Energiatermelés biomasszából Anglia az élen

ENERGIATERMELÉS, -ÁTALAKÍTÁS, -SZÁLLÍTÁS ÉS -SZOLGÁLTATÁS 2.4 2.9 1.6 1.2

Energiatermelés biomasszából – Anglia az élen Tárgyszavak: biomassza; biogáz; Arbre-erőmű.

Nagy-Britannia nem tartozik az európai környezetvédelem élvonalához, annál nagyobb gondot fordít a globális felmelegedés megelőzésére: a hivatalos előirányzat 2010-ig az ország CO2-kibocsátásának 20%-os csökkentése. Ezt a célt az erőművekben megújuló energiák, elsősorban biomassza felhasználásával kívánják elérni. Ha a tervek sikerrel járnak, a biomassza-elgázosítás rövid időn belül az atomenergiával is versenyképes lehet. A gázosítás nem igényli monokultúrák telepítését, így nagy ökológiai értékű vegyes energiakultúrákat lehet ültetni, amelyek kiváló alkalmat adnak elhanyagolt területek újraélesztésére, pusztaságok regenerálására.

CO2-emisszió A biomassza ún. CO2-semleges energiahordozó, vagyis akár közvetlenül eltüzelve, akár a belőle nyert biogáz elégetésével csak annyi szén-dioxidot fejleszt, amennyit növekedése közben asszimiláció formájában elnyelt – alig járul hozzá az üvegházeffektushoz. A csekély hozzájárulás a biomassza kinyerésekor, feldolgozásakor és az erőmű építéséhez felhasznált hagyományos tüzelők emissziójából származik. A biogáz fő komponense a metán, ugyancsak üvegházhatású gáz, de elégetve ártalmatlan. Az energiatermelő módszereket és az erőműveket kibocsátás szempontjából az ún. CO2-emissziós tényező alapján hasonlítják össze, amely megadja a kWh-ban kifejezett elektromos teljesítményre vonatkoztatott CO2kibocsátást grammokban. Ez a szám magába foglalja mind a közvetlen elégetések, mind az említett, a felhasználás műveleteivel összefüggő kibocsátásokat. A CO2-emissziós tényező értéke – biomassza-tüzelésre 46 g/kWh, – szénerőművekre 1210 g/kWh.

Az „Arbre”-koncepció Az angliai Yorkshire tartománybeli Eggboroughban, Európában elsőként felépült egy kizárólag helyben kitermelt fát felhasználó 10 MW-os erőmű, amely a hálózathoz csatlakozva 18 000 embert fog ellátni villamos energiával. (Az erőmű a „termelhető biomasszából megújuló energia”, azaz Arable Biomass Renewable Energy, rövidítve Arbre-koncepció része.) A szállítási útvonalak megrövidítése, s ezáltal a CO2-emisszió csökkentése céljából a fűtőanyagot az erőmű közvetlen közelében mintegy 200 hektáron termesztik. Gyors növésű nyár- és fűzfajtákat ültettek. A fákat háromévenként, közvetlenül gyökerük fölött kivágják, felaprítják, megszárítják, majd az erőműben elgázosítják. Az évi szükségletet 43 000 tonnára becsülik, ez 142 000 t frissen vágott fának felel meg. Az ismertetett módszer már a kőkorban használatban volt: a bükk-, kőrisés fűzfákat időszakosan visszavágták, törzsük tüzelésre, lombjuk takarmányként és alomként szolgált. Tölgyerdőkben a szálfák egy részét nőni hagyták ház- és hajóépítéshez. Ezek a művelésmódok Európa néhány részén a 19. század nagy ipari erdőirtásáig tartották magukat.

Biogáztermelés A fa mint energiaforrás célzott termeléssel, de mint erdőgazdasági melléktermék is tömegesen hozzáférhető, emellett energiatartalom tekintetében is állja a versenyt más fűtőanyagokkal: a vágott tűzifa fűtőértéke 18 MJ, azaz 5 kWh/m3, a földgázé 10 kWh/m3. Erjesztése fermentorban a biogáztermelés legismertebb módja. A hagyományos biogáz termelés alapanyaga – legalább 50% víztartalommal – lehet növényi hulladék, pl. nyírott fű, híg trágya, szennyvíztisztítási iszap, zsiradék. Az alapanyag fűtött beton- vagy acéltartályban, levegő kizárásával, természetes baktériumműködés hatására többfokozatú bomláson megy keresztül, amikor is a nagy szerves molekulákból kismolekulájú biogáz fejlődik és visszamarad a nem vagy nehezen fermentálható rész. A folyamat több hétig tart, közben többszöri átkeverésre van szükség. A képződött biogázt tisztítás után a csatlakozó kombinált erőműbe vezetik, az ebben termelt hő és villamos energia egy részével a fermentáló üzemet működtetik. A fenti eljárással fából vagy nagy fatartalmú biomasszából csak rossz kitermeléssel lehet biogázt nyerni. Ezekre – tulajdonságaiktól és a felhasználásuktól függően – többé-kevésbé különböző eljárásokat dolgoztak ki. A fa erőművi célú elgázosítására kifejlett technológiák állnak rendelkezésre, amelyekben a kis üzemköltség és az üzembiztonság nagy hatásfokkal párosul.

Gázosítás fluid ágyas reaktorban Az egyik ilyen, a feketeszén elgázosításából ismert eljárás fluid ágyat alkalmaz. Költséges berendezései miatt használata csak nagy erőművekben gazdaságos. Fa feldolgozására azért különösen előnyös, mivel nem érzékeny sem az alapanyag víztartalmának ingadozásaira, hamutartalmára, sem különféle idegen anyagoknak a fára jellemzően nagy jelenlétére. Az Arbre-erőműben a négyszakaszos BIG-CC eljárással (Biomass Integrated Gasification Combined Cycle) termelnek biogázt, amely az eredetileg feketeszén gázosítására kidolgozott IG-CC-technológia továbbfejlesztése. A jobb energiakihasználást egy gáz- és egy gőzkör kombinálása segíti (1. ábra):

1. ábra Biomassza-erőmű folyamatvázlata – Az előkészítő szakasz az 50 mm-nél nagyobb darabok és idegen anyagok eltávolításából, majd 10%-os nedvességtartalomig való szárításból áll (rendszerint hulladékhővel). – A gázosítás tűzálló bélésű acéltartályban, légköri nyomáson történik. A faaprítékot szállítócsiga folyamatosan adagolja, miközben vízgőztartalmú levegőt vezetnek be. A keverék örvényágyat képez, azaz gyors

köráramlású folyadékhoz hasonlóan mozog, ami kedvez a komponensek érintkezésének és a tökéletes pirolízisnek. A fa Æ biogáz reakció megindulásához 850 °C-ra melegítik a keveréket. – A folyamat végtermékei vízgőz, gázok, folyadék (ún. primer kátrány) és faszén. A gázfázist • hidrogén (H2), • szén-monoxid (CO), • szén-dioxid (CO2), • metán (CH4), • etán (C2H5), • etilén (C2H2) és • kis mennyiségben nehezebb szénhidrogének alkotják. Ezeket a befúvott levegő oxigénje oxidálja, ami tovább emeli a reaktor hőmérsékletét. Végül a gázosító folyamat stabilizálódik, többé nem igényel kiegészítő fűtést. A faszén részben szintén oxidálódik (C + O2 = CO2), részben széndioxiddal szén-monoxiddá (C + CO2 = 2CO) vagy vízgőzzel szén-monoxiddá és hidrogénné (C + H2O = CO + H2) reagál. Mivel a reakciókhoz csak korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre oxigén, a képződő nyersgáz fő éghető öszszetevői: metán, szén-monoxid és hidrogén. – A harmadik szakaszban a nyersgázt meg kell tisztítani a 0,5–2%-nyi kátránytól és más szennyezőktől. A nehéz szénhidrogénekből álló kátrányt szintén örvényágyban, 900 fokon krakkolják. Katalizátorként dolomit szolgál. A krakkolóból elvezetett forró gáz hőjével a gőzkazánt fűtik. A gáz ezután szűrőn majd kénsavas mosón halad át, ahol ammónium- és alkálifém-nyomok is leválnak belőle. Az így nyert gáz kiváló minőségű, hagyományos gázturbinában használható. – Az energiatermeléshez a sűrített biogázt magas hőmérsékleten elégetik a gázturbinában. A füstgáz egy része szintén fűti a gőzkazánt. A biogáz egy kis része hozzájárul a gőzfejlesztéshez, ez a gőz pedig egy másik turbinát hajt, majd abból kilépve kondenzál és visszakerül a gőzkörbe. A gázturbina fordulatszáma percenként 17 000, a gőzturbináé 8500, mindkettő sebességváltóval 1500-ra csökkenthető, azaz hajtani tud egy hagyományos szinkrongenerátort. Az erőműben összesen előállított villamos teljesítmény 10 MW, ebből – 5,25 MW a gőzturbinára, – 4,75 MW a gázturbinára jut, – 2 MW kell az erőmű működéséhez, tehát – 8 MW-t lehet a hálózatba betáplálni. Az „Arbre” által elért hatásfok: 31%, megközelíti a hagyományos szénerőműét, de nagyobb teljesítményű biomassza-erőműben elméletileg el lehet jutni 41%-ig.

Fejlesztési munka és tervek Az egy svédországi munkacsoport által kifejlesztett BIG-CC-technológia az 1990-es évek eleje óta világszerte kipróbálás és továbbfejlesztés alatt áll, többek közt – Brazíliában, ahol eukaliptuszt és – Hollandiában, ahol fahulladékot gázosítanak el. Remélhető, hogy a mostani évtized végére az eljárás 50–60 MW-os méretben is alkalmazható lesz. Nagy-Britannia a fa-elgázosítás terén Európában vezető szerepet kíván betölteni. Már 2000-ben kiadták az engedélyt egy, a fentihez hasonló típusú, erőmű építésére Suffolkban és egy további felállítását tervezik Wiltshire-ben. Az 1997. évi kiotói csúcson az Európai Unió a „Fehér okmány – megújuló energiaforrások” című dokumentumban kitűzte célul 2001-ig a megújuló energiaforrások arányának megkétszerezését. Ennek szellemében – Svájcban az Energia-2000-Program 1990. évi hatálybalépése óta a biomasszából termelt energia aránya folyamatosan nő, a jelenlegi termelés hőenergiából évente 5600 GWh, villamos energiából 140 GWh, – Németországban, ahol hatályban van a megújuló energiák törvénye, már több 150 MW-nál nagyobb teljesítményű biomassza alapú erőmű épül, amelyek fahulladékon kívül mezőgazdasági és élelmiszeripari hulladékot is hasznosítanak, – Olaszországban és Spanyolországban most tervezik az olajbogyó- és a szőlő feldolgozási maradék, valamint szalma pirolízisére épülő erőművek létesítését, – Skandináviában már néhány éve folyik papírgyári és erdőgazdasági melléktermékek elgázosítása kisebb erőművekben. (Dr. Boros Tiborné) Scheil, C.: Energie aus Biomasse – England gibt Vollgas? = Alternative Energien, 2002. 10. sz. márc. 8. p. 7–11. Dr.-Ing. Schiebelsberger, B.; Filleböck, A.: Biomasse zur Stromerzeugung. = Das Magazin für die Energie Wirtschaft, 2002. 20–21. sz. okt. 8. p. 172–175.

HIRDESSEN! A BME Országos Műszaki Információs Központ és Könyvtár a Műszaki–Gazdasági Kiadványok Osztálya gondozásában megjelenő folyóiratokban megrendelésre megjelentet hirdetéseket is. A szakma szerint kiválasztott kiadványban megjelenő hirdetések célzottan a potenciális felhasználókhoz jutnak el. Hirdetés: 37 000 Ft/oldal + 25% ÁFA A kiadványok formátuma: A/5. Tükörméret: 106 x 152 mm. Raszterszám: 35. Szórólap: max. A5-ös méretben, 25 g-ig 43 500 Ft + ÁFA, 25 g felett egyedi megállapodás szerint. Felvilágosítás és hirdetésfelvétel: BME OMIKK – Értékesítési és Marketing Csoport 1011 Budapest, Gyorskocsi u. 5–7. ● Levélcím: 1255 Bp., Pf.: 207. Tel.: 457-5333● Fax: 457-5334 ● E-mail: [email protected]