomlási, -stabilizálási folyamat, mely217
nek során a hasznosítható és környezetbarát biogáz (metán és szén-dioxid keveréke), valamint kvázistabilizált szerves anyag képződik: Szervesanyag I biohulladék
hő,mikroorg.
→
CH4 + CO2 + Szervesanyag II kvázi − stabilizált
A biogáz előállítására kiválóan alkalmasak az elsődleges mezőgazdasági hulladékok, kiváltképp az állati trágya.
7.5. ábra Biodízel előállítása és melléktermékeinek hasznosítása [4]
A szerves anyag biogázzá való átalakítása és a biogáz energetikai hasznosítása hozzájárul a fenntartható energiagazdálkodáshoz, és nagyon fontos tényezője az üvegházhatás, így a globális felmelegedés csökkentésének. A folyamat során felszabaduló szén-dioxid nem járul hozzá az üvegházhatáshoz, mivel csak azt a mennyiséget bocsátja ki, amelyet a növényzet korábban felvett, tehát a szén természetes körfolyamából származót. 218
7.6. ábra Fapellet és fabrikett hulladékainak hasznosítása biogáz és biotrágya előállítására
7.7. ábra A bioetanol és a biogáz előállítási technológiáinak kapcsolódási pontjai
A biodízel, a fapellet és a fabrikett, valamint a bioetanol előállításának melléktermékei, illetve maradékai, hulladékai kiválóan alkalmasak biogáz előállítására, pl. állati trágyához keverve. Ezt mutatják a 7.5., a 7.6., valamint a 7.7. ábrák. Így valósul meg a biodízel, a fapellet és fabrikett, a bioetanol, valamint a biogáz és biotrágya előállítási technológiáinak kapcsolódása. 219
A komposztálás energetikai alkalmazása biogáz előállításához (3A technológia) Ahogyan ezt már a komposztálásról szóló fejezetben említettük, a komposztálás folyamata hőfejlődéssel jár, amit célszerű hasznosítani. Például a biogáz-előállításban, amely köztudottan hő bevezetését igényli, össze lehet kapcsolni a komposztálást és a biogáztermelést. Ebben a rendszerben az aprított és idegen anyagtól megtisztított hulladékokat a levegőztetett tárolótartályba adagolják, ahonnan a biogázreaktorba továbbítják. A levegőztetett tárolótartályban való tartózkodási idejét úgy választják meg, hogy a hőmérséklet – a megkezdődött aerob biolebontás révén – mintegy 55 °C-ig felmelegedjen. A tárolótartály keverője ugyanakkor tovább aprítja és homogenizálja a biogázreaktor feladását. Ezeknek köszönhető az, hogy az anaerob lebontás intenzíven megy végbe, kisebb energiabefektetéssel. Ilyen megoldás látható a 7.8. ábrán. A 7.9. ábra az 1. aerob és az anaerob szakasz mellett a 2. aerob szakaszt is szemlélteti. Ebben a szakaszban történik a folyamatból kikerülő biomassza melléktermékének stabilizálása, a biotrágya előállítása. Az utóbbi, ahogy már ezt korábbi fejezetekben olvashattuk, talajpótlásra hasznosítható. Így valósul meg a 3A (aerob–anaerob–aerob), a biogáz és biotrágya, valamint a fapellet, fabrikett, a bioetanol és biodízel előállítási technológiájának kapcsolódása.
220
221
7.8. ábra A Herhof-féle kombinált technológia
7.9. ábra A 3A (aerob–anaerob–aerob) biogáz és biotrágya, valamint a fapellet, fabrikett, bioetanol és biodízel előállításának technológiai kapcsolódása
Decentralizált energiatermelés biomassza felhasználásával A biomassza tüzelőanyagként való felhasználása szempontjából az a lehetőség a legésszerűbb, amely a legkisebb ráfordítással valósítható meg, egyébként több energiát fordítunk a tüzelőanyag előállítására, mint amit energiaként belőle nyerünk. A biomassza energetikai hasznosításának energiamérlege A biomassza eredetű energiahordozók általában olcsó, decentralizált energiaforrások, amelyek a közvetlen eltüzelésen kívül számos – már jelenleg is rendelkezésre álló energiaátalakítási technológia révén – alkalmasak értékesebb másodlagos energiahordozók előállítására, mint pl. a biobrikett, a folyékony és gáznemű biohajtóanyagok (bioetanol, biodízel stb.), illetve lokális villamosenergia-termelésre is. A teljesen száraz bio222
massza fűtőértéke (17-18 MJ/kg vagy 0,41-0,43 kgOE/kg) közel áll a közepes minőségű barnaszén fűtőértékéhez, de még a 10-20 % nedvességtartalmú légszáraz biomassza fűtőértéke is 0,2-0,3 kgOE/kg. A biomassza-eredetű energiaforrások hasznosításának második legfontosabb eleme az energiaoutput (O: a biomassza-energiaforrások energetikai célra hasznosítható energiatartalma) és az energiainput (I: a biomaszsza-energiahordozó előállítására felhasznált energia) mérlege, valamint az energia-O/I viszonyok alakulása. A szilárd biomassza-energiaforrások begyűjtésének, szállításának és feldolgozásának energiaszükséglete mindössze 7–14 kgOE/t (7.1. táblázat), ami ugyanezen energiahordozók hőenergia-egyenértékéhez (180–220 kgOE/t) viszonyítva kedvezően magas energiaoutput/input hányadost (13–31) eredményez. A folyékony bioenergia-hordozók, mindenekelőtt a növényi olajok hagyományos termelési technológiáinak energetikai hatékonysága (O/I hányadosa) általában megfelelő, de a bioetanol-termelés végső energiaoutput-input tényezője nem haladja meg az 1,0-1,2 értéket, és rosszul megválasztott vagy kedvezőtlen energiapályák esetében még egynél kisebb értéket is felvehet. A biogáz-technológia energiamérlege, mint az a táblázatokból látható, nem a legkedvezőbb, ezért a hasznosításánál elsősorban azokon a területeken kell a megvalósításra törekedni, ahol a környezetvédelmi előnyei kézenfekvők. A biomassza hasznosításának költségviszonyai A biomassza-eredetű energiahordozók gyakorlati alkalmazása kapcsán az energiamérleg mellett az energiaátalakító és -hasznosító berendezések fajlagos üzemi és beruházási költségét, illetve ezen költségek jelenlegi és jövőbeli alakulását is vizsgálni kell. A 7.2. táblázat az egyes biomassza-energiaforrások hasznosítása beruházásigényének és energiahordozó-költségeinek tájékoztató jellegű összehasonlító adatait mutatja be. 223
224 HA HE+EL
Biogáz (szilázsból)
Biomassza – pirolízis termékek 285–300
220–215
5–10
11–15
0–2
0–2
5–9
7–10
287–299
25–35
155–179
72–155
191–203
191–203
2–5
0–2
HE = hőenergia
HA = hajtóanyag
600–650
515–880
203–220
255–305
289–313
210–229
179–194**
196–217**
Energiaoutput kgOE/t
1,0–2,1
2,1–3,9
1,1–1,4
1,3–3,7
1,3–1,6
1,0–1,2
12,8–27,7
16,3–31,0
Energiaoutput/input arány
EL = villamos energia
574–598
225–250
160–189
83–170
191–205
191–205
7–14
7–12
Összes energiainput kgOE/t*
** 1 t megtermelt (betakarított) biomassza-mennyiségre vetítve
* Hatásfok: 80 %;
HA
HE+EL
Biogáz (trágyából)
Bioetanol
HE
Biogáz (trágyából)
HA
HE
Fa tüzelésre
Repcemag-olaj
HE
EnerTermelés, Átalakítás, giaoutbegyűjtés feldolgozás put fajkgOE/t* kgOE/t* tája
Szalma tüzelésre
Energiahordozó alapanyag
7.2. táblázat A biomassza-eredetű energiahordozó-termelés energiaoutput-input jellemzői [12]
A táblázatból kitűnik, hogy a szilárd biomasszák (szalma, fa) eltüzelése igényli a legkisebb költséget, ezzel szemben a biogáz a különböző biomassza-hasznosítási megoldások között az egyik legköltségesebb technológia, ezért nem lehet számítani széles körű alkalmazására. A fentieket és az eddig részletesebben nem vizsgált környezeti szempontokat is figyelembe véve elmondható: • Az EU-országoknak, így hazánknak is kiemelt törekvése az energiagazdálkodás területén a megújuló energiaforrások bővülő hasznosítása. • A megújuló energiaforrások hasznosítási lehetőségei közül gazdaságossági szempontból legkedvezőbbnek a szilárd mezőgazdasági energiatermékek (energianövények) és melléktermékek (szalma) eltüzelése ígérkezik. • A szilárd mezőgazdasági energiatermékek és melléktermékek azonban nem képesek nagy szállítási költségek elviselésére, maximálisan 40-50 km hasznosítási körzettel lehet számolni. • Az előbbi okok miatt a helyi (decentralizált) energiahasznosítás előnyösebb, ami relatíve kisebb tüzelőberendezések (kis és közepes teljesítményű kazánok) alkalmazásához vezet. • A kis és közepes teljesítményű kazánok alkalmazásánál különösen fontosak a környezetvédelmi szempontok. A bioanyagok széles köréből csak azokat szabad ily módon hasznosítani, amelyeknél – a bioanyag kémiai összetétele és a bioanyagból képzett tüzelőanyag-granulátum tüzeléstechnikai sajátságai okán – garantált a káros emissziók határérték alatti kibocsátása (különös tekintettel a bioanyag klórtartalmára és a tüzelés során a dioxinképződésre). Ebből következik, hogy az energetikailag legkedvezőbb biomassza-tüzelőanyag a bálás szalma és a tűzifa, ezek eltüzelése azonban csak nagy központi fűtési rendszereknél vagy távfűtésnél oldható meg előnyösen. 225
226 HE HE HE+EL HA HE+EL HA HA
Fa tüzelésre
Biogáz (trágyából)
Biogáz (trágyából)
Biogáz (szilázsból)
Biomassza – pirolízis termékek
Repcemag-olaj
Bioetanol
100–150
130–150
30–40
30–50
0–5
0–5
30–40
25–30
30
40
60
30
35
25
70
60
0,30–0,50
0,32–0,37
0,17–0,22
0,10–0,17
0,00–0,02
0,00–0,02
0,14–0,18
0,12–0,14
HE = hőenergia
HA = hajtóanyag
0,42–0,65 1,25–1,55
1800– 2200
0,24–0,33
0,29–0,35
600–900
150–220
250–300
500–700*
400–600*
1600– 1800
EL = villamos energia
0,60–1,50
0,65–0,85
1,00–1,15
800–1200* 0,66–1,01
* 1000 liter/év feldolgozási kapacitásra vetítve; évi kihasználás: 1500 óra/év
HE
Energia- Biomassza- Az átalakíEnergiaFajlagos Energiaoutput ár (költség) tás hatéalapár beruházás költség fajtája ECU/t konysága % ECU/kgOE ECU/kW ECU/kgOE
Szalma tüzelésre
Energiahordozó alapanyag
7.3. táblázat A biomassza energiaátalakítási technológiáinak becsült létesítési és üzemeltetési költségei [12]
Egyedi kis teljesítményű fűtések esetén ezek a tüzelőanyagok csak meghatározott körülmények között használhatók. Kisebb teljesítményű és folyamatos működtetésű berendezésekhez a faapríték a legcélszerűbb, mivel mesterséges szárítás nélkül és csupán az aprításhoz szükséges energiával állítható elő. Legnagyobb az energiaigénye az agglomerált tüzelőanyag (pellet és brikett) előállításának, mert az aprítás, szárítás energiaigényét egy jelentős préselési energiamennyiség még tovább növeli. Hasonló energiaráfordítással préselhetők az olajos magvak is, de azok előzetes szárítására, illetve darabolására nincs szükség, ezért az előállításuk energiafelhasználása kisebb. A biomassza energetikai célú hasznosításában a legnagyobb lehetőség a biomassza-tüzelésre alapozott távhőellátásban rejlik [11]. A nagy teljesítményű rendszerek – mint például a falufűtés vagy vidéki településeken nagyobb fogyasztók központi fűtései, illetve kisgazdaságokban a majorok hőellátása, kertészetek, állattartó telepek stb. – olcsó és kényelmes hőellátást biztosítanak a felhasználónak. A távfűtőműben előállított, elsősorban fűtési célra szolgáló meleg víz a lakások melegvíz-igényének kielégítésére is felhasználható, hasznosítható. A kisebb teljesítményű fűtési és melegvíz-termelési rendszerek esetén a gazdaságossági sorrendet a tüzelőanyag előállítási költsége (energiaigénye) határozza meg. Legjellemzőbb a fűtési, esetleg a főzési rendszerek olyan módon történő kialakítása, hogy a lakás használati melegvíz-igénye is kielégíthető legyen (7.4. táblázat). E „kombinált tüzelési rendszerek” alkalmazásának a legkisebb a beruházási igénye, ahol a fűtésre vagy főzésre beépített biomassza-tüzelésű készülékekben használati meleg vizet is előállítunk. Ennél nagyobb beruházási igényű a helyi távfűtőművek létrehozása. A főzés energiaigénye kicsi, viszont intenzív hőleadást igényel. E a célra a földgáz felhasználása a legkényelmesebb, de lehetőség van a megújuló energiafor227
rások használatára is. Elsősorban konyhai funkciójú, de kisebb részben fűtési célú készülékeket a sajátos követelmények miatt kötött kialakítás és méret jellemzi [11]. A fűtési, illetve a melegvíz-termelő funkció ekkor általában másodlagos. A szakaszos üzem és eseti szabályozás miatt leginkább hasábfa és brikett felhasználása a reális lehetőség. A szilárd biomassza tehát az egyik legfontosabb megújuló energiaforrás Magyarországon, de más megújuló energiaforrásokkal (nap-, szél-, geotermikus energia) együtt történő alkalmazása csökkentheti a nem megújuló energiák felhasználását. A biomassza-tüzelés kétségtelenül környezeti hatásokkal jár, ezek csökkentése érdekében a szilárd biomasszának mint nyersanyagnak a termelése, feldolgozása és felhasználása során törekedni kell arra, hogy ez a lehető legkisebb környezetszennyezést és természetkárosítást okozza. 7.4. táblázat Fűtésre való alkalmazás lehetőségei és berendezései [11] Sor- Tüzelőanyag rend Bármilyen mezőés erdőgazdasági 1 melléktermék, illetve hulladék Szalmabála, fa2 hulladék, tűzifa
Fűtési rendszer Távfűtés Technológiai hőigény Egyedi, központi és távfűtés Egyedi és központi fűtés
3
Faapríték
4
Növényi olaj
5
Pellet
Egyedi és központi fűtés
6
Brikett
Egyedi fűtés
228
Tüzelőberendezés Nagy teljesítményű kazán Kazán Kályha, kandalló, tűzhely, kazán Olajkályha és kazán Kályha, kandalló, tűzhely, kazán Kandalló, kályha, tűzhely
7.5. táblázat A biomassza energetikai célú hasznosításának lehetőségeit az előállított energiahordozó halmazállapota szerint célszerű csoportosítani [11] Szilárd halmazállapotú biomassza (hőenergia céljára)
Folyékony biomassza (hajtóanyag és hőenergia céljára)
Biogáz (tüzelő- és hajtóanyag céljára)
Szántóföldi, mezőÁllati, növényi Állati, növényi gazdasági hulla- eredetű termékek- eredetű hulladédékok, erdészeti, ből, hulladékokkokból, mellékfaipari tüzelőból, melléktermé- termékekből nyert anyagok, hulladé- kekből nyert olabiogáz, valamint kok jok, alkoholok depóniagáz
Irodalom [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
BAI A.–LAKNER Z. et al.: A biomassza felhasználása. Szaktudás Kiadó Ház Rt., Budapest, 2002. ALEXA L.–DÉR S.: Szakszerű komposztálás. ProfiKomp könyvek, Gödöllő, 2001. CSŐKE B.–ALEXA L.–OLESSÁK D.–FERENCZ K.–BOKÁNYI L.: Mechanikai- biológiai hulladékkezelés kézikönyve. ProfiKomp könyvek, Gödöllő, 2006. KOVÁCS A.: A megújuló energia agrárökológiai megközelítése. Bioenergia, 2007/5. 7–10. p. Zöld- és biohulladékok komposztálása. Hulladékgazdálkodási szakmai füzetek 9., Budapest, 2003. május. EU Energetikai Hírek. BME OMIKK EU KTF hírlevélmelléklete, 2003. május–június. Energy Future Coalition, Policy Recommendations and Report of the Bioenergy and Agriculture Working Group, June 18, 2003. Mechanische und biologische Verfahren der Abfallbehandlung (Schriftleiter: Dr.-Ing. Ulrich Loll), ATVHandbuch, Ernst und Sohn Verlag, Berlin, 2002. Biological Treatment of Biowaste, 2nd draft. Working Document, European Commision, Brussels, February 12, 2001. 229
[10] Fachverband Biogas e. V., Tagung 2000, Mit Biogas ins nächste Jahrtausend, Januar 2000. 10–13. p. [11] OLÁH I.: Biomassza-hasznosítás – a megújuló szerves energia. Ma & Holnap, Megújuló energia különszám, 2007/2. 32–34. p. [12] BARÓTFI I: Megújuló, alternatív energiaforrások hasznosítási programja a Balaton-fejlesztés térségében, különös tekintettel a környezetállapot javítására és a mezőgazdasági anyagok felhasználására. Háttértanulmány, kézirat. Építési és Kereskedelmi Amerikai–magyar Kft. 1126 Budapest, Istenhegyi út 9/d., Budapest, 2001.
230
