Fenntartható bioenergia-termelés fiatal kutatók a bioenergetikában

Különszám

Mezőgazdasági LI. évfolyam 2010. január

Technika www.mgitech.hu

tudományos, műszaki fejlesztési és kereskedelmi folyóirat

Fenntartható bioenergia-termelés „fiatal kutatók a bioenergetikában” Szekciók: Energia a szántóföldről, azaz hogyan hasznosítsuk a vidéket Környezetkímélő növényvédelem és növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek

1

Fenntartható bioenergia-termelés „fiatal kutatók a bioenergetikában”

Szekciók: • Energia a szántóföldről, azaz hogyan hasznosítsuk a vidéket • Környezetkímélő növényvédelem és növényvédő szer-megtakarítási lehetőségek

Az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézetben 2009. október 29-30-án megrendezett Fenntartható bioenergia-termelés „fiatal kutatók a bioenergetikában” c. szakmai konferencia előadásainak gyűjteményes kiadványa

SZAKMAI BIZOTTSÁG Csatár Attila, Dr. Dimitrievits György, Dr. Fenyvesi László, Dr. Pecznik Pál Toldi Ottó, Dr. PROGRAMREFERENS Ács Istvánné Gulyás Zoltán Magó László, Dr. Tóvári Péter KÖZREMŰKÖDŐK Barna Attiláné Gajdos Pálné Körmendi Péterné

LEKTOR Beke János, Dr. Fenyvesi László, Dr. MŰSZAKI SZERKESZTÉS Pálinkás Gábor NYOMDAI ELŐKÉSZÍTÉS, NYOMÁS Agroinform Kiadó és Nyomda Kft., Budapest © FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, 2010 Főigazgató: Dr. Fenyvesi László

HU ISSN 0026 1890

ISBN 978-963-611-456-5

Tartalomjegyzék

Energia a szántóföldről, azaz hogyan hasznosítsuk a vidéket Köszöntők Dióssy László.................................................................................................................................................................................. 4 Bíró Tamás...................................................................................................................................................................................... 5 Kovács Máté................................................................................................................................................................................... 6 Tóvári Péter, Sibalszky Zoltán........................................................................................................................................................ 7 Hagyományos és molekuláris genetikai módszerekkel támogatott nyárnemesítés a bioenergetika szolgálatában Benke Attila, Cseke Klára, Takács Roland, Kámpel József, Borovics Attila................................................................................. 8 Új szaporítóanyag-előállítási lehetőségek vizsgálata miscanthus „halmaji” energianád esetében Horváth Zsuzsanna, Vágvölgyi Andrea, Pintér Csaba, Marosvölgyi Béla....................................................................................11 Laboratóriumi és félüzemi méretekben végzett biogáz fermentációs kísérletek tapasztalatai Tukacs-Hájos Annamária, Rétfalvi Tamás, Szendefy Judit, Marosvölgyi Béla........................................................................... 13 A biometán perspektívái a hazai közlekedésben Jobbágy Péter, Bai Attila, Juhász I. Lilla...................................................................................................................................... 16 A potenciális etanolhozam előrejelzésének vizsgálata kukoricafermentálási kísérletben Sipos Péter, Nógrádi Sándor, Győri Zoltán.................................................................................................................................. 19 Bio-motorhajtóanyagok agrártermékekből Kasza Tamás, Tóth Csaba, Hancsók Jenő..................................................................................................................................... 22 Univerzális, nagy teljesítményű dugványozógép és ültetési technológia kialakítása Aranyos Péter, Gyurátz Ferenc, Horváth Béla.............................................................................................................................. 27 A mátészalkai biodízel üzem működési tapasztalatai és fejlesztése Szántó Zsuzsanna, Sinóros-Szabó Botond.................................................................................................................................... 30 Triglicerid tartalmú alapanyagok enzimkatalitikus átészterezése Kovács Sándor, Hancsók Jenő...................................................................................................................................................... 33 Bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának növelése Marsi Gábor, Nagy Gábor, Hancsók Jenő..................................................................................................................................... 37 Különféle szervesanyagokból kísérleti körülmények között kinyerhető metántartalom Szabó Emese, nagy Valéria........................................................................................................................................................... 40 Megújuló energia a mezőgazdaságból Magó László, Hajdú József, Fenyvesi László............................................................................................................................... 43 Az energiafűz, mint alternatíva a bioenergetikai termelés területén Szecsei Tímea, Salamon Lajos...................................................................................................................................................... 46 Biogas in Slovenia Tomaž Poje.................................................................................................................................................................................... 48 Possibility of exhaust gas emissions reduction by using biodiezels M. Tomic, L. Savin, T. Furman, R. Nikolić, M. Simikić.............................................................................................................. 51 Környezetkímélő növényvédelem és növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek Köszöntő Dr. Lucskai Attila.......................................................................................................................................................................... 54 Technikai újdonságok, növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek Kalmár Imre.................................................................................................................................................................................. 55 Permetezőgépek időszakos felülvizsgálata Magyarországon Gulyás Zoltán, Kovács László...................................................................................................................................................... 59 Korszerű eszközök a növényvédelmi kijuttatástechnikában Pályi Béla................................................................................................................................................................................................... 62 Az energetikai faültetvények növényvédelmi vonatkozásai Koltay András............................................................................................................................................................................... 66 A növényvédelem gépesítésének fejlődése az MGI tevékenységének tükrében Dimitrievits György...................................................................................................................................................................... 68 Előadások angol nyelvű összefoglalói – Abstracts of papers.................................................................................................. 72 Mezőgazdasági Technika, 2010. január

3

Energia a szántóföldről, azaz hogyan hasznosítsuk a vidéket - KÖSZÖNTŐ

Az éghajlatváltozás egyike napjaink legsürgetőbb problémáinak. Mára már nem kérdéses, hogy az időjárási viszonyok változásai komoly károkat okoznak az egész emberiség és szűkebb környezetünk, Magyarország lakói számára is. A klímaváltozás kimutatható, szoros összefüggésben áll az emberi tevékenységekkel, így kijelenhetjük, hogy jelenlegi életvitelünk és energiafelhasználási szokásaink nem tarthatók fent hosszabb távon. A klímaváltozásért mindannyiunknak, az egész emberiségnek változtatnia kell életmódján, sürgős szemléletváltozásra van szükség, ha el akarjuk kerülni a földünket fenyegető katasztrófát. A klímavédelem fő eszközei döntően az energiahatékonyság növelésében, az energia takarékosságban valamint a jelenlegi energiaszerkezet radikális átalakításában, azaz a fosszilis energiahordozók helyett a megújuló energiaforrások felhasználásában rejlenek. A hazai energia ellátási rendszerrel kapcsolatban is elmondható, ahhoz, hogy teljesíteni tudjuk az EU-s és egyéb nemzetközi kötelezettségvállalásainkat a klímavédelem és a környezetterhelés mérséklése érdekében mindenképen szükség van a mostani energiaszerkezet átalakítására. A hazai megújuló energia stratégiában 2020-ra az EU által elvárt célnál (13%) is ambiciózusabb célérték (15 %) van előirányozva a megújuló energiaforrások növelése terén. Az energiaszerkezet átalakítása során mindenképpen törekedni kell az import energiafüggőségünk csökkentésére, illetve az energiaszerkezet diverzifikációjára, melyre több forgatókönyv is létezik, de a megújuló energiáknak mindben jelentős szerepe van. Ugyanakkor nagyon fontos szem előtt tartani, hogy a megújuló energiák csak akkor válnak valóban megújuló energiákká, ha a termelés és felhasználás során szigorúan figyelembe ves�szük a környezetvédelmi és természetvédelmi szempontokat, valamint a fenntartható energiatermelés feltételeit. Mindemellett azt gondolom, hogy a környezeti terhelést csökkentő politikai stratégiák semmit nem érnek, ha nem társul hozzá környezettudatos szemlélet kialakítása. Magyarország vonatkozásában elmondható, hogy hazánk legjelentősebb megújuló energia potenciálja a biomasszában rejlik, így ma is és a jövőben is ez adja majd megújuló energiák felhasználásának gerincét. A biomassza kiemelt szerepe miatt nagyon fontos, hogy felhasználása során maximálisan figyelembe kell venni a környezeti fenntarthatóságot. Fontos, hogy a jövőben csak olyan energiaellátó rendszerek kerüljenek kialakításra, amelyek korszerű technikákkal, energia-hatékonyan üzemelnek, és szem előtt tartják az optimális alapanyagforrás és energiaigényeket, valamint az ellátás biztonságát. Magyarországon a biomassza felhasználás jövőjét a decentralizált, helyi igényeket kielégítő kapcsolt energiatermelő kiserőművi hálózat létrehozásában látom, amelyet az ország minden régiójában a helyi adottságoknak megfelelően kell kialakítani. A komplett termelési rendszerek megtervezésében és kialakításában óriási szerepe van a hazai kutató munkának, amely képes kialakítani az adott térségek számára legjobb termelési szerkezetet. Ezúton szeretnék gratulálni az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet fennállásának 140. évfordulója alkalmából és szívből üdvözlöm az Intézet azon kezdeményezését, amellyel a fenntartható bioenergia területén munkálkodó fiatal kutatók számára biztosít bemutatkozási és további együttműködési lehetőséget a konferencia sorozat megszervezésével. Javaslom ezt a jó kezdeményezést továbbra is fenntartani és lehetőséget biztosítani a fiatal tudósaink számára az elért eredményeik bemutatására és a nagyközönséggel való megismertetésére. Üdvözlettel:

Dióssy László szakállamtitkár Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium Környezetmegőrzési Szakállamtitkárság

4

Mezőgazdasági Technika, 2010. január


A mezőgazdaságban, az élelmiszergazdaságban, ezzel összefüggésben az energetikai kutatás területén szerte a világban jelentős változások zajlanak, amelyekkel szembe kell néznünk. Ezek a folyamatok új kihívást jelentenek a hazai tudomány és kutatás számára is. A globalizáció, a föld népességének felgyorsuló növekedése és az élelmiszer iránti növekvő igény, a klímaváltozással kapcsolatos gondok, az energiahordozók árának növekedése, a természetes „környezettől” egyre távolodó civilizációs fejlődés, és a hazai agrártermelés versenyképességének helyreállítási igénye, mind olyan problémákat vetnek fel, amelyre a tudomány eszközeivel is választ kell adnunk. A mezőgazdaság, az élelmiszeripar, a megújuló energiaforrások témaköre magyar adottság és lehetőség. A kutatás-fejlesztés területén az első és legfontosabb lépés a párbeszéd és együtt gondolkodás, ezzel párhuzamosan az innovációs tevékenység hatékonyabbá tételében érdekelt állami döntéshozók, a különböző tudományos műhelyek és nem utolsó sorban a gyakorlati élet szereplőinek közös cselekvésre való ösztönzése. Szükségszerű, hogy a közös munka eredményeként újragondoljuk a tudomány szerepét az agráriumban, meghatározzuk a fejlődés és a fejlesztések irányát, illetve átgondoljuk az agrárkutatások finanszírozásának és a tudományos eredmények hasznosításának leghatékonyabb módját és feltételrendszerét. A gazdasági világválságban kitörési pont lehet a kutatás-fejlesztés. A történelem számos példával igazolja, hogy a legnehezebb gazdasági helyzetben mentőövként szolgált a tudományos munka, és annak gyakorlati alkalmazása. Ezért elengedhetetlen a hazai és a nemzetközi stratégiaalkotásban, program-előkészítésben és projektvezetésben való aktív magyar részvétel. Ennek érdekében elengedhetetlen fiatal szakemberek megnyerése a kutatás számára, hiszen a jövő a fiatal generáció kezében van. Ösztönözni kell a tehetséges kutatók tudományos munkatársak külföldi szakmai tapasztalatszerzésének lehetőségét, valamint a jól felkészült és külföldi gyakorlatot szerzett szakemberek visszatérését a hazai kutatási szférába. A mezőgazdaság, az élelmiszeripar, a megújuló energiaforrások, a környezet- és klímavédelmi kutatások szakterület sajátosságából fakad a megújulás igénye. Egyértelmű nemzetgazdasági cél legyen, hogy olyan fiatal szakembereket nyerjünk meg és képezzünk tovább, akik az adott területen már hasznosítható tapasztalatokat is szereztek, és képesek a gyakorlat számára fontos kérdésekre a tudomány eszközeivel választ adni. Fentiekhez a fiatal kutatók részére témalehetőségeket és a fiatal kutatók előmenetelét segítő pályázati lehetőségeket, ösztöndíjakat kell biztosítani. A „Fenntartható bioenergia termelés - fiatal kutatók a bioenergetikában” című konferencia és kiállítás kiváló lehetőséget teremt a fiatalok számára, hogy kutatási területeiket, szakmai munkájukat a gyakorlati szereplők és érdekeltek számára is bemutassák. A mező- és erdőgazdasági megújuló energiaforrások olyan új kutatási kulcsterület, mely a következő évszázad jelentős kihívása is egyben. Ezzel a területtel érdemes foglalkozni, hisz a jövő meghatározó kutatási szegmense. Fentiek tükrében meggyőződésem, hogy a konferencia eredményei olyan üzenet a Tisztelt Olvasónak, amely nem hivalkodóan, mégis meggyőzően mutatja be a mezőgazdasági energiaforrásokkal foglalkozó kutatói körnek az ezzel kapcsolatos eredményes alkotó munkáját, a mezőgazdaság és a vidék fejlesztését cselekvően segítő szolgálatát és elkötelezettségét az ágazat iránt. Üdvözlettel:

Bíró Tamás s.k. főosztályvezető-helyettes Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium Mezőgazdasági Főosztály


5


A megújuló energiák növelése hazánkban már nem csak egy lehetőség a klímavédelemben, hanem az EU elvárása is, amely konkrét célokat és határidőket jelent. Mivel hazánk adottságaiból fakadóan a legjelentősebb potenciál a biomassza nagyobb mértékű kiaknázásában rejlik, ezért ezt a megújuló energiaforrást kiemelten kell kezelni. Az Európai Unióban jelentős növekedés várható az egyes megújuló energiák tekintetében, persze az egyes tagállamokban a természeti és földrajzi adottságoktól, valamint a politikai akarattól és az anyagi lehetőségektől függően más-más arányban. Az EU élen akar járni a klímaváltozás elleni küzdelemben, ezzel példát mutatva más államoknak, ezért igen ambiciózus célokat tűzött ki maga elé a 2007-ben elfogadott klíma és energia csomagban. Ezek a már jól ismert ún. 3x20-as célok, 20% Üvegház hatású gáz (ÜHG) kibocsátás csökkentés, 20% energiahatékonyság növelés és a megújuló energiák felhasználásának 20%-ra történő növelése 2020-ig. A fenti célokat hatalmas anyagi ráfordítások árán lehet csak teljesíteni, amelynek alapját az EU-s források biztosíthatják. Az EU szintjén a megújulók használatának jelentős fejlesztését főleg az ÜHG kibocsátás csökkentési célok és a fosszilis üzemanyagoktól való függés csökkentése indokolja, ami ambiciózus energia politikát kíván minden tagállamtól. Az unió célja a decentralizált energiaforrások jobb kihasználása és a megújuló energia iparágban a technológiai fejlesztésekkel a vezető szerep elérése. Az irányelv minden egyes tagállam számára pontos célszámot fogalmaz meg a 2020-ra teljesítendő megújuló energia részarányt illetően. Hazánk számára a 2020-ra elérendő cél 13%. A megújuló energiaforrások teljes energiafelhasználásban vett részarányára vonatkozó célértékek meghatározását a hazai megújuló energia stratégia tartalmazza, amely igen ambiciózusan 15%-ra teszi a megújulók részarányát 2020-ra. A hazai megújuló energiaforrás felhasználás helyzetről számokban elmondható, hogy 2006-ban az összenergia felhasználáson belül a megújulók részaránya 4,7% volt, míg a felhasznált villamos energia 3,7%-a volt ún. zöld áram. Hazánk adottságai igen kedvezőek a mg-i termeléshez és így természetesen a biomassza termeléséhez is, ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy a túlzott energetikai célú növénytermelés ne okozza az élelmiszer alapanyag termelés csökkenését. A biomas�szát teljes termékpályája alatt csak fenntartható módón lehet megtermelni és felhasználni, figyelembe véve a természet védelmét, a biodiverzitás fenntartását (ún. özönfajok mellőzése!) és az energiatermelés során a környezet védelmét! Az új EU direktíva lefekteti ezeknek a kritériumoknak az alapjait. A szilárd biomassza tüzelést csak megfelelő műszaki állapotú, korszerű tüzelőberendezésekben támogatható, az energiahatékonyság maximális figyelembevételével, jól működő szoros összefogáson alapuló termelői háttérrel rendelkező rendszerekben. A zöldhő fogalmának és támogatási rendszerének kialakítása is sürgető feladat lenne a 2020-as céljaink megvalósítása érdekében. Az alapanyag ellátás kérdése nagyon fontos, hogy se túltermelés, se pedig hiány ne alakuljon ki. Ezt hosszú távú szerződésekkel lehet megoldani, vagy ha az erőmű tulajdonosa rendelkezik termőterületekkel is. A decentralizált energiatermelés elterjedése azaz a kisebb biomassza erőművek térnyerése egy-egy térség vagy kistérség jelentős energetikai függetlenedését eredményezheti, ezen felül munkahely teremtő és vidékfejlesztési szempontok is megvalósulnak, ezért mindenképpen támogatandó fejlesztések. Ezen kiserőművi hálózat elterjedéséhez először is stratégiára cselekvési tervekre és a termelői és felhasználói oldalon komoly összefogásra van szükség. Amennyiben ezek megvannak ki kell alakítani a megfelelő támogatási rendszert is a hazai és EU-s forrásokra alapozva. Egy másik igen komoly potenciállal rendelkező szegmens a pellet tüzelés a megújulós és klímavédelmi vállalásaink teljesítése érdekében. A kormányzat szintén programot hirdetett a vezetékes gázellátásból kimaradt települések számára, melyre kitűnő megoldást jelenthet a pellettüzeléses technológia. A hazai pellet szektor képviselői szerint egy családi ház esetében az átállás a pellet fűtésre és melegvíz előállításra 8-10 éven belül megtérülő beruházást jelent és a mai modern technológiákkal nem jelent igazából többletmunkát a felhasználók számára, lényegesen kényelmesebb, mint a hagyományos fatüzelés. A biomassza felhasználás legnagyobb részét a tűzifa adja, és igen alacsony az egyéb biomassza, főleg a mg.-i hulladékból származó biomassza felhasználás hazánkban. A zöld áram támogatási rendszer szerkezete nem fenntartható ilyen formában és gátat szab a korszerű technológiák és energiahatékony beruházások számára. A Magyarországon az EU tagságunkból adódó kötelezettségek konkrét célokat határoznak meg, amelyek a gazdasági szereplőknek stabil és tervezhető célokat adnak beruházásaikhoz. A Járulékos célok igen jelentősek, úgyis mint a vidékfejlesztés, a mezőgazdasági termékszerkezet átalakulása, a hazai és nem az import energiaforrások felhasználása, új technikák, technikai kultúrák kialakítása, valamint a vidéki foglalkoztatás jelentős növelése. Ha nem használjuk ki a hazai adottságainknak megfelelő megújuló energiaforrásokat, igen nagy hátrányba kerülünk a többi tagállammal és a világgazdasággal szemben is. Üdvözlettel:

Kovács Máté főtanácsos Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium Környezetfejlesztési Főosztály 6



Rendkívüli örömömre szolgál, hogy kezében tartja kiadványunkat. Néhány évvel korábban, amikor először rendeztük meg konferenciánkat, csapatunk elsődleges és kiemelt célkitűzése a fiatal kutatók részére szereplési, kapcsolatteremtési lehetőség biztosítása volt. Ezen célunkon túlmenően az MGI hosszú távú célkitűzései között szerepel továbbá a kutatási eredmények széleskörű elterjesztése, vitafórum biztosítása az egyes szakterületek kutatói, technológiai szakemberek, cégképviselők, szakmai döntéshozók és kiemelten a végfelhasználók között. Ennek szellemében kollégáimmal valljuk, hogy a hazai K+F kutatások és azok eredményei csak abban az esetben lehetnek sikeresek, és szolgálják az innovatív hazai vállalkozásokat, ha azok széles körben kerülnek bemutatásra, publikálásra. Rendezvényünk logóját, amely szabad fordításban annyit tesz, hogy „Mezőgazdasági anyagok – A megoldás” nem véletlenül alkottuk meg, hiszen a hazai mezőgazdaságban rengeteg potenciál és lehetőség van, s méltán lehetünk büszkék eddigi eredményeinkre. Azt gondoljuk, szükség van ilyen rendezvényekre, ahol szakmai előadásokon túl, kötetlen beszélgetéseken keresztül nem csak a tématerületet és az eredményeket lehet megismertetni, hanem szakmai ismeretségek is köttetnek. Hiszen a rendezvények eredményességét nem az előadók nevének ismertségén, hanem a kapott tartalom alapján kell lemérni, s a rendezvény sikerének mérőszámát nem csupán a résztvevők száma adja, hanem a rendezvény utáni visszajelzések, telefonhívások, melyben az előadások letölthető anyagát keresik, elérhetőségeket kérnek, valamint egy év távlatából kérdezik, hogy folytatódik-e a rendezvény sorozat. Ezt kollégáim nevében mindenkinek köszönjük! Köszönjük továbbá a MECENATÚRA pályázat támogatását, melyből sikerült programunkat megvalósítani, s igyekszünk a jövőben is hasonló, színvonalas, mindenki számára elérhető szakmai rendezvényeket szervezni. A rendezők nevében, Üdvözlettel:

Tóvári Péter energetikai osztályvezető FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet

A CIGR (Mezőgazdasági Műszakiak Nemzetközi Bizottsága) Villamos és Energia Szekciója közel két évtizede harcol a megújuló energiaforrások – köztük a bioenergia – racionális és gazdaságos felhasználásáért, és az azóta megrendezett nemzetközi konferenciák fő témája is általában ez volt. Örömmel vesszük tudomásul, hogy Magyarországon is egyre nagyobb az érdeklődés a téma iránt, és az utóbbi évtizedben egyre nagyobb hangsúlyt kapnak az ezzel foglalkozó konferenciák. Ezért hallgattam örömmel az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézetben megrendezett szakmai konferencia előadásait és, időnként tartalmas vitáit, amelyek jelezték, hogy számos fiatal kutató is intenzíven foglalkozik a kérdéssel. Meg vagyok győződve, hogy ezen előadások közlése a Mezőgazdasági Technikában szintén hozzájárul a kérdés fontossága iránti érdeklődés fokozásához. Üdvözletel:

Dr Sibalszky Zoltán A CIGR tiszteleti alelnöke A CIGR Villamos és Energia Szekció tiszteleti elnöke Mezőgazdasági Technika, 2010. január

7

Energia a szántóföldről, azaz hogyan hasznosítsuk a vidéket

Hagyományos és molekuláris genetikai módszerekkel támogatott nyárnemesítés a bioenergetika szolgálatában Benke Attila, Cseke Klára, Takács Roland, Kámpel József, Borovics Attila Erdészeti Tudományos Intézet, Sárvár • [email protected]

Az Erdészeti Tudományos Intézetben folyó, több mint fél évszázados múltra visszatekintő nyárnemesítési munka eredménye számos, államilag minősített nemesnyár fajta, illetve bejelentett fajtajelölt. Az erdészeti célú nemesítés mellett ugyanakkor az Intézet nagy hangsúlyt fektet a sarjaztatásos technológiával művelhető fás szárú energetikai ültetvények telepítésére alkalmas nyár fajták előállítására is. Az e céllal létrehozott klónkísérletekben teszteljük a fontosabb nyár fajtáink mellett a legújabb keresztezéses nemesítés eredményeképpen létrehozott ígéretes klónokat is. Főbb vizsgálati szempontjaink a magassági- és tőátmérő-növekedés, a hektáronkénti biomassza-hozam, a szárazanyag-tartalom, a megmaradás, a kórokozókkal szembeni ellenállóképesség. A 2007 tavaszán Bajtiban létrehozott kísérletben a kétéves korban mért növekedési paraméterei, biomassza-hozama alapján kiemelkedő teljesítményt mutatott az államilag minősített ’Koltay’ fajta, illetve ugyancsak kiváló növekedési eréllyel bírtak a ’778’, ’800’ és ’879’-es ERTI kísérleti klónok. A legnagyobb szárazanyag-tartalmat a ’879’-es klón esetében mértük, míg a nyár rozsdagombával szemben a ’778’-as klón bizonyult a legkevésbé fogékonynak. A fent említett fajtát és klónokat így energetikai ültetvények telepítésére alkalmasnak ítéltük. Az Intézetben kísérleteket folytatunk továbbá molekuláris genetikai markerekkel (SSR, AFLP) végzett szelekcióra, valamint ezen markerek nemesnyár fajtavédelemben történő felhasználására is. Bevezetés A vonatkozó jogszabály értelmében (45/2007. FVM rendelet) Magyarországon sarjaztatásos technológiával művelhető fás szárú energetikai ültetvény létrehozására a megjelölt fűz fajok és a fehér akác mellett a fekete, a fehér, a rezgő és a szürke nyárak, valamint az ezen fajokból levezethető fajták használhatók fel. Az ültetvények költséghatékonyságának optimalizálása céljából ugyanakkor nagyon fontos szempont a felhasználásra kerülő szaporítóanyag tárolhatósága, kezelhetősége, talajba juttatásának gépesíthetősége, valamint nem utolsó sorban, az ültetvényben várható biomassza-hozam. Ezek alapján a nyárak közül a fekete nyárból leszármaztatható úgynevezett nemesnyárak jelentősége az energetikai célú ültetvényekben történő felhasználás szempontjából jelenleg és várhatóan a jövőben is meghatározó lesz. A jelenleg érvényben lévő nevezéktan alapján nemes nyárak alatt az amerikai fekete nyár (Populus deltoides

Marsh.) különböző fajtái és változatai, valamint az európai fekete nyár (Populus nigra L.) különböző fajtái és változatai között spontán, vagy mesterséges keresztezéssel létrejött hibrideket értjük (Bartha, 2004). Az erdészeti és nemesítési gyakorlat ugyanakkor növekedési erélyük, azonos alkalmazott termesztéstechnológiájuk folytán nem különíti el élesen ezen csoporttól az amerikai fekete nyár fajon belüli, és egyéb nyárakkal, főként a nyugati balzsamos nyárral (Populus trichocarpa Torr) alkotott hibridjeit (Gencsi et Vancsura, 1997). És szintén nemesnyárakként említhetők a balzsamos nyárak szekciójába tartozó egyéb fajok hibrid klónjai is (lásd 1. táblázat). A korai nemesnyár fajtákat hazánkban már a XIX. század közepétől ültették (Bartha, 2004), jelentős térhódításuk ugyanakkor a második világháborút követő többlépcsős nyártelepítési programnak köszönhető (Tóth, 2006). A nagymérvű térnyerés egyik fontos tényezője a gazdaság folya-

1. táblázat: Az Erdészeti Tudományos Intézetben nemesített, illetve honosított nemes- és hazai nyár fajták Table 1: Hybrid and native poplar cultivars and clones improved and domesticated at the Hungarian Forest Research Institute Fajcsoport (szekció) Földrajzi elterjedés

Aigeros fekete nyárak Eurázsia

Észak-Amerika

Fajok P. delt. x P. delt. ’Durvakérgű’

Fajváltozatok, hibridek, fajták, klónok

Tacamahaca balzsamos nyárak

Leuce fehér nyárak

Észak-Amerika

Kelt-Ázsia

Eurázsia

P. trichocarpa P. balsamifera

P. maximowiczii P. laurifolia

P. alba

P. maximowiczii x P. trichocarpa ’Meggylevelű’

P. x euramericana ’Robusta’, ’Marilandica’, ’I-214’, I-273’, I-154’, ’I-45/51’, ’Pannónia’, ’Kopecky’, ’Koltay’, Sudár’, ’Parvifol’, ’Agathe F’, ’Blanc du Poitou’, ’BL’, ’H-328’, ’Rábamenti’ P. deltoides x P. x euramericana ’Adonis’, ’S 298-8’ ’Triplo’

P. Maximowiczii x Px berolinensis (P.laurifolia x P. nigra ’Italica’) ’Kornik 21’

Észak-Amerika

P. alba x P. alba ’Villafranca’ ’Homoki’

P. alba x P. grandidentata ’Favorit’, ’Sudarlós’

P. trichocarpa x P. deltoides ’Beaupre’, ’Raspalje’, Unal’

8



matos új, gyors növekedésű, betegségekkel szemben ellenálló fajtákkal történő ellátása volt, melyben az Erdészeti Tudományos Intézet kutatói elévülhetetlen érdemeket szereztek. Az általuk nemesített, valamint honosított nemesnyár és hazai nyár fajtákat és fajtajelölteket az 1. táblázat tartalmazza (piros színnel az intézetben nemesített fajták, illetve fajtajelöltek szerepelnek). A több mint fél évszázados múltra visszatekintő hazai intézményes nyárnemesítés a közelmúltig erdészeti felhasználásra szánt fajták nemesítésével foglalkozott. Az elmúlt években tapasztalt fás szárú energetikai ültetvények iránti érdeklődés a nyárnemesítőket is új feladatok elé állította, hiszen az új termesztési módszer a fajtákkal szemben is részben új követelményeket támaszt. Egyes tulajdonságok jelentősége még kiemeltebbé válik (biomassza-hozam, betegségekkel szembeni ellenállóképesség), mások jelentősége teljesen elvész (időskori fenotípusos jellegek). Maga a nemesítési folyamat ugyanakkor lényegében változatlan marad. Alapját a Bajit Nemesítő Telepen létesített, több mint 30 hektáros fa alakú nyár géngyűjtemény alkotja, melyben megtalálhatóak a fontosabb nyár fajok külföldön, illetve Magyarországon szelektált törzsfái. A géngyűjteményben végzett törzsfaértékelés során kiválasztásra kerülnek a növekedési-, rezisztencia tulajdonságaik alapján legértékesebb törzsfák, melyeket megfelelő metodika szerint keresztezve egymással létrehozható egy mesterséges magoncpopuláció, amely ideális esetben több ezer magoncot számlál. A nemesítési munka ezt követően ezen magoncpopuláció több éves, évtizedes folyamatos vizsgálatából, szelektálásából áll, melynek célja a legjobb, a nemesítési céloknak leginkább megfelelő genotípusok kiválogatása az alapsokaságból. Anyag – módszer 2007 áprilisában, az Erdészeti Tudományos Intézet Bajti Nemesítő telepén telepítésre került egy 2,4 hektáros, 64 kezeléses, 1 tényezős, 3 ismétléses, véletlen blokk elrendezésű nyár-fűz-akác energetikai célú elsődleges kiválasztó (klón-) kísérlet. A kísérletben szerepelnek a jelenleg hazánkban köztermesztésben lévő fontosabb, illetve előzetesen energetikai célú felhasználásra alkalmasnak ítélt nemesnyár és fűz fajták, ideiglenes termesztési engedéllyel rendelkező nyár fajtajelöltek, a legígéretesebb nemes- és hazai nyár kísérleti klónok, valamint egy akác is. A kísérlet célja az, hogy kiválasszuk azon fajtákat, illetve klónokat, amelyek az adott termőhelyi viszonyok között a legmagasabb biomassza-hozamot produkálják, azaz, sarjaztatásos technológiával művelhető fás szárú energetikai ültetvények létesítésére ilyen ökológiai feltételek mellett a legalkalmasabbak. A kísérletben 2009 decemberében növedékmérést végeztünk, melynek során megmértük az egyes egyedek magassági, valamint tőátmérő növekedését. Ezt követően február során az egyes fajták, illetve klónok parcelláinak letermelésével biomassza-hozam vizsgálatot végeztünk. Az Erdészeti Tudományos Intézet Sárvári Genetikai Laboratóriumában kutatásokat végzünk egyes molekuláris genetikai módszerek markerekre alapozott szelekcióban történő alkalmazására. Célunk olyan SSR és AFLP markerek Mezőgazdasági Technika, 2010. január

keresése, amelyek bizonyos, gazdasági szempontból fontos tulajdonsággal (betegségekkel szembeni rezisztencia, növekedési eréllyel összefüggő szöveti jellemzők, stb.) kapcsoltan öröklődnek. Így lehetővé válhat nagyszámú minta (akár egy kisebb magoncpopuláció) gyors tesztelése az adott tulajdonság szelektálására, ami a sokszor évtizedekig tartó fajtavizsgálat jelentős lerövidítéséhez is vezethet. Az SSR és AFLP markerek előnye az egyenletes eloszlás a genomon belül, a nagyfokú polimorfizmus, a jó reprodukálhatóság, valamint a nagyszámú marker együttes vizsgálhatósága. A módszerek egyedszintű azonosításra is alkalmasak, így nagy szerepet játszhatnak a fajtavédelem terén. Előzetesen 9 SSR markert teszteltünk nemesnyárakon, elsősorban egyedazonosítás céljából. Eredmények – megvitatás A telepítést követő második év végén mért magassági és tőátmérő növedéket a 2 táblázat tartalmazza (az ábrázolhatóság végett a táblázatban, illetve a diagramon csak a fontosabb fajták, klónok kerültek feltüntetésre). A táblázatban sárga színnel kiemelt ’I-214’-es olasz nyár standard fajtaként szerepel a kísérletben, azaz a többi fajta, fajtajelölt és kísérleti klón teljesítményét ezen fajtához viszonyítjuk. Megfigyelések szerint az egyes fajták fatömeghozama az átmérővel mutat nagyobb korrelációt, ezért az elért relatív teljesítményt a tőátmérő viszonyában tüntettük fel. 2. táblázat: Magasság és tőátmérő növekedés 2 éves korban Table 2: Height and shoot diameter growth at two years of age Magasság (cm) Koltay 490,5 Triplo 476,8 800 498,5 80 416,5 890 495,0 879 485,5 Adonis 457,0 I-214 480,5 487 463,0 I 4/59 386,0 Fehér akác 295,5 Klón

Tőátmérő (mm) 50,8 49,4 48,9 48,2 46,9 46,8 46,6 46,2 46,1 38,7 33,4

Tőátmérő arányában (%) 110 107 106 104 101 101 101 100 100 84 72

A szintén kétéves korban mért biomassza-hozam értékeket az 1. ábra mutatja. A letermelést követően laboratóriumban megmértük az egyes fajták, klónok faanyagának szárazanyag-tartalmát, melyet piros színnel ábrázoltunk diagramon. A ’I-214’-es standard fajta teljesítménye eltérő árnyalattal került ábrázolásra. A növekedési és biomassza-hozam adatok alapján jól látható, hogy a jól teljesítő nyár fajták, klónok között (az ábrán a 487-es kísérleti nemesnyár klónnal bezárólag) jelentékeny különbség nem volt mérhető. Az előzetesen energetikai célú telepítésre is alkalmasnak tartott ’Triplo’ fajta, bár növekedési tulajdonságai ezt alátámasztani sejtették, biomassza-hozam terén jelentősen elmaradt a standard fajtától. Ugyancsak gyengén teljesítettek a kísérletben szereplő fehér fűz fajták, valamint az akác is, mind növekedési, mind biomassza-hozam tekintetében elmaradnak a nemesnyár fajtáktól, klónoktól. Az akác esetében azon felvetésünk, mely 9


nemesnyár és fekete nyár genotípusok tekintetében, így alkalmasnak bizonyultak egyedszintű azonosításra, az egyes fajták, klónok genetikai távolságának meghatározására.

1. ábra: Hektáronkénti biomassza-hozam 2 éves korban Figure 1: Biomass yield per hectare at two years of age

szerint a gyengébb növekedést magasabb szárazanyag-tartalmú faanyagával ellensúlyozni tudja, csak részben igazolódott be; a növekedése, hozama gyenge volt, bár ezen faj esetében mértük a legmagasabb szárazanyag-tartalmat (58,6%). A jól teljesítő nemesnyár fajták is leginkább szárazanyag-tartalmuk alapján rangsorolhatók. Kiemelendő a 879-es kísérleti klón, amely 47,9%-os szárazanyag-tartalommal bírt a kísérletben (és így szárazanyag-tartalmával a legjobban teljesített), míg a súlymérés alkalmával legjobbnak bizonyult 778-as klón faanyagának szárazanyag-tartalma csupán 39,6% volt. Kiemelendő továbbá a 80-as jelzésű, tisztán európai fekete nyár kísérleti klón, amely az adott termőhelyi körülmények között növekedés és hozam tekintetében versenyképesnek bizonyult a nemesnyár fajtákkal, klónokkal. És nem utolsó sorban kiemelendő a Sárváron nemesített ’Koltay’ nemesnyár fajta, amely az állami elismerésben részesített fajták közül a legjobb növekedési és biomassza-hozam értékeket érte el. A mikroszatellit vizsgáltatok során tesztelt 9 marker megfelelő változatosságot mutatott a vizsgálatokba bevont 24

10

Következtetések A klónkísérletben mért növekedés és biomassza-hozam értékek alapján a kísérletben vizsgált, köztermesztésben lévő államilag elismert nemesnyár fajták közül a ’Koltay’ fajta mutatta a legjobb teljesítményt, azaz az adott termőhelyi viszonyok között (gyertyános-tölgyes klímába tartozó, időszakos vízhatású, mély termőrétegű, vályog fizikai talajféleségű öntés erdőtalaj), illetve termőképességét tekintve ezzel hasonló minőségű területeken sarjaztatásos technológiával művelhető energetikai ültetvények telepítésére alkalmasnak találjuk, ezen területeken ültetését javasoljuk. A kísérletben vizsgált nemesnyár kísérleti klónok közül a 778-as, a 800-as, a 879-es és a 487-es klónokat energetikai célú felhasználás tekintetében ígéretesnek értékeljük. Mivel ezen klónok más termőhelyi viszonyok között létesített kísérleteinkben is kiváló növekedési erélyt, biomassza-hozamot mutattak, 2009 novemberében állami elismerésre bejelentésre kerültek. Továbbá úgy ítéljük, hogy a jelenleg államilag minősített fa alakú fűz fajták, valamint az akác adott termőhelyi viszonyok között nem versenyképesek a nemesnyár klónokkal, így telepítésüket hasonló termőhelyi feltételek között nem javasoljuk.

Irodalom [1] Bartha, D. (2004): A magyarországi nyár (Populus L.) taxonok határozókulcsa és rövid jellemzése. Flora Pannonica 2 (2): 85-101 [2] Gencsi, L., Vancsura, R. (1997): Dendrológia – Erdészeti növénytan II. Mezőgazda Kiadó, Budapest, p. 363. [3] Tóth, B. (szerk.) (2006): Nemesnyár-fajták ismertetője. Agroinform Kiadó, Budapest, p. 9-15.



Új szaporítóanyag-előállítási lehetőségek vizsgálata miscanthus „halmaji” energianád esetében Horváth Zsuzsanna1, Vágvölgyi Andrea1, Pintér Csaba2, Marosvölgyi Béla2 1 Nyugat−magyarországi 2 Nyugat−magyarországi

Egyetem, Erdőmérnöki Kar EMKI, Sopron • [email protected] Egyetem, Kooperációs Kutató Központ Nonprofit Kft. (Ökoenergetika KF), Sopron

Az energiatermelés Magyarországon folyamatos fejlődés alatt áll, különös tekintettel a biomassza-bázisú energiatermelésre. Napjainkban az érdeklődés középpontjába kerültek az energetikai ültetvények, mivel eddig a lakossági és a műi (erőmű, fűtőmű) biomassza-bázisú energiatermelés legfontosabb alapanyagát a fa jelentette. Ebből az energiahordozóból a két szektor együttesen nagy mennyiséget használ fel (több mint 3,0 Mt/év). A további fejlesztésekhez bővíteni kell (2020ra 6,0 Mt/év) az alapanyagbázist is, ezért jelentős kutatások folynak fa-, cserje-, és lágyszárú növényekkel. Kísérleteinket a nagyon ígéretes, nemesítéssel honosított, fajtabejelentett Miscanthus „Halmaji” évelő lágyszárúval végeztük. Palánták előállítására alkalmas technológiák kifejlesztésével foglalkoztunk, mivel hazánkban ez a növény magot nem terem. Napjainkban a hulladékkezelés és a víztisztítás egyik nagy problémája a szennyvíziszap elhelyezése, ezért a szaporítási kísérletek mellett legújabb kutatásaink során a Miscanthus „Halmaji” tápanyagfelvételi mechanizmusát kísérjük figyelemmel. A tápanyagfelvétel során külön figyelmet fordítunk a nehézfémek felvételére, mivel ez a növény alkalmas lehet a szennyezőanyagok kiszűrésére, tovább gazdagítva ezzel hasznosítási lehetőségeinek tárházát. A kísérletek indoklása A Miscanthus rizómával (gyöktörzzsel) rendelkező, a pázsit-fűfélék (Poaceae) családjába tartozó, C4-es fotoszintézist folyató növény. Évelő, a humuszos, laza talajt kedveli. Az elárasztást nem tűri, viszont kedvezően befolyásolja fejlődését, ha a talajvíz-szint a tarackokhoz közel található (0,5 m). Rizómákról vagy szövettenyésztéssel szaporítható. Az egyéves növény még fagyérzékeny ezért a telepítést csak a tavaszi fagyok után lehet elkezdeni. A második évben a szármagasság eléri a 1,5-2 m-t, a hozam pedig 7-16 t/ha-t. Ez az érték a harmadik évben már akár 30 t/ha is lehet. A be takarítást silózóval vagy járvaszecskázóval végzik, majd a felhasználástól függően tovább aprítják vagy bálázzák.

1-2. ábra: Miscanthus energetikai ültetvény Figures 1-2: Energy plantation of Miscanthus

A Miscanthus rizómája rendkívül elágazó, hatékony raktározó rendszert képez. A gyökerek egy része mélyen hatol a talajba. A nagy és mélyre nyúló gyökérzet nem csupán a növény tápanyagellátása szempontjából fontos, hanem jelentős szerepe lehet az ültetvény talajszerkezet- és talajminőség javítása szempontjából is. A növénynek Európában kórokozója nem ismert. A növény hazánkban magot nem terem, ezért csak vegetatív módszerekkel szaporítható. Két szaporítási mód terjedt el: a mikroszaporításos, illetve a rizóma-darabolásos. A mik roszaporításos palántanevelés viszonylag drága, a rizóma osztásos módszer pedig technikai szempontból bonyolult, alkalmazhatósága időben korlátozott. A növény hazai nemesítői korábban megoldották a mikroszaporításos, majd a mikroszaporításra alapozott utóneveléses palántanevelést. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

Új módszert azért kerestünk, mert a növény telepítése (és így a szaporítása) iránt napjainkra nagyon megnőtt az igény, ezért olcsó eljárások keresése továbbra is fontos. Mindemellett a genetikailag legjobb változatok gyors szaporításának módszerét is keressük. A kísérletek bemutatása A kísérleteket a növény azon adottságának kihasználására alapoztuk, hogy az éves hajtások tőrészén kifejlődnek olyan rügyek, melyek alvórügyek, aktiválódásukhoz az szükséges, hogy a növény tőrészén levő rizóma-rügyek valamilyen okból gátoltak legyenek. Ilyen esetben új tő létrejöttének alapjául szolgálhatnak. Ezekre a rügyekre alapoztuk a palántanevelést. Ehhez kerestük, illetve meghatároztuk: – az alvórügyek azon biológiai érettségi fokát, mely a szaporításra legalkalmasabb, – a legmegfelelőbb hajtásjellemzőket, – a hajtatás megfelelő módszereit, – a hajtatást gyorsító vagy segítő vegyszeres megoldásokat, – a gyökerező hajtásrügyekből a palántanevelés hatékony módszereit, – a növényke utónevelésének leghatékonyabb módszereit, – a kiültetés optimális időpontját illetve időszakát. A gyökeres hajtásrügyek tenyészedénybe helyezése

3-4. ábra: Az alvórügyről készített mikroszkópos fotó és a gyökeres palánta Figures 3-4: The latent bud under microscope and the set with root

11


A kísérlet során 10-15 cm hosszú darabokra aprítottunk fel Miscanthus szárakat úgy, hogy mindegyik szárdarabon egy nódusz található. Ezeket vízzel teli edénybe helyeztük. A vizet hetente kétszer cseréltük a növényeken. Megindult a hajtás növekedése, majd a gyökérzet kialakulása. Az 1-2 cmes gyökereket a nagyobb túlélési arány érdekében gyökereztető hormonnal kezeltük, majd víztartó készítménnyel kevert perlitbe ültettük. Az előállított palánták kiültetése A fent említett módszerrel előállított palántákkal szántóföldi kísérletet végeztünk. A kísérleti területünk Sopron közelében, Kópháza településen található. A kísérlethez Miscanthus palántanövényeket ültettünk ki szántóföldi parcellába, és vizsgáltuk a fejlődésük-, valamint növekedésük ütemét az időjárás függvényében. Kiültetéskor a növények átlagos magassága 29 cm volt. Szeptemberben a legmagasabb növény már elérte a 120 cm-es magasságot. Emellett száraik jól fejlettek, erősek, üde zöld színűek voltak.

3. (trikanter utáni enyveslé): 10 csírakezdemény volt látható és megduzzadt magok Kontrol: mind a 25 csíranövény kikelt

7-8. ábra: Az első és a második kísérlet eredménye Figures 7-8: The results of the first and the second experiments

Ezek alapján megállapítható, hogy a kapott három biotrágya minta hígítás nélkül az ökotoxikológiai csíranövényteszt alapján nem alkalmas tápanyag utánpótlásra, 50%-os vízzel való hígításnál viszont alkalmazható. A kísérletsorozat tenyészedény-kísérletben különböző nádfajokkal, majd a szántóföldi kísérletekkel folytatódnak. A további kísérleti feladatok meghatározása

5-6. ábra: A növény fejlettsége az ültetéskor, ill. szeptemberben Figures 5-6: The plant at the planting and in September

A továbbiakban a szántóföldi kísérleteinket a szennyvíziszap hasznosítási lehetőségeinek keresése céljával folytattuk. Ökotoxikológiai csíranövényteszt A szennyvíziszap Miscanthus-ültetvényre történő kijuttatását egy ökotoxikológiai teszt előzte meg, mely során azt vizsgáltuk, hogy milyen mértékben kell hígítanunk az iszapot, hogy az ne fejtsen ki káros hatást az ültetvény fejlődése során. Ennek megállapítására két kísérletet végeztünk. 4-4 Petri-csészébe 25-25 zsázsa magot helyeztünk el, melyeket 20 ml biotrágyával öntöztünk be a különböző fajtákból. A kontrollmintákat 20 ml ivóvízzel öntöztük. A használt biotrágyák szennyvíz-, húslé- és trikanter utáni enyveslé voltak. 8 nap elteltével a következő eredményeket kaptuk: 1. (szennyvíz): egy csíra kezdemény volt látható és megduzzadt magok 2. (húslé): megduzzadt magok 3. (trikanter utáni enyveslé): megduzzadt magok Kontrol: mind a 25 csíranövény kikelt A második kísérletben szintén 4 db Petri-csészébe 25-25 zsázsamagot helyeztünk el, melyeket 10 ml biotrágyával és 10 ml vízzel öntöztünk be, a negyedik a kontrollminta szintén 20 ml vizet kapott. 8 nap elteltével a következő eredményeket kaptuk: 1. (szennyvíz): 19 csíra kezdemény volt látható és megduzzadt magok 2. (húslé): 8 csíra kezdemény volt látható és megduzzadt magok 12

A jövőben a szaporítási kísérletek fő tárgyát: – a gyökeresedési folyamat gyorsítása képezi. Ezen kívül a Miscanthus „Halmaji” sokoldalúságát bizonyítandóan – tápanyag-felvételi kutatásokat végzünk, különös tekintettel a szennyvíziszapban található nehézfémek megkötésére. Emellett – víztisztítással összefüggő termesztési lehetőségeket is vizsgálunk a Petőházi Ipari Parkban. Összefoglaló értékelés Összefoglalásként elmondható, hogy a Miscanthus energianövény szaporítási kísérleteink jól haladnak. Jelentős esélyt látunk arra, hogy a szár aprításával történő szaporítási módszer elterjedjen, mivel az eljárás költségtakarékos, és emellett az állomány már az első évben záródik. A jövőben nagy hangsúlyt fektetünk a folyamat gyorsítására, illetve olyan anyagok keresésére, melyek jó tápanyagforrások lehetnek. A szennyvíziszap-hasznosítási kísérleteinkkel kapcsolatban megállapítható, hogy 50%-os vízzel való hígításnál a biotrágya alkalmas tápanyag utánpótlásra. Irodalom [1] Bai Attila, Lakner Zoltán, Marosvölgyi Béla, Nábrádi András (2002): A biomassza felhasználása, Szaktudás Kiadó Ház, Bp., 95. p. [2] Frühwirth, P., Liebhard, P. (2006): Miscanthus sinensis ‚Giganteus’. Produktion, Inhaltsstoffe und Verwertung In: Landwirtschaftskammer Österreich, Bundes-LFI (Hrsg.), Miscanthus sinensis ‚Giganteus’, 7-47, Wien [3] Marosvölgyi Béla (2002): Biomassza hasznosítás I. Nyugat-magyarországi Egyetem-jegyzet, Planting and Growing Miscanthus - For Applicants to Defra’s Energy Crops Scheme, 2007 [4] Rétfalvi Tamás (2007): Ökotoxikológia, Sopron, Jegyzet Mezőgazdasági Technika, 2010. január


Laboratóriumi és félüzemi méretekben végzett biogáz fermentációs kísérletek tapasztalatai Tukacs-Hájos Annamária1, Rétfalvi Tamás2, Szendefy Judit3, Marosvölgyi Béla3 1 GázInnov Kft. • [email protected] Egyetem, Erdőmérnöki Kar, Kémiai és Termőhelyismerettani Intézet • [email protected] 3 Nyugat−magyarországi Egyetem, Kooperációs Kutatási Központ Nonprofit Kft.

2 Nyugat-magyarországi

A kutatások során folyamatos laboratóriumi és félüzemi fermentációs kísérleteket végeztünk a méretnövelésből származó különbözőségek feltárására. A laboratóriumi kísérlet során 1 liter térfogatú iszappal dolgoztunk, a fermentáló készülékeket a VDI 4630 német szabvány alapján állítottuk össze. A félüzemű kísérletet egy 4,1 m3 hasznos térfogatú folyamatos táplálású kísérleti üzemben végeztük. A félüzemű kísérletet technológiatervezés céljából végeztük, mely alapján egy biogázüzem tervezése történik. A kísérletek során mindkét méretben ugyanazt az alapanyag receptúrát alkalmaztuk. Az alapanyag betáplálása a laboratóriumi vizsgálatok során naponta kétszer, a félüzemi méretben óránként történt. Folyamatosan rögzítettük a termelődő biogáz mennyiségét és minőségét, valamint hetente kétszer végeztük el az iszap kémiai vizsgálatát (KOI, NH3-N, össz P, szerves sav tartalom, pH, savkapacitás). A kísérletek során vizsgáltuk a gáztermelési potenciál és a keletkező fölösiszap összetételének összevethetőségét. Ezt az indokolja, hogy a laboratóriumi fermentáció költségei jóval kisebbek és általában véve is egyszerűbb a kivitelezése, ugyanakkor lényeges, hogy eredményei alkalmazhatók legyenek a gyakorlatban megépülő biogázüzemek tervezéséhez és működéséhez. A kísérlet három hónapig tartott. Az üzemelés során azt tapasztaltuk, hogy laboratóriumi méretben előbb jelentkeztek a felmerülő problémák, mint a félüzemben, így a félüzemi kísérlet során lehetőség volt a probléma megelőzésére és ezáltal a technológiatervezés kevesebb időt vett igénybe. Bevezetés A méretnövelésből adódó eltérés a fermentációs folyamat során az alkalmazott szubsztráttól és bioreaktor típustól függően különböző problémák forrása lehet. Általános vélekedés alapján a nagyobb méret nagyobb stabilitást biztosít a rendszernek, ugyanakkor technikailag bonyolultabb kivitelezést igényel. Borole és mtsai a keverés fontosságát állapították meg tanyasi hulladék anaerob fermentációjánál felfelé áramló (upflow) reaktorban 1-2 literes laborfermentációról 100 literes fermentációra növelve a technológiai vizsgálatokat (1). Német kutatók háztartási hulladékot hasznosító szakaszos üzemű, ipari méretű rothasztó szerves anyag terhelését modellezték sikeresen labor reaktorban (2). Más kutatók anaerob szennyvíztisztító immobilizált reaktorok tervezési méretezéshez dolgoztak ki kísérleti tapasztalatokra támaszkodó modellt (3). Tanulmányunk során ipari komplex melléktermék anaerob fermentációját vizsgáltuk párhuzamosan labor és félüzemi szinten folytonos táplálású tökéletesen kevert tartályrektorban (CSTR). Anyag és módszer Laboratórium A laboratóriumi fermentáló készüléket a VDI 4630 német szabvány alapján alakítottuk ki (1. ábra). A kísérletek során az iszap térfogata 1 dm3 volt. A naponta termelődő biogáz mennyiségének regisztrációja egy laboratóriumi mikrogázóra segítségével történt. A gáz ös�szetételének meghatározása gázkromatográfiásan történt (Shimadzu GC-14B). Az alapanyag napi kétszeri betáplálása egy etetőcsonkon keresztül volt lehetséges. Az állandó vízhőmérsékletet (37 °C) vízfürdő biztosította. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

1. ábra: Laboratóriumi fermentáló készülék Figure 1: Laboratory digester

Hetente kétszer történt az iszap kémiai paramétereinek (pH, összes szerves sav, NH3-N tartalom, foszfortartalom, oldott KOI) meghatározása. Kísérleti üzem A félüzemi kísérletben egy 5 m3-es egylépcsős fermentort alkalmaztunk, amely 4,1 m3-es hasznos térfogattal és 0,9 m3-es gáztérrel (2. ábra) rendelkezett. A kísérletet mezofil tartományban végeztük (37°C-on). A keverést egy keverőszivat�tyú biztosította, amely 2,4 m3/h mennyiségű iszapot áramoltatott a fermentor aljáról a tetejére, így a teljes iszapmen�nyiség 1,5 óránként átkeverődött. Az alapanyag betáplálása óránként történt. A termelődő biogáz mennyiségét egy gázóra mérte. A kísérleti üzemben folyamatos kezelői felügyelet volt biztosított. 13


Az iszap száraz- és szerves szárazanyag tartalma és ös�szes szerves sav tartalma naponta került meghatározásra. Hetente kétszer mértük a következő kémiai paramétereket: NH3-N, össz nitrogén és foszfor tartalom, KOI. A kísérleti üzemben keletkező biogáz összetételét Flowel (Awite) analizátorral mértük naponta.

Eredmények A laboratóriumban és a kísérleti üzemben végzett kísérletek során a betáplált alapanyagok kémiai és fizikai paraméterei teljesen megegyeztek. Az alapanyagok bioetanol gyártási melléktermékek voltak. A betáplált alapanyagok és a termelődő biogáz mennyiségét az 1. Táblázatban 1 m3-re vonatkoztatva vannak megadva. 2. táblázat: Az alapanyag-keverék biogáz hozama Table 2: The gas yield of the substrate mixture Labor 1 m3 alapanyag-keverék biogázhozama 287 m3

Kísérleti üzem 1 m3 alapanyag-keverék biogázhozama 288 m3

A 2. táblázatban látható, hogy a laboratóriumi kísérlet alapján számolt fajlagos biogáz hozam szinte megegyezik a félüzemi kísérlet alapján számolt fajlagos biogáz hozammal. A biogáz CH4 tartalma mindkét kísérlet során átlagosan 5556% volt. Következtetések Az elvégzett kísérlet eredményei alapján alapanyagra specializált technológia tervezés történt. A 3 hónapon át tartó kísérletek során megfigyelhető volt, hogy a laboratóriumi kísérletben időben előbb jelentkeztek a fermentációs folyamattal kapcsolatos problémák (pl. összes sav tartalom megnövekedése, N-P arány megváltozása, stb.), így ezek alapján prognosztizálhatóvá váltak a kísérleti üzemben várható változások. Ennek jelentőségét hangsúlyozza, hogy ha a kísérleti üzem iszapja valamilyen okból elsavanyodik és újra kell indítani, akkor ez hosszú időt vesz igénybe és ezzel lelassul a technológia tervezés folyamata is.

2. ábra: Kísérleti üzem Figure 2: Pilot plant

1. táblázat: A laboratóriumi és a félüzemi kísérlet összehasonlítása Table 1: The comparison of the laboratory and pilot plant scale experiments Labor Nap 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

14

KOI terhelés (kg/m3/nap) 5,17 5,17 5,17 5,46 5,81 6,15 6,32 6,58 7,00 7,42 7,89 8,32 8,72 9,27 9,87 10,44 10,99 11,71 12,42 13,11 13,99 Összesen

Alapanyag I. (l/m3/nap)

Alapanyag II. (l/m3/nap)

8,30 8,60 9,00 9,00 9,20 9,60 10,00 11,10 12,20 13,00 13,80 14,60 15,20 16,20 17,20 18,20 19,20 20,60 21,80 23,00 24,60 304,40

1,30 1,60 1,60 1,60 1,60 1,80 1,80 2,10 2,60 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20 4,40 4,80 5,00 60,80

Kísérleti üzem Fajlagos gáztermelés (m3/m3/nap) 2,30 3,85 3,85 4,05 3,30 3,60 3,95 2,80 3,95 4,95 6,00 5,25 4,80 5,30 5,40 5,80 6,10 6,40 5,90 8,36 8,78 104,69

Alapanyag I. (l/m3/nap)

Alapanyag II. (l/m3/nap)

8,78 8,78 8,78 9,29 9,88 10,46 10,74 11,18 11,85 12,56 13,36 14,08 14,78 15,69 16,73 17,68 18,61 19,86 21,04 22,21 23,69 300,04

1,61 1,64 1,64 1,64 1,74 1,86 2,00 2,09 2,41 2,56 2,78 2,91 2,93 3,25 3,38 3,60 3,83 3,90 4,30 4,54 4,87 59,49

Fajlagos gáztermelés (m3/m3/nap) 3,41 3,38 3,45 3,73 3,77 4,00 4,09 4,35 4,78 4,71 4,94 5,63 5,83 6,31 3,43 5,73 5,58 6,01 6,33 6,79 7,45 103,70



Fontos információ szintén, hogy a gázhozamok félfolyamatos laboratóriumi kísérletek során megegyeztek a kísérleti üzemben mért gázhozamokkal. Egy laboratóriumi kísérlet költsége jóval kisebb, mint egy kísérleti üzem költségei, de ugyanakkor fontos, hogy megbízható eredményeket kapjunk egy laboratóriumi kísérletben. Tapasztalataink alapján egy laboratóriumi kísérlet akkor ad megbízható és a gyakorlatban jól használható információt, ha félfolyamatos kísérlet során határozzuk meg a gázhozamot és az oltóiszapot megfelelő módon adaptáljuk az alapanyaghoz.


Irodalom [1] Borole A.P., Klasson K.T., Ridenour W., Holland J., Karim K., Al-Dahhan M.: Methane production in a 100L upflow bioreactor by anaerobic digestion of farm waste Appl. Biochem. Biotechnol. 2006 887-896 [2] Gallert C., Henning A., Winter J.: Scale-up of anaerobic digestion of the biowaste fraction from domestic wastes Wat. Res. 2003 1433-1441 [3] Melidis P., Georgiou D., Aivasidis A.: Scale-up and design optimization of anaerobic immobilized cell reactors for wastewater treatment Chem Eng Proc 2003 897-908

15


A biometán perspektívái a hazai közlekedésben Jobbágy Péter, Bai Attila, Juhász I. Lilla Debreceni Egyetem, AMTC, GVK, Gazdálkodástudományi Intézet • [email protected]

Cikkünkben megvizsgáljuk a gépkocsik, illetve buszok CNG-üzeműre való átalakításának megtérülési mutatóit, a személygépjárművek esetén a benzinnel, az autóbuszok esetén a gázolajjal, mint jellemző üzemanyaggal összehasonlítva. Ezen kívül becsléseket végzünk annak megállapítására, hogy különböző alapanyagok és üzemi méretek esetén milyen önköltséggel lenne előállítható az üzemanyagként felhasználható, földgáz minőségű biometán. Mindezek tükrében következtetéseket vonunk le a biometán üzemanyagcélú alkalmazásának lehetőségeiről, feltételeiről. Bevezetés A hazai biogázüzemek elsősorban hulladék-gazdálkodási céllal valósultak meg, a biogázból pedig szinte kizárólag villamos áramot és hulladékhőt állítanak elő. Ennek indokoltsága egyértelmű: nagyobb méretekben és a nyári időszakban szinte lehetetlen kizárólag hőenergia-termelésre felhasználni a biogázt. Az energia ugyan piacképesebbé tehető villamos árammá átalakítva, ez azonban többlet-beruházással és -költségekkel jár, ami közép- és nagyméretben 5-7 Ft/m3-rel, kisüzemeknél akár 20-25 Ft/m3-rel növeli a biogáz önköltségét. Mivel a legjobb gázmotorok elektromos hatásfoka is csak 40 % körüli, a kisebb méretekben alkalmazható gázturbináké pedig csupán 34-35 %, ezért itt is jelentős mértékű hulladékhő elhelyezéséről kellene gondoskodni, ami – a létező jó megoldások mellett – különösen a nyári hónapokban általában megoldhatatlan feladat. A villamos áram kötelező átvétele ugyan biztosított, mégis több bizonytalansággal terhelt, elsősorban a hálózatra csatlakozási pont kijelölésénél, a MEH által garantált áron átvételre kerülő zöldáram mennyiségének meghatározásakor, valamint a menetrendtartási kötelezettség miatt. Mindezek következtében nagyüzemi méretben megfontolandó lehetőség lehet a biometán előállítása. Ennek fő előnye, hogy itt egyáltalán nem képződik hulladékhő. A képződő ikertermékek felhasználására többféle lehetőség kínálkozik: • A hazai gáztörvény által garantált értékesítés a földgázhálózatba. Ennek problematikus pontjai lehetnek a zöldáramhoz hasonlóan a csatlakozási pont kérdése, ahol a biogáztelep nincs alkupozícióban, valamint az ár, mely – a zöldárammal ellentétben – nem garantált. • Amennyiben nagyméretű üvegház, illetve fóliasátor, vagy algatelep integrálható a rendszerbe, akkor a biogáz egy része ezek fűtésére, a tisztítás után kinyert széndioxid pedig a növények tápanyag-ellátására szolgálhat. A széndioxid tisztításának és palackozásának gazdaságossága kétséges. • Szintén nem alkalmazott, de véleményünk szerint talán legígéretesebb eljárás a hajtóanyagkénti hasznosítás. Itt elvileg elképzelhető a földgáznál valamivel alacsonyabb metántartalmú gáz is, bár ennek sűrítési, szállítási költsége nagyobb, hatótávolsága kisebb a CNG-nél. Fő előnye viszont, hogy helyi közlekedési rendszerekbe kiválóan integrálható, értékesítésének feltételei pedig nem függenek a gázszolgáltatóktól. Mivel jelenleg csak két helyen működik nyilvános CNG-üzemanyagkút hazánkban (1. táblázat), ezért a helyi és rövidtávú helyközi tömegközlekedés, esetleg a taxik, vagy önkormányzati gépjárművek lehetnének az ideális felhasználók. Ennek következtében jól ellenőrizhető 16

módon a jelentős mennyiség felhasználása is megoldható lenne, méghozzá éppen a belvárosokban, ahol a légszennyezés egyébként is nagy gondot jelent. 1. táblázat: Magyarországon működő CNG töltőállomások Table 1: CNG filling stations in Hungary Megnevezés Kapacitás (m3/h) Nyilvános 25 nem Baja 50 nem Békéscsaba 3,5 nem Budapest n.a. nem Debrecen Győr 340 igen 4 nem Hódmezővásárhely (2) 4 nem Kalocsa 50 nem Kiskunfélegyháza 4 nem Kiskunhalas 4 nem Orosháza 4 nem Szabadszállás Szeged 890 igen 4 nem Szentes (2) Forrás: www.egaz-degaz.hu alapján saját adatgyűjtés

A gáztisztításnál maga az átalakítás mintegy 30-50 Ft/m3-rel drágítja meg az előállított biometánt a biogázhoz képest (Bai, 2009). Itt kritikus tényező a megfelelő üzemméret, hiszen a tisztításnál a 100-150 Nm3/h kapacitás is háromszor akkora költséggel állítja elő a biometánt, mint az 1000-1500 Nm3/h méret. 500-800 Nm3/h kapacitás (1-1,5 MWe) alatt a tisztítás költségei progresszíven emelkednek. A városi, illetve mezőgazdasági szennyvizet feldolgozó biogáztelepeken jellemzően gazdaságossági és méretezésbeli szempontból is célszerűbb megoldás lehet a tisztítás mind a kogenerációnál, mind az energianövényeket, illetve vásárolt alapanyagokat felhasználó üzemeknél. Célok és módszerek Kutatásunk célja a biogáz hajtóanyagként való (bioCNG) alkalmazásának gazdasági, gazdaságossági értékelése volt. A kutatás során vizsgáltuk a CNG-üzemű újonnan vásárolt személygépjárművek többletköltségének (gyári CNG-szett) megtérülési idejét különböző autómárkák esetében. Mivel hazánkban nem értékesítenek CNG-s járműveket, németországi adatokra támaszkodtunk a számítások során. A személygépjárművek CNG-üzeművé történő átalakításának költségeiről sem álltak rendelkezésre hazai adatok, azonban a sűrített metán LPG-hez hasonló fizikai tulajdonságai (pl. nyomásviszonyok) miatt vélelmeztük, hogy az átalakítás költségei megegyeznek az LPG-s átalakítás költségeivel, így erre számoltuk ki a beruházás megtérülési idejét. Mezőgazdasági Technika, 2010. január


Az autóbuszok esetében egy tömegközlekedési vállalat által rendelkezésünkre bocsátandó átalakítási költségekkel kívánunk számolni. Mivel a cikk leadási határidejére ezen adatokat nem kaptuk meg, ilyen irányú számításainkat a konferencia előadásban fogjuk részletezni. A megtérülési idő minden esetben a hagyományos üzemanyagok és a CNG ára közötti különbség alapján került kiszámításra. A számítások másik iránya a CNG előállítás nyereségességének megállapítását célozta, ennek érdekében önköltségszámításokat végeztünk. Az önköltségszámításoknál 3 lehetséges üzemméretet (2 Mm3/év, 4 Mm3/év, illetve 8 Mm3/év) vettünk figyelembe, valamint 4 elképzelhető alapanyag beszerzési szcenárióval (100% vásárolt, 50% vásárolt, 25% vásárolt, 0% vásárolt) számoltunk. A bio-CNG elvi áránál 10% vállalkozói nyereségigénnyel kalkuláltunk, valamint számításba vettük a jelenleg érvényben levő jövedéki adó (24,5 Ft/kg) és ÁFA (25%) szabályozást. Eredmények CNG-üzemű gépjárművek megtérülése Az 2. táblázat négy autómárka CNG-szettel szerelt járműveinek felárait, valamint a németországi, illetve hazai ökonómiai körülmények közötti megtérülési idejét tartalmazza (menetteljesítményben kifejezve). Mindkét megtérülési idő esetén az aktuális (októberi) üzemanyagárakkal számoltunk, az üzemanyag árak változását, a CNG-benzin árrés várható nyílását nem vettük figyelembe. 2. táblázat: Néhány autómárka CNG-szett felárai és a többletberuházás megtérülési ideje Table 2: Extra charge of the CNG sets and refunding time of additional investment Megtérülés Megtérülés (km) DE1 (km) HU2 2.430 € 49.612 62.051 Opel (Zafira) 120.457 150.660 Volkswagen (Touran) 5.900 € 2.410 € 49.203 61.541 Chevrolet (Nubira) 5.120 € 104.532 130.742 Fiat (Doblo) Forrás: márkák hivatalos honlapjai3, saját számítások Márka

Felár

A táblázatból kitűnik, hogy a CNG-üzemű új személygépjárművek ára gyártótól függően 640.000-1.570.000 Ft-tal haladja meg a benzines típusok árát, ez a többletberuházás azonban viszonylag hamar megtérül, azaz amennyiben az infrastruktúra megfelelő (kellő mennyiségű CNG-töltőál lomás), megéri a drágább konstrukciót választani. Már meglévő autó átalakítása esetében még kedvezőbb a megtérülési idő, hiszen az átalakítás költsége az autó korától és típusától függően 200-300 ezer Ft között mozog

(www.haszon.hu), a megtérülési idő pedig (a táblázatban szereplő kalkuláció paramétereit alkalmazva) 19.000-29.000 km. Összességében elmondhatjuk, hogy a CNG-üzemű személygépjárművek elterjedését nem gazdaságossági, hanem infrastrukturális szempontok gátolják. A CNG előállítás gazdaságossága Különböző üzemmértek, illetve alapanyagok esetén igen különböző a biogáz, illetve a tisztított biogáz önköltsége. A 3. táblázat a legkisebb üzemmérettel számol, amely esetén már megéri tisztítani a biogázt. Jól látható, hogy az ily módon előállított CNG csak akkor lehet versenyképes, ha az alapanyagok 75-100%-a ingyen áll a biogázüzem rendelkezésére, azaz szennyvíztelepeken, vagy nagy mennyiségű hígtrágyát ártalmatlanító üzemekben jöhet számításba ilyen méret mellett a biogáz tisztítása és CNG-vé alakítása. Még ebben az esetben is csak a versenyképesség alsó határát súrolja az előállított termék, hiszen a forgalmazó nyereségigényével nem számoltunk (piaci ár ~220 Ft/kg) 3. táblázat: A bio-CNG előállítás önköltsége 2 millió m3/év kapacitású biogáztelepeken Table 3: The production costs of bio-CNG production by bio gas plants with 2 million m3/year capacity önköltség 1. üzem4 54 Ft/m3 2. üzem5 41 Ft/m3 3. üzem6 35 Ft/m3 4. üzem7 29 Ft/m3 Forrás: saját számítások

tisztítási ktsg. 50 Ft/m3 50 Ft/m3 50 Ft/m3 50 Ft/m3

elvi bio-CNG ár 253 Ft/kg 226 Ft/kg 213 Ft/kg 200 Ft/kg

A 4. táblázatban 4 millió m3/éves kapacitású biogáz üzemek különböző alapnyagellátottsági szcenáriói szerepelnek. Ebben a méretben a tisztítás önköltsége már csak mintegy 40 Ft/m3, valamint a méretgazdaságosságból kifolyólag a termelt biogáz önköltsége is kisebb, így az előállítható CNG már a 2. esetben versenyképesnek bizonyul. 4. táblázat: A bio-CNG előállítás önköltsége 4 millió m3/év kapacitású biogáztelepeke Table 4: The production costs of bio-CNG production by bio gas plants with 4 million m3/year capacity önköltség 1. üzem8 50 Ft/m3 2. üzem9 38 Ft/m3 3. üzem10 34 Ft/m3 4. üzem11 30 Ft/m3 Forrás: saját számítások



Az utolsó esetben 8 millió m3/év (1000 m3/h) termelőképességű üzemre végeztük el a számításokat (5. táblázat). Ennél az üzemméretnél a tisztítás önköltsége 30 Ft/m3-re

8 l benzin/100 km (1,294 EUR/l), illetve 6 kg CNG/100 km (0,909 EUR/kg) átlagfogyasztással számolva EUR= 267 HUF árfolyammal, valamint 8 l benzin/100 km (295,7 Ft/l), illetve 6 kg CNG/100 km (220 Ft/kg; www.vezess.hu) átlagfogyasztással számolva 3 www.opel.de; www.volkswagen.de; www.chevrolet.de; www.fiat.de 4100%-ban vásárolt alapanyagok esetén 5 50%-ban vásárolt alapanyagok esetén 6 25%-ban vásárolt alapanyagok esetén 7 0%-ban vásárolt alapanyagok esetén 8 100%-ban vásárolt alapanyagok esetén 9 50%-ban vásárolt alapanyagok esetén 10 25%-ban vásárolt alapanyagok esetén 11 0%-ban vásárolt alapanyagok esetén 1

21


17


csökken, az előállított CNG-ről pedig biztosan kijelenthetjük, hogy 100%-ban vásárolt alapanyagokra (pl. energianövények) alapozott biogáztermelés esetén is versenyképes, sőt alacsonyabb, mint a 3. táblázatban szereplő legkedvezőbb szituációt feltételező CNG ár. 5. táblázat: A bio-CNG előállítás önköltsége 8 millió m3/év kapacitású biogáztelepeken Table 5: The production costs of bio-CNG production by bio gas plants with 8 million m3/year capacity önköltség 1. üzem8 40 Ft/m3 2. üzem9 32 Ft/m3 3. üzem10 29 Ft/m3 4. üzem11 25 Ft/m3 Forrás: saját számítások



Következtetések Mindent összevetve kijelenthetjük, hogy a CNG-üzemű gépjárművek beszerzése viszonylag alacsony futásteljesítmény alatt megtérül, az utólag átalakításra fordított költségek pedig elenyészőek az ezzel elérhető megtakarítások mellett, így a CNG üzemanyagként való elterjedésének a fogyasztók részéről gazdasági akadálya nincsen. Komoly hátrányt jelent viszont, hogy hazánkban nincsen kiépítve a CNG töltőállomás-hálózat, a 13 CNG töltőállomásból csak 2 nyilvános. A közeljövőben nem várható, hogy ez a helyzet jelentősen változna, így a CNG-re való átállásban elsősorban a fuvarozásban, utasszállításban résztvevő

gazdasági társaságok (pl. taxi, helyi, esetleg rövid távú helyközi közlekedés) lehetnek érdekeltek. A bio-CNG előállítás jelentős többletberuházás-igénnyel jár, mely csak a nagyobb üzemméretek esetén (>4 Mm3/év) kifizetődő. Azon üzemek számára, amelyek legalább ekkora kapacitással rendelkeznek, a CNG előállítás kitűnő alternatívája lehet a zöldáram termelésnek, vagy a földgázhálózatba való biometán betáplálásnak, azonban ehhez összefogásra és hosszú távú szerződésekre van szükség a helyi közlekedési vállalatokkal, esetleg a taxi-társaságokkal. Rövidtávon célszerű lenne a már meglévő CNG-kutak bővítése és nyilvánossá tétele, új kutak létesítése csak az olaj/ földgázárak arányának növekedése, állami részvétel, vagy jelentős számú CNG-üzemű személyautó esetén javasolható. Irodalom [1] Bai A.: Első generációs bio-hajtóanyagok alkalmazása a helyi tömegközlekedésben. Habilitációs értekezés. Debrecen, 2009. [2] www.vezess.hu [3] www.haszon.hu [4] www.eh.gov.hu [5] www.opel.de [6] www.volkswagen.de [7] www.chevrolet.de [8] www.fiat.de [9] www.egaz-degaz.hu

100%-ban vásárolt alapanyagok esetén 50%-ban vásárolt alapanyagok esetén 25%-ban vásárolt alapanyagok esetén 11 0%-ban vásárolt alapanyagok esetén 8 9

10

18



A potenciális etanolhozam előrejelzésének vizsgálata kukoricafermentálási kísérletben Sipos Péter1, Nógrádi Sándor2, Győri Zoltán1 1 Debreceni

Egyetem, Agrár- és Műszaki Tudományok Centruma • [email protected] 2 Servitec Kft., Tata • [email protected]

A hajdúsági körülmények között termesztett 136 eltérő genetikai tulajdonságú kukorica hibrid szemtermésének minőségvizsgálatával és laboratóriumi fermentálásával kerestünk választ arra, hogy lehet-e a klasszikus minőségi paraméterek alapján, illetve a közeli infravörös spektroszkópia (NIR) alkalmazásával megbízhatóan becsülni a potenciális etanol hozamot. Megállapítottuk, hogy igazolható a szoros kapcsolat a keményítőtartalom és a potenciális etanol hozam között, s hasonlóan jól becsülhető az etanolhozam a spektrális elemzés segítségével. A kifejlesztett NIR-kalibráció a független mintapopulációval történt validálást követően a gyakorlat számára is alkalmazható gyorsvizsgálati monitorozásra. Bevezetés Az ásványolajkészletek csökkenésével egyre inkább előtérbe kerül a megújuló erőforrások, így a bio-üzemanyagok hasznosítása. Az európai uniós irányelvek előírják tagországaik számára, hogy 2010-re a megújuló energiaforrások részaránya 5,75%, 2020-ra 10% legyen (Sinóros-Szabó et al., 2007). Ennek egyik alternatívája a kukoricából történő bioetanol előállítása. A hazai állatállomány csökkenése az elmúlt évtizedben folyamatosan éreztette hatását a kukorica készletek alakulására, ami a hazai intervenciós gabonafelvásárlás első éveire azt eredményezte, hogy a Magyarországon felajánlott és tárolt kukorica mennyisége 2006 végére elérte a 4,7 millió tonnát (Pallagi, 2008). A túltermelés az értékesítési árak erőteljes csökkenését eredményezte, ami a kukorica alapú etanolgyártást megvalósítani kívánó programok és vállalkozások tömeges elindulását indukálta. Így 2007 elejére a bejelentett fejlesztési igényeken kialakuló etanolipar teljes megvalósulása esetén kukoricából 7,5 millió tonna, őszi búzából 1 millió tonna évenkénti alapanyagigényt támasztott volna a mezőgazdaság felé (Popp és Potori, 2006). A termelési eredmények alakulása alapján megfigyelhető, hogy a bioetanol előállítás az elmúlt években, ha nem is az előbbi terveknek megfelelő mértékű, de jelentős fejlődést mutatott. Az ezredfordulós elképzelések középtávon 32 millió liter évenkénti magyarországi előállítás megcélzását prognosztizálták (Bai, 2004), s a 2005-2006-os statisztikai adatok ezen értékek elérését, évi 34-35 millió liter előállítását igazolták. A 2010-re teljesítendő 5,75%-os felhasználási arány eléréséhez 120-130 ezer tonna, azaz 150-165 millió liter előállítását látták szükségesnek (Laczó, 2008). Ha ezt a 2008-as termelési adatokkal vetjük össze, akkor megállapíthatjuk, hogy ez a mennyiség megvalósult, hiszen tavaly 150 millió literes előállítással az Unió 5. legnagyobb bioetanol előállítói lettünk. A kukoricaalapú bioetanol-gyártás iránti fokozódó érdeklődés megjelenésének és növekedésének hatására kezdtünk azzal a kérdéssel foglalkozni, hogy a kukorica szemtermés mely minőségi paramétere lehet alkalmas a potenciális etanolhozam előrejelzésére, illetve a kukoricaminták spektrális analízise a közeli infravörös tartományban alkalmas-e és milyen mértékben előrejelzés megalapozására. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

Anyag – módszer A vizsgálat során elemzett kukoricaminták egy több mint 300 mintás alaphalmazból lettek kiválasztva. A kiválasztás során NIR gyorsvizsgálati módszerrel vizsgáltuk a kukorica szemterméseket, s a lehető legszélesebb fehérjetartalomtartományt igyekeztünk értékeikkel lefedni, hiszen a kukorica szemtermésben a fehérje és a keményítő az a két komponens, ami a szárazanyag-tartalomban egymással negatív korrelációban, legnagyobb mértékben variálódik. NIR vizsgálat alapján 136 mintát választottunk ki, melyből 118 minta adta a NIR kalibráció alapmintáit, s 20 minta vizsgálatával validáltuk a kapott egyenletet, illetve további 20 független minta segítségével végeztünk egy újbóli validálást A kiválasztott kukoricaminták nedvesség-, keményítő-, fehérje- és nyerszsírtartalmát a hatályos MSZ szabványok alapján határoztuk meg (MSZ 6367-3:1983; MSZ 683018:1988; MSZ 6830-4:1981; MSZ 6830-6:1984) a Debreceni Egyetem Mezőgazdaságtudományi Kar Élelmiszer tudományi, Minőségbiztosítási és Mikrobiológiai Intézetében. Ugyanitt került sor a fermentálási kísérletre is. Ehhez először a kukoricamintákat 0,4 mm lyukméretű rosta mellett daráltuk Retsch SR2 laboratóriumi darálóval, majd csapvízzel 27% szárazanyag-tartalomra állítottuk be. Az elfolyósítást Liquozyme (Novozymes) a-amiláz enzimkészítménnyel végeztük 83°C-on. A szaharifikálást Spirizyme (Novozymes) glükoamiláz enzimkészítménnyel végeztük a fermentálással egyszerre. A fermentáláshoz Ethanol Red Yeast (Fermentis) élesztőt használtunk, s AYF1177 (Ethanol Technology) tápanyag-készítményt, karbamidot, 50069 (Novozymes) alkaláz enzimet és LactoStab (BetaTec Hopfenprodukte GmbH) antibakteriális készítményt használtunk. A fermentálás 72 órán át tartott. A fermentálás végén az etanolhozamot egyrészt UV-detektoros HPLC analízissel határoztuk meg (mért etanolhozam), illetve a fermentátum tömegvesztesége alapján becsültük (becsült etanolhozam). A becslés elvi alapját az adta, hogy ideális körülmények között a folyamat során mérhető tömegveszteség az alkoholos erjedésből felszabaduló CO2 távozásából ered, s így az ezzel párhuzamosan keletkező etanol mennyisége kiszámolható. A NIR kalibrációhoz a spektrumok felvételére FOSS Infra tec 1241 készüléket használtunk. A spektrum felvételére, a spektrális és kémiai adatok közötti kapcsolat vizsgálatára, ill. a kapott kalibráció validálására a Servitec Kft. által került sor. 19


1. ábra: A kukoricaminták keményítő- és fehérjetartalma Figure 1: The starch and protein contents of maize samples

Eredmények – megvitatás A fermentálásra kiválasztott 118 kukoricaminta keményítőtartalma 66 és 77% között alakult, míg a fehérjetartalom szélsőértékei 6,5 és 12,5% között szórtak. Ahogy az 1. ábrán látható, a vizsgált minták eloszlása e két paraméterben csak kevéssé követte a normális eloszlást, s elsősorban a mintakiválasztásnál alapul vett fehérjetartalom esetében sikerült viszonylag egyenletes eloszlást elérnünk a gyakorlati növénytermesztésben érintett 8-12% közötti fehérjetartalomtartományban. A kémiai és fermentálási adatokkal elvégzett korrelációanalízis eredményei alapján újfent igazoltuk a fehérje- és keményítőtartalom között szoros, szignifikáns kapcsolatot (r=-0,71), s mind a fehérje-, mind a keményítőtartalom statisztikailag igazolt módon változott a becsült és mért etanolhozam értékekkel. A keményítőtartalom és a becsült etanolhozam közötti kapcsolat 0,80, a mért etanolhozam esetében 0,44 értékű korrelációs koefficienssel volt jellemezhető, míg a fehérjetartalom esetében ezen együtthatók értéke -0,43 és -0,29 volt. A nyerszsírtartalom és az etanol hozam között nem találtunk statisztikailag igazolható kap-

csolatot. A keményítőtartalom és a mért, illetve becsült etanolhozam közötti regressziós kapcsolat a 2. és 3. ábrán látható. A keményítőtartalom és a mért etanolhozam közötti kapcsolat vizsgálatakor kitértünk annak értékelésére, hogy milyen hibridhatást tudunk igazolni, illetve a magas etanolhozamra ajánlott hibridek keményítőtartalmukhoz képest valóban átlagnál magasabb etanolhozamot tudnak-e produkálni. Eredményeink alapján megállapítottuk, hogy a két mutató közötti kapcsolat tekintetében a hibridhatás nem írható le, s jelentősen a regressziós egyenes alatt és felett egyaránt megtalálhatóak egy-egy hibrid adatpontjai. Hasonlóképpen a magas etanolhozam sem volt minden termőhelyi körülmények között megfigyelhető az erre javasolt hibridek esetében. A mért és becsült etanolhozam előrejelzésére kidolgozott NIR kalibráció regressziós eredményei láthatóak az 1. táblázatban. Látható, hogy a becsült etanolhozam esetében az összefüggés hasonló erősségű a spektrális adatokkal, mint a klasszikus kémiai módszerekkel meghatározott keményítőtartalommal, míg a mért etanolhozam esetében a becslő egyenlet determinációja kétszeres erősségű, mint a kemé-

2. ábra: A keményítőtartalom és a mért etanolhozam közötti regressziós kapcsolat Figure 2: The regression connecting between measured starch content and ethanol production

3. ábra: A keményítőtartalom és a becsült etanolhozam közötti regressziós kapcsolat Figure 3: The regression connecting between estimated starch content and ethanol production

20



nyítőtartalom alapján történő előrejelzés esetében. Validálásra csak a becsült etanolhozam esetében került sor, s a kalibrálással megegyező erősségű eredményt hozott. 1. táblázat: Az etanolhozam előrejelzésére kidolgozott NIR kalibráció regressziós paraméterei Table 1: The regression parameters of NIR calibration, which was prepared for predicting of ethanol production Paraméter Becsült etanolhozam Mért etanolhozam

N Min Max SEC SECV R2 133 31,58 38.85 0,7714 0,8438 0,5944 116 24,99 37,22 1,5535 1,6368 0,4189

Következtetések A klasszikus kémiai módszerekkel meghatározott keményítő tartalom és a potenciális etanolhozam közötti összefüggés igazolható mind a mért, illetve becsült etanolhozamok esetében, bár a köztük felírt korreláció csak közepesen erős, illetve erős, így önmagában a keményítőtartalom meghatározása nem alkalmas az etanolhozam pontos előrejelzésére. A kukoricaminták spektrális adatai és az etanolhozam szintén közepesen erős-erős korrelációt mutat, ami igazolja a NIR technika alkalmazhatóságát is ezen paraméterek előrejelzésére. Figyelembevéve azt, hogy a spektrális elemzés mintaelőkészítést nem igényel, roncsolás- és anyagköltségmentes, valamint olyan eredményt ad azonnal, ami a kémiai elemzés pontosságával vetekszik, kijelenthetjük, hogy a


kifejlesztett NIR-kalibráció költséghatékonyan alkalmas a potenciális etanolhozam előrejelzésére, gyorsvizsgálati monitorozásra, s ahol az eszköz rendelkezésre áll, pótlólagos ráfordítást sem igényel. Irodalom [1] Bai A. 2004: A bioetanol-előállítás gazdasági kérdései. Agrártudományi Közlemények, 14. 30-38. [2] Laczó F. 2008: Bioüzemanyagok előállításnak lehetőségei Magyarországon. Környezettudományi Központ, 30-38. [3] Pallagi, 2007: Az agrártámogatási rendszer aktuális kérdései, gabonaintervenció, A „Tárolás, elsődleges feldolgozás a növényi termék-előállításban” címmel 2007. február 8-án rendezett Interaktív Szaktanácsadási Konferencia szerkesztett anyaga. Debrecen. Szerk.: Győri Z. 7-12. [4] Popp J., Potori N., 2006: A bioetanol-gyártás és az alapanyag-termelés dilemmái Magyarországon. http://www. etanol.info.hu/hun/letoltesek/Cikk_Popp_Jozsef_AKI. rtf [5] Sinóros-Szabó B., Megyes A., Sulyok D., Rátonyi T., 2007: Biodízel-termelés mint kitörési pont a növénytermesztésben. Agrárunió VIII.. 5. 14-16.

21


Bio-motorhajtóanyagok agrártermékekből Kasza Tamás, Tóth Csaba, Hancsók Jenő Pannon Egyetem, Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet, MOL Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszék, Veszprém • [email protected]

A Pannon Egyetem Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszékén több mint 10 éve szisztematikus kutató-fejlesztő tevékenységet folytatnak bio-motorhajtóanyagok előállítására agrártermékekből és különböző hulladékokból kiindulva. A közleményben áttekintik a biomotorhajtóanyagok általuk kidolgozott rendszerezését és bemutatják a különböző biomotorhajtóanyagok kutatása területén elért eredményüket. A Tanszéken kiemelt kutatási területek a következők: (1) Növényolajok és gázolaj-növényolaj elegyek felhasználási lehetőségeinek vizsgálata Diesel-motorok hajtóanyagaként; (2) Növényolaj-zsírsav-metilészterek korszerű előállítási lehetőségeinek kidolgozása, különös tekintettel az enzimkatalitikus átészterezésre; (3) Bioetanol/dízelgázolaj emulzió előállítása és vizsgálata; (4) Fischer-Tropsch paraffinok izomerizáló hidrokrakkolása nagy cetánszámú szintetikus biogázolajjá és nagy viszkozitásindexű alapolajjá; és (5) Nagy triglicerid tartalmú alapanyagok (hagyományos és nemesített növényolajok, használt sütőolajok és zsiradékok, hús- és bőrfeldolgozásból származó zsiradékok, szennyvíztisztításból származó „csapdazsiradék”, stb.) speciális hidrokrakkoló átalakítása biogázolajjá (normál- és izo-paraffinok elegyévé). A közleményben kiemelten ez utóbbi témát tárgyalják a felismeréstől a végtermék kifejlesztésig terjedően. Bemutatják a biogázolajok kiváló alkalmazástechnikai jellemzőit (cetánszám: 70-95, hidegszűrhetőségi határhőmérséklet: -10 és -25°C között, kéntartalom: 1 mg/kg, aromástartalom kisebb 1 %, stb.) a biodízelekével és a dízelgázolajokéval összehasonlításban. Bevezetés A fenntartható fejlődés egyik alappillére a mobilitás. Ennek megvalósításához szükséges szárazföldi, vízi és légi járművek meghajtórendszereit motorhajtóanyagokkal működtetik, amelyek közül egyre nagyobb jelentőségük van az alternatív forrásból származóknak, ezen belül is a biológiai eredetűeknek, és közöttük is a növényolajoknak és származékaiknak. A nem fosszilis eredetű energiaforrásból történő motorhajtóanyag-gyártás nem csak a környezetszennyezés csökkentésére irányuló világméretű törekvéseket, hanem a humánbiológiailag is megfelelő minőségű motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelményeket is ki kell elégítse, azaz olyan hajtóanyagok előállítása és használata szükséges, amelyeknek gyártása, tárolása, szállítása, és felhasználása során kisebb mennyiségű károsanyag (szén-monoxid, szénhidrogének, kén- és nitrogénoxidok, szilárd részecskék, szén-dioxid) keletkezik. Ezáltal csökkenthető például a savas eső és az üvegházhatás kialakulásának esélye, illetőleg azok növekedésének az üteme. Jól ismert, hogy a növényolajok és származékaik biológiailag könnyen lebontható motorhajtóanyagok. A bio-motorhajtóanyagok, az agrártermékekből és/vagy -hulladékokból előállított, valamilyen módon a mobilitás tárgyi eszközeinek meghajtó-láncolatában energiaforrásként felhasználható természetes anyagok felhasználására való törekvés főleg az Európai Unió országaiban vált jelentőssé. Ennek legfőbb oka az Európai Unió előrelátó energiapolitikája, amely a világ kőolajkészletének egyenlőtlen eloszlása miatt kialakult uniós importfüggőséget és a kőolajtól való függőséget kívánja csökkenteni. A Pannon Egyetem Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszékén ezen gondolatok szellemében már több mint 10 éve szisztematikus kutató-fejlesztő tevékenység folyik bio-motorhajtóanyagok előállítására agrártermékekből és különböző hulladékokból kiindulva. 22

Ezen közleményünkben a Tanszék kiemelt kutatási területeit, elért eredményeket, elsősorban a biogázolajok területén mutatjuk be. Gázolaj-növényolaj elegyek felhasználási lehetőségeinek vizsgálata Diesel-motorok hajtóanyagaként A Nemzeti Kutatási és Fejlesztési Program keretében létrehozott konzorcium kutatási programjában olyan kedvező összetételű (zsírsav, kén, nitrogén, fém, és egyéb összetevők) növényolajok kiválasztását végeztük amelyek átalakítás nélkül (csak fizikai és/vagy kémiai finomítás után) önmagukban vagy bizonyos koncentrációban dízelgázolajhoz keverve felhasználhatók motorhajtóanyagként. Célirányosan előkészített, különböző zsírsavösszetételű és eltérő egyéb tulajdonságú növényolajokat (repce- és/vagy napraforgó) eltérő koncentrációban (0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 m/m%) tartalmazó különböző minőségű (adalékolatlan, heteroatommentesített) dízelgázolajokból (és egyes esetekben biodízelekből) álló elegyekbe kevertük, meghatároztuk ezek fontosabb minőségi jellemzőit. Kísérleti munkánk során vizsgáltuk a különböző növényolajok alapgázolajokba történő bekeverésének hatását a gázolaj tulajdonságaira, és azokat összehasonlítottuk a szabványban lévő, megfelelő értékekkel. Megállapítottuk, hogy a növényolajok minőségét bekeverés előtt adott finomítási eljárással (eljárásokkal) javítani kell, mert így csökkenthető a foszfatidok, a szabad zsírsavak, a növényi színezőanyagok, és azok esetleges bomlástermékeinek, a zsírsavak oxidációs termékeinek, az íz- és szaganyagok, oxidációt katalizáló hatású fémek mennyisége illetve néhány esetben teljesen eltávolíthatóak ezek a káros komponensek. Sikerült kiválasztani olyan zsírsavösszetételű növényolajokat (előnyösen nagy olajsavtartalmúakat), amelyek átészterezett származékai ideális minőségi jellemzőkkel rendelkeznek, tehát elfogadható a hidegszűrhetőségi határhőmérsékletük és az oxidációs stabilitásuk. Mezőgazdasági Technika, 2010. január


Növényolaj-zsírsav-metilészterek korszerű előállítási lehetőségeinek kidolgozása, különös tekintettel az enzim katalitikus átészterezésre Napjainkban az ipari méretben történő biodízel előállítás során elsősorban a bázikus katalizátorok alkalmazását részesítik előnyben, környezetvédelmi és humánbiológiai okok, valamint a jobb minőség igénye miatt azonban előtérbe került a különböző immobilizált enzimkatalizátorok (lipáz enzimek) alkalmazási lehetőségeinek vizsgálata is. A kísérleti munkánk célja magyarországi eredetű, megfelelően előkészített (tisztított) növényolajok (napraforgó-, és repceolajok) enzimkatalitikus átészterezésének vizsgálata volt laboratóriumi körülmények között. Ennek során tanulmányoztuk az oldószermentes közeg vagy a minimális oldószermennyiség alkalmazásának lehetőségét, amely energiatakarékosságot tesz lehetővé. Ennek keretében három különböző kereskedelmi forgalomban kapható immobilizált lipáz enzim (Candida antartica (Novozym 435), Rhizomucor miehei (Lipozyme RM IM) és Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL IM)) átészterező hatékonyságát vizsgáltuk (hőmérséklet: 30-70°C, metanol:triglicerid mólarány: 4:1, katalizátor mennyisége: 6-12% a teljes reakcióelegyre vonatkoztatva, metanol adagolás: több részletben). Megállapítottuk, hogy a reaktánsok és a termékek közül a metanolnak és a keletkező glicerinnek jelentős reakciógátló hatása van. Ezt részben a metanolnak több részletben vagy folyamatosan történő adagolásával kerültük el, mert az a keletkező metilészter-elegyben már jól oldódik és nem mérgezi az enzimet (az etanol egy bizonyos koncentráció felett mérgezi az enzimet, azaz az enzimet alkotó fehérjék irreverzibilisen kicsapódnak), részben pedig a glicerinnek a reakcióelegyből dialízissel történő eltávolításával előztük meg [1-4]. A vizsgált lipáz enzimek közül a Candida antartica (Novozym 435) jelenlétében előállított termékek esetén értük el a legnagyobb zsírsav-metil-észter hozamot (az elméleti hozam megközelítésének mértéke > 95%) és a termékek legmagasabb metilészter-tartalmait ( > 98%). A kedvező technológiai körülmények (T = 50°C, Reakció idő = 12 óra, CH3OH adagolás > 8 lépésben) mellett nyert biodízelek valamennyi minőségi jellemzője – kivéve a CFPP értékét – kielégítette az érvényes EU szabvány (EN 14214:2004) előírásait [1-4]. Az új eljárás előnyei: nincs szappan és katalizátor-maradék az észterfázisban, amelyeket el kell távolítani; kevésbé környezetszennyező, mint a lúg katalizátort alkalmazó eljárások. Megállapítottuk továbbá, hogy a hagyományostól jelentősen eltérő zsírsavösszetételű alapanyagok (pl.: nagy olajsavtartalom, vagy használt sütőolaj és növényolaj megfelelő arányú elegyei) gyakorlatilag nem vagy csak kismértékben befolyásolják az enzimkatalitikus átészterezés hatékonyságát az általunk kifejlesztett technológiai elrendezéssel és célirányos reakciófeltételek mellett (az érvényes szabványnak megfelelő minőségű zsírsav-metilészter elegyet lehet előállítani) [1-4]. Kísérletek eredményeivel igazoltuk azt az általánosságban érvényes megállapításunkat, hogy a legjobb minőségű Mezőgazdasági Technika, 2010. január

zsírsav-metilésztereket a szerkezetében olajsav molekulaalkotót a lehető legnagyobb részarányban (>90%) tartalmazó trigliceridekből lehet előállítani [1-5].

1. ábra: A katalitikus oxigéneltávolítás lehetséges bruttó reakciói (három olajsavláncot tartalmazó triglicerid molekula esetén) Figure 1: Scheme of the experimental apparatus

Bioetanol/dízelgázolaj emulziók előállítása és vizsgálata Eddig a dízelgázolajokban főleg zsírsav-metil-észtereket (biodízel) használtak fel a legnagyobb mennyiségben bio eredetű keverőkomponensként, azonban ezek részarányának 5 v/v% (2004) és 7 v/v% (2009) feletti bekeverését stabilitási és összeférhetőségi okok miatt a gépjárműgyártók nem ajánlják. A bioeredetű motorhajtóanyagok részarányának növelésére egyik megoldás a bioetanol/gázolaj emulziók alkalmazása. Ez utóbbiak felhasználását azonban stabilitásukból eredő problémák nagymértékben korlátozzák. Kísérleti tevékenységünk célkitűzése viszonylag nagy víztartalmú bioetanollal legalább -15°C hőmérsékleten is stabil bioetanol/gázolaj emulzió előállítása originális (új) szerkezetű adalék valamint társoldószerek felhasználásával [6-9]. Kísérleti eredményeink alapján megállapítottuk, hogy -15°C hőmérsékleten is az általunk vizsgált tárolási időtartam alatt (1 hét) stabil, 5 v/v% bioetanolt (víztartalom: 4 v/v%) tartalmazó bioetanol/gázolaj emulziót sikerült előállítani. Az emulziót alapgázolajra vonatkoztatva 2% általunk előállított, originális szerkezetű, zsírsav-metil-észtert molekula-alkotóként tartalmazó adalékkal és szintén az alapgázolajra vonatkoztatva 5 v/v% zsírsav-metil-észter társoldószerrel stabilizáltuk [6-9]. Fischer-Tropsch paraffinok izomerizáló hidrokrakkolása nagy cetánszámú szintetikus biogázolajjá és nagy viszkozitásindexű alapolajjá A kísérletek célja különböző nyersanyagokból (pl. földgázból, kőszénből, biomasszából, stb.) előállított szintézis gézból (H2 és CO különböző arányú elegyei) heterogén katalítikus úton Fischer-Tropsch szintézissel nyert, főleg nagyobb molekulatömegű paraffinokat tartalmazó ún. szintetikus kőolaj izomerizáló hidrokrakkolásával gyakorlatilag kén-, nitrogén- és aromásmentes gázolaj (pl. cetánszám kb. 70-75), alapolaj (pl. viszkozitásindex kb. 140-150) előállítási lehetőségeinek vizsgálata volt. A kísérleti munkánk során különböző összetételű kétfunkciós katalizátorokon szintetikus kőolaj és az ebből származó szűkebb párlatok izomerizáló hidrokrakkolásának lehetőségeit tanulmányoztuk [10-14]. 23


A kísérletsorozatok közül most a Pt/béta-zeolit és Pt/Al/ SBA-15 katalizátorok alkalmazhatóságának vizsgálatára - az MTA Kémiai Kutatóközponttal együttműködve - végzett kísérletek eredményeit mutatjuk be. Megállapítottuk, hogy a Pt/béta-zeolit katalizátor nagyfokú krakkoló és kisebb izomerizáló aktivitással rendelkezik, mint a Pt/Al/SBA-15. A mérés során nagy mennyiségben keletkezett gáztermék és C6-C10 frakció. A cseppfolyós termékhozam tartománya 14,3-84,1 % volt. Ezért ez a katalizátor nem kedvező FischerTropsch paraffinok izomerizáló hidrokrakkolására. Ezzel szemben a mezopórusos Pt/Al/SBA-15 katalizátorral nagy hozam mellett az izomerizálás nagymértékű volt. A cseppfolyós termékhozam tartománya ezen a katalizátoron 36-100 % között mozgott. Például a 300 és 325°C hőmérsékleten előállított termékek (hozam: 80-100%) izoparaffin-tartalma 60 és 70% között volt (p = 40-70 bar, LSHV = 1,0-3,0 h-1, H2/CH = 600 Nm3/m3). Ezért ez a katalizátor potenciálisan alkalmas lehet célkitűzéseink megvalósítására. Ezt azonban még tartamkísérletekkel kell igazolni. Nagy triglicerid tartalmú alapanyagok speciális hidro krakkoló átalakítása biogázolajjá (normál- és izoparaffinok elegyévé) A speciális hidrokrakkolás fogalma alatt a természetes tri gliceridek (hagyományos és nemesített növényolajok, használt sütőolajok és zsiradékok, hús- és bőrfeldolgozásból származó zsiradékok, szennyvíztisztításból származó „csapdazsiradék”, stb.) biogázolajjá történő katalítikus átalakítása során lejátszódó olefintelítést, oxigéneltávolító reakciókat (beleértve a dekarboxilező/dekarbonilező reakciókat), a láncszakító- valamint a kén- és nitrogéneltávolító reakciókat értjük. Jelenleg a kőolaj eredetű gázolajokban felhasznált biokomponensek gyakorlatilag csak a biodízelek (zsírsavmetilészterek), amelyeket a különböző trigliceidekből (elsősorban pl. szója-, repce-, napraforgó- és pálmaolajból) katalitikus átészterezéssel állítanak elő. Az általánosan elterjedt bázikus katalizátorokat alkalmazó biodízel-előállító eljárások azonban számos hátránnyal rendelkeznek (pl.: nagy telítetlentartalom → rossz hő- és oxidációs, és így tárolási stabilitás, nagy víztartalom → korróziós problémák, stb.). A trigliceridek (egy- vagy többlépéses) katalitikus hidrogénező átalakítása során keletkező céltermék az ún. biogázolaj, amely elsősorban (>99%) gázolaj-forrásponttartományba eső normál- és izoparaffinokat tartalmaz. A bio

gázolajok fogalmát a világon elsőnek – rendszerszemléletű elnevezést használva – Hancsók és munkatársai vezették be [15-20]. Ez eddig az egyetlen olyan szakszerű fogalommeghatározás, amely kémiailag és alkalmazástechnikailag is hűen tükrözi a termékösszetételt és a felhasználási lehetőséget. Felismerésük alapja az volt, hogy a gázolaj forrásponttartományú normál-paraffinok nagyon nagy cetánszámmal, de kedvezőtlen folyási tulajdonságokkal (fagyáspont > 12°C) rendelkeznek, míg az izo-paraffinok ezen tulajdonságai is kedvező (<10°C) viszonylag nagy cetánszám mellett. A paraffinok előnyei a viszonylag kedvező humánbiológiai és környezeti hatás (felhasználás során viszonylag környezetbarát égéstermékek keletkezése), továbbá, hogy a dízelgázolajokra érvényes szabványok és minőségi előírások (EN 590:2004; ASTM D975) ezen vegyületekcsoportok men�nyiségét nem korlátozzák a végtermékben. A triglicerideknek n-paraffinokká történő katalitikus hidrogénező átalakításakor lejátszódó reakciók során főleg normál-paraffinok (kevés izoparaffin), továbbá propán, szénoxidok (CO2, CO), víz, valamint szerves oxigéntartalmú vegyületek keletkeznek az alkalmazott katalizátor(ok) és technológiai feltételek függvényében (2. ábra) [15-20]. A trigliceridekből hidrogén jelenlétében történő n-paraffin elegyek heterogénkatalitikus előállítására alapvetően két fő út áll rendelkezésre (3. ábra). A 3. ábra alsó részén az előkezelt triglicerideket kőolajfinomítóban gázolajpárlatba keverik, majd a kapott elegyet egy már meglévő vagy kismértékben módosított kéntelenítő (hidrogénező) egységben (üzemben) alakítják át. A mély kéntelenítéskor a kén eltávolítását általában egylépéses technológiával valósítják meg átmenetifém/hordozó (pl.: CoMo/Al2O3, NiMo/Al2O3, CoW/Al2O3, NiW/Al2O3, CoNiMo/Al2O3,) katalizátorokon [33-36]. Ennek során – előnyös megvalósítás esetén – általában a gázolajokban lévő egyéb heteroatomok (nitrogén, oxigén) eltávolítása, valamint részleges aromáshidrogénezés is végbemegy. Az utóbbi években a triglicerideknek önmagukban vagy gázolajjal alkotott elegyeikben Diesel-motorok hajtóanyagaivá való átalakítására széleskörű és szisztematikus kutatófejlesztő tevékenységet végeztünk [15-20]. Ennek keretében – többek között - a triglicerid-tartalmú gázolajok minőségjavítására több katalizátor alkalmazhatóságát is vizsgáltuk. Az előállított termékek jellemző tulajdonságait az 1. táblá-

2. ábra. A katalitikus oxigéneltávolítás lehetséges bruttó reakciói (három olajsavláncot tartalmazó triglicerid molekula esetén) Figure 2. The possible reactions of the catalytic hydrodeoxigenation (in case of triolein molecule)

24



3. ábra: Biogázolaj előállítás lehetőségei (HDO: hidrogénező oxigéneltávolítás; HDS: hidrogénező kéntelenítés) Figure 3: The possibilities of production of bio gas oil (HDO: hydrodeoxygenation; HDS: hydrodesulphurisation)

zatban tüntettük fel a dízelgázolaj és biodízel szabványban meghatározott értékekkel összehasonlítva. Kutatóminkánk során különböző Ni, NiMo, CoMo, NiW, NiCoMo aktív fémet tartalmazó Al2O3, Al2O3‑SiO2 hordozós katalizátorok kéntelenítő, oxigén- és nitrogén-eltávolító valamint hidrokrakkoló és n-paraffin izomerizáló aktivitásának vizsgáltuk. A különböző alapanyagok heterogénkatalitikus átalakításakor nyert termékelegyeket gázfázisra, vizes fázisra és szerves fázisra választottuk szét. A kísérleti berendezés szeparátorában elválasztott gázfázis tartalmazta az oxigéneltávolítás során keletkező szén-dioxidot, szén-monoxidot, a triglicerid molekulából keletkező propánt, az alapanyag heteroatom-eltávolítása során keletkező kén-hidrogént és ammóniát, továbbá a krakkoló reakciókban melléktermékként (értékes kísérőtermékként) keletkező egyéb könnyű (C1-C4) szénhidrogéneket. A szeparátorból elvett folyékony termékelegy vizet, szénhidrogéneket és oxigén-tartalmú vegyületeket tartalmazott. A víz elválasztása után a szerves fázisból 180°C-ig történő desztillációval kaptuk a könnyű – benzin forráspont-tartományába eső – C5-C9 szénhidrogéneket. A visszamaradó részből vákuum-desztillációval elválasztottuk a célterméket (a gázolaj forráspont-tartományába eső frakció – elsősorban C11-C22 szénhidrogének 370°C-ig) a maradéktól, ha az egyáltalán volt. Az esetlegesen keletkező maradék frakció tartalmazta az át nem alakult triglice

rideket, a képződő, illetőleg át nem alakult digliceirdeket és monoglicerideket, illetőleg a közbensőtermékként keletkező vagy az alapanyagokban lévő és át nem alakult nagyobb szénatomszámú szénhidrogéneket, karbonsavakat, észtereket. Kísérletei eredményeink alapján megállapítottuk, hogy a Ni, NiMo, CoMo aktív fémet tartalmazó Al2O3, Al2O3‑SiO2 hordohzós katalizátorokon a mély (nagyfokú) kéntelenítés (kb. 10000 mg S/kg értékről ≤ 10 mg S/kg-ra való csökkentés!) technológiai körülményei (T: 350-360°C, P: 60-80 bar; folyadékterhelés: 1,0-1,5 m3/m3h; H2/alapanyag arány: 300600 Nm3/m3) között nemcsak az alapanyag gázolaj részének nagyfokú kéntelenítése, nitrogén-eltávolítása és részleges aromástelítése, hanem a triglicerdek olefines kettőskötéseinek teljes hidrogénezése és oxigén-eltávolítás is végbemegy. Ezen kívül a keletkező és a termékelegyek gázolaj részében (céltermékben) lévő n-paraffinok bizonyos mértékű vázizomerizációja is lejátszódott, melynek mértéke a katalizátor savasságától függ. A nagyon nagy cetánszámú (85100), de magas olvadáspontú (fagyáspontú) n-paraffinok izomerizálása következtében ugyan a cetánszám csökkent (az izoparaffinok cetánszáma: 65-80), de egyértelműen kisebb lett a termékelegyek hidegszűrhetőségi határhőmérséklete is a keletkező izoparaffinok alacsonyabb fagyáspontja miatt. Ezért a termékelegy felhasználási lehetősége nőtt, illetőleg a ‑20°C-os hidegszűrhetőségi határhőmérséklet el-

1. táblázat: A biogázolaj és biogázolaj tartalmú gázolaj jellemző tulajdonságai Table 1: The main properties of the bio gas oil and gas oil with bio gas oil content Jellemző

Biogázolaj tartalmú gázolaj 0,775-0,785 0,790-0,830 2,9-3,5 3,2-4,2 75-95a 55-70 Biogázolaj

Sűrűség, g/cm3 Viszkozitás 40°C-on, mm2/s Cetánszám Hidegszűrhetőségi (-15) - (-35)b < -20b határhőmérséklet, °C Fűtőérték, MJ/kg kb. 44 kb. 43 Többgyűrűs aromástartalom, % 0 0,0-4,0 Oxigéntartalom, % 0-1 0 Kéntartalom, mg/kg <1 < 10 a: keverési cetánszám; b: adalékolás nélkül; c: adalékolva Mezőgazdasági Technika, 2010. január

MSZ EN 590:2009 dízelgázolaj (téli minőség) 0,820-0,845 2,00-4,50 min. 51

MSZ EN 14214:2009 2 biodízel (téli minőség) 0,860-0,900 3,5-5,0 min. 51

< -20c

< -20c

kb. 43 max. 8,0 0 < 10

kb. 38 0 kb. 11 < 10

25


éréséhez kisebb mértékű (kisebb beruházási és üzemeltetési költségű) izomerizációra és alacsonyabb szintű adalékolásra van szükség. Irodalom [1] Bélafi-Bakó, K., Kovács, F., Gubicza, L., Hancsók, J.; Biocatalysis and Biotransformation, 2002, 20(6), 437439. [2] Krár, M., Kovács, S., Hancsók, J., Tóth, Cs.; MOL Szakmai Tudományos Közlemények, 2007, (2), 182-199. [3] Kovács, S., Krár, M., Hancsók, J.; 7th International Colloquium Fuels, Mineral Oil Based and Alternative Fuels, Németország, Stuttgart/Ostfildern, 2009. január 14-15. In Proceedings (ISBN 3-924813-75-2), 501-506. [4] Kovács, S., Hancsók, J.; Chemical Engineering Transactions, 2009, 17, 1185-1190. [5] Hancsók, J.: MTA doktori értekezés, 2009 [6] Hancsók, J., Nagy, G., Varga. Z.; 15th European Biomass Conference & Exhibition. Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Németország, Berlin, 2007. május 7-11. In Proceedings (ISBN 978-88-89407-59-X) 1993-1997. [7] Nagy, G., Marsi, G., Hancsók, J.; European Congress of Chemical Engineering – 6, Dánia, Koppenhága, 2007. szeptember 16-21., In ECCE-6 Book of Abstracts Vol(1), 343-344. , In Conference CD 12pp [8] Marsi, G., Nagy, G., Hancsók, J.; 16th European Biomass Conference & Exhibition, Spanyolország, Valencia, 2008. június 2-6. In Proceedings (ISBN 978-8889407-58-1), 2047-2051. [9] Marsi, G., Nagy, G., Hancsók, J.; Hungarian Journal of Industrial Chemistry, 2008, 36(1-2), 83-88. [10] Pölczmann, Gy., Baladincz, J., Nemesnyik, Á., Hancsók, J.; Magyar Kémikusok Lapja, 2007. 62(3), 81-86.

26

[11] Pölczmann, Gy., Magyar, Sz., Hancsók, J., Baladincz, J, 16th International Colloquium Tribology, Németország, Stuttgart/Ostfildern, 2008. január 15-17. In CD Proceedings 9pp [12] Pölczmann Gy., Hancsók J., Baladincz J.; Lubrication Management and Technology ’08, Spanyolország, San Sebastian, 2008. június 4-6. In Full Scientific Proceedings (CD), ISBN: 978-84-932064-5-1, 12pp. [13] Pölczmann, Gy. Baladincz, J., Hancsók, J.; Hungarian Journal of Industrial Chemistry, 2008, 36(1-2), 107-112. [14] Hancsók, J., Pölczmann, Gy., Kalló, D.; International Symposium on Zeolites on Microporous Cristals, Japán, Tokió, 2009. augusztus 3-7. P3-38. [15] Hancsók, J., Krár, M., Pölczmann, Gy., Holló, A.; Olaj Szappan Kozmetika, 2006, 55(4), 117-120. [16] Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz., Boda, L., Holló, A., Kalló, D.; Microporous and Mesoporous Materials, 2007, 101(1-2), 148-152. [17] Hancsók, J., Krár, M., Pölczmann Gy., Holló, A.; Olaj Szappan Kozmetika, 2007, 56(1), 1-4. [18] Krár, M., Magyar, Sz., Thernesz, A., Holló, A. Boda, L., Hancsók, J.; 15th European Biomass Conference & Exhibition. Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Németország, Berlin, 2007. május 7-11. (ISBN 978-88-89407-59-X) 1988-1992. [19] Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz. Boda, L., Holló, A., Kalló, D.; 15th International Zeolite Conference, Kína, Peking, 2007. augusztus 12-17. In Book of Summaries 257. [20] Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz. Boda, L., Holló, A., Kalló, D.; Studies in Surface Science and Catalysis 170 B – From Zeolites to porous MOF Materials, Elsevier Science B.V., Amsterdam, (ISBN 0 444 53186-5), 2007, 170, 1605-1610.



Univerzális, nagy teljesítményű dugványozógép és ültetési technológia kialakítása Aranyos Péter1, Gyurátz Ferenc2, Horváth Béla3 1 NyME-ERFARET, 2 Bagodi

MEZŐGÉP Kft., 3 NyME-EMKI • [email protected]

Hazánkban az elmúlt években dinamikus fejlődés volt tapasztalható a fás szárú biomassza energetikai hasznosításának területén. A hagyományos erdőkből energetikai célokra kihozható faanyag mondhatni egészét a már működő erőművek és a lakosság tűzifa-igénye leköti. Némi tartalék még a vágástéri melléktermék és az ártéri erdők alsó szintjének fás szárúiban rejlik. A fás szárú biomasszán alapuló energiatermelés csak úgy bővíthető, ha ilyen irányú új telepítések (energetikai faültetvények, energiaerdők) történnek. Ezen telepítések csak megfelelő színvonalú gépi háttér mellett képzelhetők el a kívánt ütemben, ami az elkészült gépek alkalmazásához biztos felvevőpiacot kínál. A tendenciák Európa szerte hasonlóak, így a fejlesztés eredményei – az elkészült gépek –, ezeken a piacokon is megjelenhetnek. A Bagodi MEZŐGÉP Mezőgazdasági Gép- és Fémszerkezetgyártó Kft. 2008-ban eredményesen pályázott Univerzális, nagyteljesítményű dugványozógép és ültetési technológia kialakítása témában a GOP rendszer keretében. E programon belül a kutatás-fejlesztési feladatok egy részét a Nyugat-magyarországi Egyetem Erdészeti-műszaki és Környezettechnikai Intézetével és az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézetével együttműködve kívánja megoldani. A kutatás-fejlesztési munka az univerzális, nagyteljesítményű dugványozógép kísérleti fejlesztésével, a kísérleti gép gyártásával, vizsgálatával, tesztelésével, továbbá az ültetési technológia kialakítása foglalkozik. Teszi ezt azért, hogy biztos technikai hátteret teremtsen az energiaerdők és az energetikai faültetvények telepítéséhez. Az előadás a kutatás-fejlesztési folyamat eddigi eredményeiről ad számot. Bevezetés Magyarország környezeti, éghajlati és talajadottságai, gazdasági szerkezete révén kiválóan alkalmas a biomassza alternatív hasznosítására, energetikai célú felhasználásának növelésére, s így az energianövények termesztésére is. Kívánatos lenne, hogy a megújuló energiahordozók felhasználásának aránya Magyarországon is az EU-ban tervezett tendenciáknak megfelelően változzon. Erre már csak, amiatt is nagy szükség lenne, mivel az ország importfüggősége – ami gyakorlatilag fosszilis energiahordozók behozatalát jelenti – egyre növekszik az energiaellátásban, jelenleg megközelíti a 60%-ot. A fafeldolgozó iparból (elsődleges és tovább feldolgozó ipar) szabad hulladékkal alig számolhatunk, ezért elsősorban a bővülő erdőterület és az energetikai faültetvények jelenthetik a többletforrást. Az energetikai célú faültetvények telepítése javíthatja országunk környezetvédelmi megítélését az EU-ban. Nagy jelentősége, ezen túl a térségi fejlesztési programok kidolgozásában és a talajok alternatív hasznosításában lehet. További járulékos előnye lehet az energetikai célú faültetvények telepítésének a CO2 kiváltás elszámolhatósága, illetve ennek a jövőben emissziós jogként történő értékesítése. A munkahelyek teremtése, a vidéki lakosság otthontartása és az életminőség javítása a vidéki régiókban további előnye a biomasszák felhasználásának. A faültetvények jó termőképességű területeken létesülnek, a szántóföldi gazdálkodás terepviszonyai mellett, tehát olyan területen, amelyen mezőgazdasági tevékenység folyt (vagy folyhatna), de a mezőgazdasági termék iránti kereslet hiányzik (túltermelés), vagy a termelésbiztonság kicsi (időszakonként belvíz- vagy árvízkárok stb.), ezért a terület a szántóföldi hasznosításból kikerült és rajta gazdaságos dendromassza-termelés folyhat. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

Fás szárú energiaültetvény létesítésére alkalmas fafajok A mezőgazdasági területen létrehozandó energiaültetvények létesítésére általában vegetatív módon szaporodó, jól gyökeresedő dugványokat használunk, melyek erős visszaszerző-képességük folytán tőről jól sarjadnak, valamint fiatal korban is jelentős fatömeg-produkcióra képesek. Telepítéskor eltérő igényű fafajták jöhetnek számításba, ezek egymással nem összehasonlíthatók, nem helyettesíthetők, mindegyiket a számára leginkább megfelelő termőhelyeken kell termelni. Magyarország nagyon változatos éghajlati viszonyainak és talajadottságainak megfelelő fafajok elsősorban akác, nyár és fűzfélék és azok klónjai a szaporítóanyag, dugványok előállítására rendelkezésre állnak. Az ültetendő dugvánnyal és csemetével szemben támasztott követelmények: A rövid vágásfordulójú fásszárú energiaültetvények telepítésére általában 15-25 cm hosszúságú dugványok alkalmasak. A dugványok mérete elsősorban átmérője a telepítendő fajta tulajdonságaitól függ. A dugványok átmérője 0,8-2,5 cm közötti lehet. Ültetési hálózat Az ültetési hálózat jellemzőit az egy soros, vagy szimplasoros ültetésnél a 1. ábra mutatja. A hálózat meghatározó méretei: – sortávolság: 1,5-2,8 m; – tőtávolság: 0,4-1,0 m. Az ültetési hálózat jellemzői az ikersoros ültetésnél a 2. ábra szerintiek. A hálózat meghatározó méretei: – sortávolság: 2,0-2,8 m; – ikersorok sortávolsága: 0,6-0,8 m; – tőtávolság: 0,4-1,0 m. 27


1. ábra: Ültetési hálózat szimplasoros ültetésnél Figure 1: Planting network single-breasted planting

2. ábra: Ültetési hálózat az ikersoros ültetésnél Figure 2: Planting network the twin row planting

Javaslat a dugványozógépek optimális kialakítására A kutatás-fejlesztési munka során – az építőszekrényelv megvalósításával – az alábbi dugányozógép-változatok fejlesztését és prototípus-szintű kivitelezését javasoljuk: – egysoros adagolószerkezet nélküli csuszócsoroszlyás dugványozógép (3-4. ábra); – többsoros (két- és háromsoros) adagolószerkezet nélküli csuszócsoroszlyás dugványozógép (5. ábra); – ikersoros (egy ikersorpárú) adagolószerkezet nélküli csuszócsoroszlyás dugványozó-gép (6. ábra); – ikersoros (több: két- és három ikersorpárú) adagolószerkezet nélküli csuszócsoroszlyás dugványozógép (7. ábra); – egysoros félautomaikus (fogóelemes) adagolószerkezetű csuszócsoroszlyás dugványozógép; – többsoros (két- és háromsoros) félautomatikus (fogóelemes) adagolószerkezetű csuszócsoroszlyás dugványozó gép; – ikersoros (egy ikersorpárú) félautomatikus (fogóelemes) adagolószerkezetű csuszócsoroszlyás dugványozógép; – ikersoros (több: két- és három ikersorpárú) félautomatikus (fogóelemes) adagolószerkezetű csuszócsoroszlyás dugványozógép; – egysoros félautomatikus (lökő rendszerű) adagolószerkezetű dugványozógép; – kétsoros félautomatikus (lökő rendszerű) adagolószerkezetű dugványozógép;

– ikersoros félautomatikus (lökő rendszerű) adagolószerkezetű dugványozógép; – egysoros automatikus adagolószerkezetű csuszócsoroszlyás dugványozógép.

3. ábra: Adagolószerkezet nélküli dugványozógép elvi kialakítása Figure 3: The building process of teh multifunctional setting machine without feeder

28

Irodalom [1] Führer E., Rédei K., Tóth B. szerk. (2003): Ültetvényszerű fatermesztés. Mezőgazda Kiadó, Budapest. [2] Horváth B. (1996): Az erdészeti gépesítés helyzete, jövője. Mezőgazdasági Technika, XXXVII. 8:8-9. [3] Horváth B. (2001): Az erdőgazdaság gépesítésének helyzete, fejlesztési lehetőségei. A Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományok Osztályának 2000. évi tájékoztatója. Agroinform Kiadó és Nyomda Kft., Budapest. 192-198. p. [4] Horváth B. szerk. (2003): Erdészeti gépek. Szaktudás Kiadó Ház, Budapest. [5] Horváth B. szerk. (2008): Univerzális, nagyteljesítményű dugványozógép és ültetési technológia kialakítása. 1. munkaciklus: Talaj-gép; növény-gép kölcsönhatásának vizsgálata. Kézírat, Sopron. 40 p. [6] Horváth B. szerk. (2009): Univerzális, nagyteljesítményű dugványozógép és ültetési technológia kialakítása. 2. munkaciklus: A növény pozicionálási jellemzők meghatározása különböző fafajú és méretű dugványok esetében az ültetés sikeressége érdekében. Javaslat dugványozógép optimális kialakítására. Kézírat, Sopron. 36 p. 4. ábra: Egysoros dugványozógép elvi kialakítása Figure 4: The building process of singl row setting machine



5. ábra: Többsoros dugványozógép elvi kialakítása Figure 5: The building process of multiple row setting machine

6. ábra: Egy ikersorpárú dugványozógép elvi kialakítása Figure 6: The building process of a setting machine with one twin row

7. ábra: Több ikersorpárú dugványozógép elvi kialakítása Figure 7: The building process of a setting machine with one multiple row


29


A mátészalkai biodízel üzem működési tapasztalatai és fejlesztése Szántó Zsuzsanna, Sinóros-Szabó Botond Debreceni Egyetem, Agrár és Műszaki Tudományok Centruma • [email protected]

Az energiaigények tendenciózus növekedése jellemző az egész világra. A megújuló energiaforrások és a biodízel egyre nagyobb arányú térhódítása szükséges, mivel a fosszilis energiakészletek kifogyóban vannak. Ez által csökkenhet hazánk importfüggősége is, az energia stabilitás pedig nőhet. A közlekedés az egyik legnagyobb szennyezőanyag kibocsátó, így lépéseket kell tenni a környezetvédelem érdekében. Magyarországnak vannak még ki nem aknázott lehetőségei. A napraforgó termesztés területén világviszonylatban nagyon jó termésátlagokat értünk el az utóbbi években. A jövőben a biodízel hajtóanyag előállítás kiindulási nyersanyaga repcén kívül a napraforgó is lehet. A mátészalkai üzemben jelenleg is folynak kísérletek a saját présrészleg beindítására, ahol fekete olaj napraforgóból nyernék ki az SWO alapanyagot és így helyben megoldható lenne a nyersanyag előállítás. EU tagországként Magyarországnak is teljesítenie kell az előírt kötelező hajtóanyag bekeverési arányokat. A biohajtóanyagok részaránya várhatóan nőni fog az elkövetkező években. Bevezetés Vitathatatlan tény, hogy a világ egyik legnagyobb problémája az energia kérdésköre (energia előállítás, energia ellátás, energia biztonság). A globális válság érinti az egész világ működését. Az energia függőség sajátos áttételekkel, de érezteti hatását ugyanúgy a természeti és a gazdasági környezetben, mint a társadalmi és humán környezetben. Az energia problémát egyre jobban az élezi ki, hogy amíg a készletenergiák csökkennek, mint az 1. ábrán is látható, addig az energia igény tendenciózusan nő.

és a lehetséges, gazdaságos és környezetbarát megoldások kiválasztására, illetőleg kidolgozására” (Kovács, 2006). „Az Európai Uniónak tett vállalásainkból is következik, hogy növelni kell a biomassza felhasználását mind az elektromos áram, mind a biohajtóanyagok előállításában. Ez 2010-re 1.600 GWh elektromos energia és 115 millió liter biohajtóanyagot jelent” (Sági, 2005). 1. táblázat: Energianövények Table 1: Energy crops Folyékony energiahordozó Szilárd és gáznemű alapanyagok energiahordozó alapanyagok AlkoholOlajSzilárd Biogáznövények Növények biomasszanövények Növények Árpa Burgonya Búza Cikória Cukorcirok Cukorrépa Csicsóka Kukorica Rozs Tritikálé Zab

1. ábra: Az energiakészletek alakulása az elmúlt években Figure 1: The energy sources in the last year

„Az 1973. évi kőolajválság döbbentette rá először a fejlett ipari országokat a fosszilis energiától és hajtóanyagoktól való függés komoly veszélyeire. Azóta a globális felmelegedés és a környezetszennyezés mérséklésére irányuló törekvések miatt is egyre nagyobb szerepet kaptak a megújítható, biológiai eredetű alternatív üzemanyagforrások alkalmazásával kapcsolatos kutatások” (Szulmanné, 2007). Az egyik legnagyobb szennyezőanyag kibocsátó a közlekedés. A belsőégésű motorok nagy mennyiségű környezetkárosító anyagot bocsátanak ki. „Hazánkban, mint az Európai Unió egyik tagállamában is, szükség van a biohajtóanyagok előállításával és felhasználásával kapcsolatos lehetőségek felderítésére, feltárására 30

Csillagfürt Napraforgó Repce Szója

Angolperje Búza Kender Kínainád Kukorica Nádképű csenkesz Óriás keserűfű Rozs Szudánfű Tritikálé Zöld pántlikafű

Angol perje Cukorcirok Kukorica Nádképű csenkesz Rozs Búza Tritikálé

Az 1. táblázatból látható, hogy a folyékony hajtóanyagok gyártása során milyen növények alkalmazhatóak. „A biodízel előállításához magas olajtartalmú növényeket használnak fel. A növényi olajok közeli rokonságban vannak egymással és a ricinus kivételével elvileg valamen�nyi alkalmas motorhajtó anyagok alapanyagának. Európában főként repcét és napraforgót, az USA-ban főként szóját, Délkelet-Ázsiában pedig olajpálmát használnak fel ilyen célra” (Bai, 2002). Jelenleg Magyarországon a biodízel előállítás fő alapanyaga a nyers repceolaj. A hangsúly nagyrészt a repcén, mint növényen van és más olajnövényekre, mint pl. a napraforgóra kevés figyelem fordul. Pedig hazánk kontinentális éghajlata maximálisan alkalmas a napraforgó termesztésére. A napraforgó nagyon jól adaptálható a különböző klimatikus és talajviszonyokhoz. Jól fejlett gyökérrendszerének köszönhetően, a leginkább szárazságtűrő növények közé sorolható. Ezzel szemben a repce az ökológiailag igényes Mezőgazdasági Technika, 2010. január


növények közé tartozik. Termesztésére a mélyen művelhető, humuszban gazdag homokos agyagtalaj az optimális. A repce tenyészideje során a hűvösebb vagy mérsékelten meleg, nagy fagyoktól mentes, csapadékos klímát kedveli. A téli fagyokat a gyenge fejlettségű repce nagyon megsínyli (Fogarassy, 2001). A napraforgó, mint lehetséges erőforrás igen jó helyzetben van Európai Uniós összehasonlításban és világvi- 2. ábra: Biodízel-előállítás napraforgóból szonylatban is. A keleti részen Ukrajna Figure 2: Biodiesel production from sunflower és Oroszország számít nagy napraforgó termelő országnak. Tőlünk nyugatra rosszabbak a termesz- kell elemezni, hogy a keletkező termés mennyiségét és mitési feltételek e növény számára és ebből kifolyólag a ter- nőségét milyen tényezők befolyásolják és ezzel összefügmésátlagok is kisebbek. A napraforgó termesztésben meg- gésben mennyi és milyen minőségi paraméterekkel rendelfelelő minőségű, nemzetközileg is versenyképes fajtaválasz- kező biodízel állítható elő. A 3. ábrán látható részrendszer a termőhelyre és a tertékkal rendelkezünk. mésre vonatkozik a termesztés folyamatában. A 10 jellemző Célok és módszerek is fel van tüntetve az ábrán, melyeknek befolyásoló hatásuk A mátészalkai üzemben a kiindulási anyagok repceolaj, van. napraforgóolaj, szójaolaj, használt sütőolaj, ezekből állítják A mátészalkai üzemben egy Európában már számos heössze a receptúrát. Jelenleg főként repceolajat használnak, lyen működő német technológia (AT Agrar-Technik GmbH adaléknak pedig napraforgó- és sütőolajat. A közeljövőben & Co. KG; 2 lépcsős KOH katalizátoros rendszer) került készülnek üzembe helyezni egy prés részleget, ahol olajnap- telepítésre. A növényi olajokat kémiailag átalakítják, két raforgó lenne a sajtolás alapanyaga. A próbaüzemeltetés je- lépcsőben átészterezik, aminek során alkohollal (rendszerint lenleg is folyamatban van, próbálják a hibákat kiküszöbölni és metanollal) reagáltatják. A reakció végtermékeként keletkea rendszert minél hatékonyabbá tenni. Napraforgómagra szá- ző, hajtóanyagcélú felhasználásra alkalmas zsírsav-metilmítva (olajmag) 40 t/nap elméleti teljesítménye lenne a prés- észtereket nevezik biodízelnek. üzemnek, eddig a valóságban realizált teljesítmény 30 t/nap. Magyarország ökológiai adottságai megfelelőek a napHa sikerül a folyamatos gyártást megkezdeni, akkor egye- raforgó termesztés számára és így megvalósítható a napradülálló módon helyben megtudnák oldani az SWO alapanyag forgóból előállított biodízel termelés. Nagy az importfüggőségünk, de a megújuló energiaforrások arányának növelése előállítást. Célom a napraforgó termesztés hazai helyzetének meg- hozzájárul az energia előállítás stabilitásának növeléséhez vizsgálása volt, melyet a biohajtóanyag előállítással akartam is. Területileg a harmadik legjelentősebb növényünk a napösszefüggésbe hozni. Szakirodalmi adatok és a mátészalkai raforgó, az összes szántóterület mintegy 10%-át foglalja el. biodízel üzem megismerése, valamint a jellemző termesztési adatok értékelé- 3. ábra: Biodízel hajtóanyag-előállítás alapanyagösszefüggései se alapján alakítottam ki egy vizsgálati Figure 3: Biodiesel fuels production raw material context módszert, mely alkalmas lehet arra, hogy egy rendszerszemléletű megközelítésben a napraforgó alapú biodízel hajtóanyag előállítás alapanyag összefüggéseit analizálja és szintetizálja. A napraforgó termesztés jellemző értékmérői elemzésével egy vizsgálati módszert határoztam meg, melynek jövőbeni alkalmazása érdekében a további finomítások folyamatban vannak. 10 jellemzőt állapítottam meg, ezek: az éréscsoport, a termőképesség, termésbiztonság, szárszilárdság, állománysűrűség, ezermagtömeg, olajtartalom, kinyerhető olajtermés, abiotikus stressz rezisztencia, biotikus stressz rezisztencia. Rendszerszemléletben közelítve Mezőgazdasági Technika, 2010. január

31


Eredmények Évek óta nagy a napraforgó kaszattermése iránti piaci kereslet. Erről a növényfajtáról a termelők azt gondolják, hogy perspektivikus és biztonságosan eladható. Az elmúlt évtizedeket tekintve a napraforgó vetésterülete mind világ-, mind Európai Uniós- és hazai viszonylatban is nőtt. A következőkben néhány grafikonnal szeretném bemutatni, hogy nő a napraforgó jelentősége, vetésterülete, termésmennyisége és ezzel alátámasztva érdemes a termesztésével foglalkozni.

6. ábra: A termésátlagok összehasonlítása Figure 6: Comparison of the average yield

(Góczi I. adatai alapján saját számítás) 4. ábra: A világ napraforgótermesztése Figure 4: Sunflower production in the world

A 4. ábrából kitűnik, hogy a hatvanas évek elejétől 2005ig terjedő adatsoron a világon nőtt a termőterület és ezzel arányosan a termésmennyiség is.

5. ábra: Magyarország napraforgó termesztése Figure 5: Sunflower production in Hungary

Az 5. ábrán látható, hogy 1979-től Magyarországon is növekedett a termőterület és a termésmennyiség. Új nagy termőképességű hibridek és fajták jelentek meg a köztermesztésben. 1980 és 1990 között 2 t/ha volt Magyarországon a termésátlag, mely messzemenően kiemelkedett világviszonylatban és EU-s viszonylatban is. Rendszerváltáskor volt egyfajta visszaesés, de ezt követően az utóbbi években újra növekvő tendencia figyelhető meg a 6. ábrán a korszerű technológiának, a növényvédelemnek és az új fajtáknak köszönhetően. 32

A jelenlegi termőterület (400.000-500.000ha) még növelhető tovább is, csak a vetésváltásra kell megfelelően odafigyelni. Hazánkban a termőterületek az elmúlt 45 év távlatában kb. 4,5-szeresére növekedtek, a termésátlagok viszont hozzávetőlegesen 10-szeresére. A biodízel előállítás egyik fontos környezetre gyakorolt pozitív hatása, hogy a fosszilis energiahordozókhoz képest mérsékli, illetve mérsékelheti az üvegházhatású gázok kibocsátását is (Sinóros et al., 2007). A biohajtóanyag-termelés ösztönzése az egyik kiemelt célja az Új Magyarország vidékfejlesztési programnak 20072013-ban. Ennek értelmében Magyarország meghatározó európai biodízel előállítóvá válhat (Szulmanné, 2007). Magyarországnak vannak még potenciális lehetőségei, melyek nincsenek teljesen kiaknázva. A napraforgó termesztést tekintve hazánk a világ élvonalában járhat. A mátészalkai üzem a gyakorlatban is igyekszik a fejlesztésre és arra, hogy megvalósítsák a nem repcére alapozott biohajtóanyag előállítást. Irodalom [1] Bai A. (2002): A biomassza felhasználása Szaktudás Kiadó Ház, Budapest [2] Fogarassy Cs. (2001): Energianövények a szántóföldön. SZIE GTK Európai Tanulmányok Központja [3] Kovács F. (2006): Növényolaj-zsírsav-metilészterek előállítása és vizsgálata. Pannon egyetem, Veszprém [4] Sági F. (2005): Szénhidrát- és olajnövények energetikai hasznosítása. MAG Kutatás, Fejlesztés és Környezet. VETMA Közösségi Marketingkommunikációs Közhasznú Társaság [5] Sinóros-Szabó B., Megyes A., Sulyok D., Rátonyi T. (2007): A biodízel-termelés mint kitörési pont a növénytermesztésben. Debreceni Egyetem Agrártudományi Centrum Földhasznosítási, Műszaki és Területfejlesztési Intézet; Agrár Unió Szaklap [6] Szulmanné dr. Binet M. (2007): Folyékony bioü zemanyagok (bioetanol, biodízel) – A műszaki és iparjogvédelmi háttér áttekintése. Iparjogvédelmi és Szerzői Jogi Szemle 2. (112.) évfolyam 5. szám Mezőgazdasági Technika, 2010. január


Triglicerid tartalmú alapanyagok enzimkatalitikus átészterezése Kovács Sándor, Hancsók Jenő Pannon Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszék, Veszprém • [email protected]

A kísérleti munka célja megfelelően előkészített (tisztított) triglicerid tartalmú alapanyagok enzimkatalitikus átészterezésének vizsgálata volt. Ennek során tanulmányozták az oldószermentes közeg alkalmazásának lehetőségét is, amely energiatakarékosságot tesz lehetővé. Három különböző kereskedelmi forgalomban kapható immobilizált lipáz enzim (Candida antartica (Novozym 435), Rhizomucor miehei (Lipozyme RM IM) és Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL IM)) átészterező hatékonyságát vizsgálták (hőmérséklet: 30-70°C, metanol:triglicerid mólarány: 4:1, katalizátor mennyisége: 6-12% a teljes reakcióelegyre vonatkoztatva, metanol adagolás: több részletben). A nyert termékek tulajdonságai alapján megállapították, hogy a vizsgált lipáz enzimek esetében az észterfázis hozamai és azok metilészter-tartalmai jelentősen eltérőek voltak. A Candida antartica (Novozym 435) jelenlétében előállított termékek esetén érték el a legnagyobb elméleti hozamot (>95%) és legmagasabb metilészter-tartalmakat (>98%). A kedvező technológiai körülmények mellett nyert biodízelek valamennyi minőségi jellemzője – kivéve a CFPP értékét – kielégítette az érvényes EU szabvány (EN 14214:2009) előírásait. Bevezetés A kőolajkészletek kimerülése és egyenlőtlen eloszlása, a periódikusan ismétlődő ugrásszerű kőolajár-változások, a megújítható energiaforrások kihasználása, a környezet-szennyező fosszilis energiahordozók és az import energiahordozók kiváltása, a vidéktámogató politika lehetősége, parlagföldek hasznosíthatósága, kisebb CO2-kibocsátás a teljes életciklus alatt, a talaj- és vízvédelemhez, továbbá az élőhely-minőség javításához való hozzájárulás a figyelmet egyre erőteljesebben a biohajtóanyagok kutatása, előállítása és felhasználása felé fordítja világszerte és az Európai Unióban egyaránt. A biohajtóanyagok felhasználásának fokozásában jelentős szerepe van az Európai Unió energiapolitikájának, amelynek célja az igen jelentős kőolaj- és energia importfüggőség csökkentése. Ennek egyik fontos lépése volt az Európai Unió által 2003-ban elfogadott, a növényolajok és származékaik felhasználására vonatkozó az Európa Tanács és Európa Parlament által kiadott 2003/30/EC számú direktíva. Ennek értelmében legalább 2,0 % biohajtóanyag bekeverése ajánlott 2005-re és 5,75 % 2010-re a tagállamok piacán, átlagban a közlekedési célra felhasznált motorbenzinek és dízelgázolajok energiatartalmára vonatkoztatva [1]. Az Európai Unió a 2003/30/EC direktíva megalkotásával elősegítette a bio-motorhajtóanyagok nagyarányú felhasználásának elterjedését, amely hatására 2005-re az EU összes felhasznált motorhajtóanyagának 1,0 %-a bio eredetű volt [2]. Az Európai Unió újabb törekvései között szerepel, hogy 2020-ra 10% legyen a felhasznált bio-motorhajtóanyagok mennyisége, a következő feltételek teljesülése esetén: – fenntartható termelés, – a második generációs bio-motorhajtóanyagok a kereskedelemben kaphatóak lesznek, – motorhajtóanyag szabványokat ezeknek megfelelően módosítják [3]. Ennek egyik részmegoldása lehet különböző növényolajok és/vagy egyéb triglicerideket tartalmazó alapanyagok (használt sütőolaj, állati zsiradék, halolaj stb.), illetőleg szármaMezőgazdasági Technika, 2010. január

zékaik motorhajtóanyag célú felhasználása, amely lehetőségek a következők lehetnek: – közvetlenül dízelgázolajba való bekeverés, (megfelelő előkészítés után) – átészterezve biodízel hajtóanyagként, – különböző krakkoló, hidrogénező eljárásokkal nyert motorhajtóanyag-keverőkomponensként (motorbenzin, JET, dízelgázolaj). Ezen felhasználási lehetőségek közül napjainkban még a leginkább elterjedt és előnyben részesített a biodízel, amely főleg a trigliceridek metanollal átészterezett származéka. Napjainkban az ipari méretben történő biodízel előállítás során elsősorban a lúg katalizátorok alkalmazását részesítik előnyben, azonban környezetvédelmi és humánbiológiai okok, valamint a jobb minőség igénye miatt előtérbe került a különböző immobilizált enzimkatalizátorok (lipáz enzimek) alkalmazási lehetőségeinek vizsgálata. A különböző forrásból származó trigliceridek enzimkatalitikus átészterezésére elsősorban a lipáz enzimek alkalmazhatóságát vizsgálták és vizsgálják. A biodízel előállítására szolgáló triacilglicerol hidrolázok az enzimek csoportosítására megalkotott rendszerben az E.C.3.1.1.3 jelű alcsoportba tartoznak (E.C.: Enzyme Comission). Ezek a trigliceridek észterkötéseit bontják fel [4-8]. A növényolajok biodízellé történő átalakítására számtalan lipáz enzim alkalmazható, amelyeket gombák (pl. Aspergillus, Mucor, Rhizopus), élesztők (pl. Torulopsis, Candida) és baktériumok (pl. Pseudomonas, Staphylococcus) választanak ki. Ezek közül a biodízel-gyártás szempontjából a legfontosabbak a következők: Candida antarctica (Novozym 435), Thermomyces lanuginosus/languniosa (Lipozyme TL), Rhizomucor miehei (Lipozyme RM), Burkholderia cepacia, Ryzopus/Rhizopus oryzae, Pseudo monas cepacia, Candida rugosa, Pseudomonas fluorescens, Penicillium camembertii [4-8]. Kísérleti rész A kísérleti munka célja magyarországi eredetű, megfelelően előkészített (tisztított) repceolaj enzimkatalitikus átészterezésének vizsgálata oldószermentes közegben. Ennek keretében három különböző kereskedelmi forgalomban 33


kapható immobilizált lipázenzim (Candida antarctica (Novozym 435), Rhizomucor miehei (Lipozyme RM IM) és Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL IM)) átészterező hatékonyságának vizsgálata azonos műveleti paraméterek között (hőmérséklet: 30-70°C, metanol:triglicerid mólarány: 4:1, katalizátor mennyisége: 6-12% (a teljes reakcióelegyre vonatkoztatva), metanol adagolás: 1, illetőleg több részletben). A kísérletek műveleti paramétereinek megválasztása során figyelembe vettük korábbi kísérleteink eredményeit [9,10]. Kísérleti berendezés A reakció során melléktermékként keletkező glicerin eltávolítására dialízist alkalmaztunk, amelyet az enzimkatalízis hőmérsékletén (50°C) hajtottunk végre. A dialízis elindításra a reakció megfelelő mértékű előrehaladása esetén kerül sor. A glicerinmentes reakcióelegyet recirkuláltattuk a reakció teljes lejátszódásáig. Felhasznált anyagok és előkészítésük Kísérleteink során Magyarországon termesztett repce magjából préselt és megfelelően tisztított növényolajat valamint analitikai tisztaságú metanolt (SPEKTRUM 3D) használtunk fel. A kísérletek előtt a felhasznált növényolajat derítettük és szűrtük. Ennek során Tonsil® derítőföldet, és megfelelő térfogatú pertfil szűrési segédanyagot használtunk. A megfelelően előkészített növényolaj zsírsavösszetételét az 1. táblázat tartalmazza.

szerek” című, EN 14214: 2003 számú szabványban megadott módszereket használtuk. Kísérleti eredmények és értékelésük Enzimkatalitikus átészterezés során először meg kellett határozni azt a hőmérsékletet, amelyen a kiválasztott enzimkatalizátorok (Candida antarctica, Rhizomucor miehei, Thermomyces lanuginosus) a legaktívabbak. A reakcióidő letelte után az észterfázist elválasztottuk, majd a feleslegben maradt metanolt vákuum desztillációval eltávolítottuk. Ezt követően meghatároztuk az enzimka talitikus átészterezés során nyert termékek (metilészter-fázis és glicerinfázis) hozamát, illetőleg az előbbi metilésztertartalmát. A kísérletek eredményei alapján megállapítottuk, hogy a legnagyobb hozammal az elméleti hozam megközelítésének mértéke (≥ 95%) metilészter-tartalmú termékeket a Candida antarctica és a Thermomyces lanuginosus immo bilizált enzimek esetében 50°C-on, míg a Rhizomucor miehei enzim alkalmazása esetén 40°C-on lehet előállítani (1. ábra).

1. Táblázat: Az alkalmazott növényolajok zsírsavösszetétele Table 1: The fatty acid composition of the rapeseed oil Zsírsav (jelölés*) Repceolaj Palmitinsav (C16:0) 4,6 Palmitolajsav (C16:1) 0,2 Sztearinsav (C18:0) 1,7 Olajsav (C18:1) 61,1 Linolsav (C18:2) 20,5 Linolénsav (C18:3) 9,5 Arachinsav (C20:0) 0,6 Ejkozénsav (C20:1) 1,5 Behénsav (C22:0) 0,3 *Az első szám a zsírsav szénatomszámát, míg a második a kettős kötések számát jelenti

A kísérletsorozatok során kereskedelmi forgalomban kapható immobilizált lipáz enzimeket alkalmaztunk. A kísérletek során katalizátorként Candida antarctica (Novozym 435) rögzített lipáz enzimet használtunk. Az enzimet makropórusos akril gyantára adszorbeálták, aktivitása 7000 PLU/g, sűrűsége 430 kg/m3, átmérője 0,3-0,9 mm volt. A makropórusos anioncserélő gyantán rögzített Rhizomucor miehei – Lipozyme RM IM, melynek sűrűsége 400 kg/m3, átmérője 0,4-0,9mm, aktivitása pedig 150 IUN/g volt. A szilikagél hordozón rögzített Thermomyces lanuginosus – Lipozyme TL IM, melynek sűrűsége 415 kg/m3, átmérője 0,3-1,0 mm , aktivitása pedig 250 IUN/g volt. Vizsgálati módszerek Az alapanyag és a termék tulajdonságainak meghatározásához a „Dízelmotorok növényolaj-zsírsav-metilészter (FAME) hajtóanyagai. Követelmények és vizsgálati mód34

1. ábra: 16 óra reakció idő után elért metilészter-tartalmak a vizsgált hőmérsékleteken a különböző enzimek esetében Figure 1: Methyl ester of the products after 16 hours reaction time in different temperatures

A kísérlet sorozat következő részében a metanol adagolások számának és az alkalmazott katalizátor mennyiségének metilészter-tartalmat befolyásoló hatását vizsgáltuk a három enzim esetében a kedvező hőmérsékleteken. A metanol adagolások száma 1 és 8, míg az alkalmazott enzimkatalizátor mennyisége 6 és 12% között változott. A metanol adagolások számának hatását a termékek metilészter-tartalmára a különböző enzimkatalizátorok alkalmazása esetén a 2-4. ábra szemlélteti. Az ábrázolt mérési adatok alapján megállapítottuk, hogy minél több részletben adagoltuk a metanolt a reakcióelegyhez, annál nagyobb lett a konverzió. Ennek oka az, hogy az enzim dezaktiválódásának mértéke a több részletben történő adagolás miatt a reakcióelegy kisebb metanol koncentrációja miatt egyre kisebb lett. Az alkalmazott enzimkatalizátor mennyiségének hatását az előállított termékek metilészter-tartalmára az 5-7. ábra szemlélteti. Az eredmények alapján megállapítottuk, hogy az alkalmazott katalizátor mennyiségének növelésével az előállított termékek metilészter-tartalma növekedett mindhárom immobilizált lipáz enzim esetében. Mezőgazdasági Technika, 2010. január


2. ábra: A metanol adagolások számának hatása a termékek metilészter-tartalmára (Candida antarctica enzim) Figure 2: The effect of the methanol feeding on the methyl ester content of the products (Candida antarctica)

3. ábra: A metanol adagolások számának hatása a termékek metilészter-tartalmára (Rhizomucor miehei enzim) Figure 3: The effect of the methanol feeding on the methyl ester content of the products (Rhizomucor miehei)

4. ábra: A metanol adagolások számának hatása a termékek metilészter-tartalmára (Thermomyces lanuginosus enzim) Figure 4: The effect of the methanol feeding on the methyl ester content of the products (Thermomyces lanuginosus)

5. ábra: Az enzimkatalizátor mennyiségének hatása a termékek metilészter-tartalmára (Candida antarctica enzim) Figure 5: The effect of the catalyst amount on the methyl ester content of the products (Candida antarctica)

6. ábra: Az enzimkatalizátor mennyiségének hatása a termékek metilészter-tartalmára (Rhizomucor miehei enzim) Figure 6: The effect of the catalyst amount on the methyl ester content of the products (Rhizomucor miehei)

7. ábra Az enzimkatalizátor mennyiségének hatása a termékek metilészter-tartalmára (Thermomyces lanuginosus enzim) Figure 7: The effect of the catalyst amount on the methyl ester content of the products (Thermomyces lanuginosus)

Összefoglalás A vizsgált átészterező rendszerben és az alkalmazott kedvező műveleti paraméterek mellett a ZSME-termék (a céltermék hozama) valamennyi vizsgált kedvező esetben 97-98,5%-ra közelítette meg az elméleti értéket, a Candida antarctica lipáz enzim alkalmazásakor. A kísérleti eredmények alapján megállapítottuk, hogy a metanol adagolások számának növelésével az előállított termékek metilésztertartalma nagyobb lett.

A kedvező hőmérséklet a Rhizomucor miehei – Lipozyme RM IM immobilizált lipáz esetén a 40°C-on volt. A Thermomyces lanuginosus – Lipozyme TL IM és Candida antarctica - Novozym 435 alkalmazása esetén a legnagyobb metilészter-tartalmat 50°C-on értük el, nagy termékhozam mellett. Az eredmények alapján megállapítottuk, hogy még a kedvező hőmérséklet, a több részletben történő metanol adagolás és 12%-os enzim mennyiség alkalmazása esetén is az


35


előállított termékek metilészter-tartalma a Novozym 435 immobilizált lipáz alkalmazása esetén nyert termékek esetén volt a legnagyobb. A másik két enzimmel 24 órát meghaladó reakcióidő esetén sem sikerült a Candida antarctica immobilizált lipázenzim alkalmazásával nyert metilésztertartalmakat elérni. Irodalom [1] Directive 2003/30/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport, 2003. május, Brüsszel [2] Commission of the European Communities, COM(2006) 845 final, (2007) [3] Commission of the European Communities, COM(2006) 848 final, (2006) [4] ukuda, H., Kondo, A., Noda, H.:” Biodiesel Fuel Production by Transesterification of Oils”, Journal Of Bioscience and Bioengineering, 2001, 92(5), 405-416 [5] Iso, M., Chenb, B., Eguchi, M., Kudo, T., Shrestha, S.: „Production of biodiesel fuel from triglycerides and alcohol using immobilized lipase”, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2001,16, 53–58.

36

[6] Köse Ö., Tüter M., Aksoy, H.A.: „Immobilized Candida antartica lipase-catalyzed alcoholysis of cotton seed oil a solvent-free medium”, Bioresuorces. Technology, 2002, 83, 125-129. [7] Shimada, Y., Watanabe, X., Sugihara, A., Tominaga, Y.: „Enzymatic alcoholysis for biodiesel fuel production and application of the reaction to oil processing”, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2002, 17, 133–142. [8] Soumanou, M.M., Bornscheuer, U.T.: „Improvement in lipase-catalyzed synthesis of fatty acid methyl esters from sunflower oil”, Enzyme and Microbial Technology, 2003, 33, 97–103. [9] Kovács, S., Krár, M., Beck, Á., Hancsók, J.: „Enzymatic transesterification of used frying oils”, 15th European Biomass Conference & Exhibition. Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Németország, Berlin, 2007. május 7-11. In Proceedings (ISBN 978-88-8940759-X), 1747-1750. [10] Bélafi-Bakó, K., Kovács, F., Gubicza, L., Hancsók, J., „Enzymatic biodiesel production from sunflower oil by Candida antarctica lipase in solvent-free system”, Bio catalysis and Biotransformation, 2002, 20(6), 437-439.



Bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának növelése Marsi Gábor, Nagy Gábor, Hancsók Jenő Pannon Egyetem, Vegyészmérnöki- és Folyamatmérnöki Intézet, MOL Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszék, Veszprém • [email protected]

Kutató-fejlesztő tevékenységünk fő célkitűzése kis hőmérsékleten és víz jelenlétében is stabil bioetanol/gázolaj emulzió előállítása társoldószerek és saját fejlesztésű, originális szerkezetű adalék felhasználásával. Megállapítottuk, hogy az emulziók stabilitása nagymértékben csökken a víztartalom növelésével és a hőmérséklet csökkenésével, azonban ezen hatások zsírsav-metil-észter illetve nagyobb szénatomszámú alkoholok (pl.: butanol), mint társoldószerek, felhasználásával részben kiküszöbölhetőek. Az általunk kifejlesztett, új szerkezetű, zsírsav-metil-észter molekulaalkotót tartalmazó poliizobutilén-borostyánkősav alapú adalék felhasználásával 5v/v% víztartalmú bioetanolt 6v/v%-ban tartalmazó, -15°C-on is stabil bioetanol/gázolaj emulziót állítottunk elő. Ennek nagy előnye, hogy ilyen motorhajtóanyag felhasználása esetén nem szükséges a vízmentes közeg biztosítása a szállítás, tárolás és elosztás során még viszonylag alacsony hőmérséklet esetén sem. Bevezetés Az utóbbi évtizedben a mobilitással, mint a fenntartható fejlődés egyik alappillérével kapcsolatban új kihívásokkal kellett szembenézni, mind a gépjárműgyártás, mind pedig a motorhajtóanyag-előállítás területén [1,2,3]. Ezek közül a hagyományos motorhajtóanyagokkal szemben támasztott folyamatosan szigorodó követelmények mellett a biohajtó anyagok előállítása és felhasználása a legfontosabb tényező [4,5,6]. Dízelgázolajok bioeredetű keverőkomponenseként az Európai Unióban a biodízel (zsírsav-metil-észter) terjedt el, de a biohajtóanyagok részarányának további növelésére rövidés középtávon reális alternatívát jelenthetnek a bioetanol/ gázolaj emulziók is [5]. Előnyük, hogy a nagyobb oxigénkoncentráció miatt csökken a gépjárművek károsanyag-kibocsátása (elsősorban a szénhidrogén- és a részecske-emisszió) [7,8,9,10]. Alkalmazásuk legnagyobb hátrányát ezen emulziók stabilitása jelenti [11,12,13,14], ami nagymértékben függ az alapgázolaj szénhidrogén-összetételétől, a bioetanol víztartalmától, az emulgeáló adalék minőségétől és mennyiségétől, társoldószer alkalmazásától valamint a környezeti hőmérséklettől [15-17]. Ennek megfelelően kutató-fejlesztő tevékenységünk fő célkitűzése alacsony hőmérsékleten (-15°C) és víz jelenlétében (5,0% víztartalmú bioetanol) is stabil bioetanol/gázolaj emulziók előállítása egy új (originális) szerkezetű adalék és zsírsav-metil-észter társoldószer felhasználásával. Kísérleti rész A bioetanol/gázolaj emulziók előállításához előhidrogénezett, gyakorlatilag heteroatommentes (< 5mgS/kg, 1 mgN/kg) és csökkentett aromástartalmú gázolajpárlatot (1. táblázat), valamint a hatályos szabványoknak (EN 14214:2009) megfelelő zsírsav-metilésztert és bioetanolt használtunk fel. Az előállított emulziók tulajdonságait szabványos vizsgálati módszerekkel határoztuk meg, illetőleg számítottuk ki. Az emulziókat mágneses keverővel készítettük, közepes fordulatszámú kevertetéssel (600-700 1/perc). A kevertetés időtartama minden esetben 10 perc volt, amely után a mintákat üvegdugóval ellátott 100 cm3-es üveghengerben 7x24 órát szobahőmérsékleten állni hagytuk. Az elkészített emulziók stabilitását egy új (originális) szerkezetű, zsírsav-metil-észter molekulaalkotót tartalmazó poliizobutilén-borostyánkősavanhidrid származék adalék felhasználásával vizsgáltuk („A”) (1. ábra [18,19]). Referencia-adalékként kereskedelmi forgalomban is beszerezhető, tridekanol („B”), zsíralkohol-poliglikoléter („C”) Mezőgazdasági Technika, 2010. január

és polialkil-szukcinimid („D”) alapú adalékokat használtunk. Az adalékokat az alapgázolajra vonatkoztatva 0,5-2,0% koncentrációban, a bioetanolt az emulzió teljes mennyiségére vonatkoztatva 1-20 v/v%-ban, a zsírsav-metil-észtereket az alapgázolajra vonatkoztatva 3-20 v/v%-ban alkalmaztuk. A minták stabilitásvizsgálatának eredményeit (-15) – (+20)°C hőmérséklettartományban adtuk meg, a víztartalmú bio alkohol/gázolaj emulziókat 1,0-5,0 v/v% víztartalmú bioal kohollal készítettük. 1. táblázat: Felhasznált alapgázolaj tulajdonságai Table 1: Main properties of base gas oil Minőségi jellemző Érték Minőségi jellemző Érték 0,8372 Engler-desztilláció, °C Sűrűség, 15°C, g/cm3 Kéntartalom, mg/kg 5 Kfp. 184 Nitrogéntartalom, mg/kg 1 10 ftf% 219 Aromástartalom, % 30 ftf% 246 egy gyűrűs 21,9 50 ftf% 271 két- és többgyűrűs 2,0 70 ftf% 299 összes 24,2 90 ftf% 335 Kinematikai viszkozitás, 2,60 Vfp. 356 40°C, mm2/s Hidegszűrhetőségi -10 Cetánindex 51,1 határhőmérséklet, °C Zárttéri lobbanáspont, °C 64 Cetánszám 52,5

1. ábra: A felhasznált originális szerkezetű adalék molekulaszerkezete Figure 1: The applied originally structured additive

Az emulziók stabilitását a bioetanol és a gázolaj szétülepedési arányával jellemeztük (SR), amelyet az egyensúlyi állapotban kiülepedett és a kezdeti bioetanol koncentrációjának hányadosaként számítottunk ki (1. egyenlet). SR = Vet,sep / Vet,i

(1)

ahol: SR – szétülepedési arány,

37


Vet,sep – kiülepedett bioetanol mennyisége egyensúlyi Adalék nélkül -15°C hőmérsékleten az alapgázolaj gya állapotban, v/v%, korlatilag nem elegyedett a bioetanollal, azonban 5v/v% Vet,i – kezdeti bioetanol koncentráció, v/v%. zsírsav-metil-észter jelenléte kis hőmérsékleten is csökkentette a szétülepedési arányt. Megállapítottuk, hogy kis men�Eredmények és értékelésük nyiségű (4-5 v/v%) zsírsav-metil-észter társoldószer hatására A vizsgált új szerkezetű adalék mennyiségének hatását a is már javult az emulziók stabilitása. Kb. 4,4v/v% zsírsavbioetanol/gázolaj emulziók stabilitására a 2. ábrán mutatjuk be. metil-észter-tartalmú alapgázolaj kb. 1,2v/v%-kal több Az „A” adalék koncentrációja nagymértékben befolyásolta bioetanolt volt képes emulzióban tartani változatlan egyéb az emulzióban tartott bioetanol mennyiségét. Adalék nélkül feltételek mellett. Ezek az eredmények azért nagy jelentőséa tiszta alapgázolaj legfeljebb 3 v/v% bioetanolt volt képes gűek, mert a Magyarországon forgalmazott dízelgázolajok oldatban tartani. Ez az érték a vizsgált adalék koncentráció- 2008 január 01.-től legalább 4,4v/v% zsírsav-metil-észtert is jának 2%-ra történő növelésével 9,5v/v%-ra volt növelhető. tartalmaznak. Ez társoldószerként javítja a belőle készült A hőmérséklet 20°C-ról -15°C-ra történő csökkentésével 1% bioetanol/gázolaj emulziók stabilitását, és a szállítás valamint „A” adalék koncentráció esetén az emulzióban tartott bioeta a tárolás során előforduló alacsony hőmérséklet sem okozza nol koncentrációja 8,2v/v%-ról 4,7v/v%-ra csökkent (3. ábra). a bioetanol kiválását az általunk vizsgált hőmérséklet-intervallumban (-15 - +20°C) kb. 5 v/v% bioetanol-koncentrációig. Az aromás szénhidrogének csökkentését célzó minőségi követelmények miatt az aromás szénhidrogéneknek a bioetanol és a gázolaj elegyedését pozitívan befolyásoló hatásának csökkenése is ellensúlyozható zsírsav-metil-észter társoldószerrel. A bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának kritikus tényezője a bioetanol víztartalma. Ezen motorhajtóanyagok szállítása, tárolása és elosztása során rendkívül költséges lenne a teljesen vízmentes rendszer biztosítása. Ezért célunk volt olyan adalék kifejlesztése, amely alkalmazásával az előállított emulziók még víz jelenlétében és alacsony hőmérsékleten is stabilak maradnak. A legnagyobb stabilitású, víztartalmú bioetanol/gázolaj emulziót az általunk előállított, új szerkezetű, zsírsav-metil-észter molekulaalkotót tartalmazó poliizo butilén-borostyánkősav-anhidrid származék adalék („A”) felhasználásával állítottuk elő. Ezen adalékot 2%-ban tartal2. ábra: Bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának változása mazó emulzió nagy előnye, hogy 5 v/v% víztartalmú bioeta („A” adalék, hőmérséklet: 20°C) nolt 5 v/v %-ban tartalmazó emulziót alacsony hőmérsékleten Figure 2: The change of the stability of bioethanol/gas oil (-15°C) is képes stabilizálni (4. és 5. ábra), azaz nem szükséemulsions („A” additive, temperature: 20°C) ges a vízmentes közeg biztosítása még alacsony hőmérséklet esetén sem. Az általunk előállított originális szerkezetű adalék („A”) emulgeáló hatékonyságát más, kereskedelmi forgalomban is beszerezhető tridekanol („B”), zsíra lkohol-

3. ábra: Bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának változása (1% „A” adalék) Figure 3: The change of the stability of bioethanol/gas oil emulsions (1% „A” additive)

Megállapítottuk, hogy a zsírsav-metil-észter társoldószerként növelte az emulziók stabilitását. Ennek oka a bioetanol és a zsírsav-metil-észter egymással történő korlátlan elegyedése volt. A hőmérséklet csökkentése a vártnak megfelelően zsírsav-metil-észter jelenlétében is negatív irányba befolyásolta az emulzió stabilitását.

38

4. ábra: Bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának változása (2% „A” adalék, bioetanol víztartalom: 5v/v% ) Figure 4: The change of the stability of bioethanol/gas oil emulsions/fatty acid methyl ester emulsions (2% „A” additive composition, water content of bioethanol: 5v/v%, concentration of fatty acid methyl ester: 5v/v% ) Mezőgazdasági Technika, 2010. január


5. ábra: Bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának változása (különböző adalék koncentrációja 2%, bioetanol víztartalom: 5v/v%, zsírsav-metil-észter-tartalom: 5v/v%) Figure 5: The change of the stability of bioethanol/gas oil emulsions (concentration of different additives: 2%, water content of bioethanol: 5v/v%, concentration of fatty acid methyl ester: 5v/v%)

poliglikoléter („C”) és polialkil-szukcinimid („D”) alapú adalékokkal is összehasonlítottuk. Ennek során megállapítottuk, hogy -15°C hőmérsékleten, 2% adalékkoncentráció mellett az általunk előállított adalék 1,9%-kal több bioetanolt volt képes emulzióban tartani a vizsgált többi adalékhoz képest. Összefoglalás A dízelgázolajok bioeredetű részarányának további növelésére rövid- és középtávon is reális alternatívát jelenthetnek a bioetanol/gázolaj emulziók. Ezek alkalmazásának legnagyobb hátránya a szétválásra való hajlam, amely számos tényező függvénye. Ezért a bioetanol/gázolaj emulziók stabilitásának növelési lehetőségeit vizsgáltuk erre a célra kifejlesztett, új szerkezetű adalék felhasználásával, amely zsírsavmetil-észter molekulaalkotót tartalmazó poliizobutilén-boros tyánkősav-anhidrid származék volt. Célunk volt alacsony hőmérsékleten (-15°C) és viszonylag nagy víztartalmú bio etanol (5,0 v/v%) esetén is stabil emulzió előállítása. A stabi litásvizsgálati kísérletek során megállapítottuk, hogy a bioeta nol és a gázolajok egymással történő elegyíthetőségének össze hasonlítására az átlagos elegyedés mértéke alkalmas mérőszám. Ennek segítségével ezen emulziók stabilitását befolyásoló tényező hatása egymástól elkülönítve könnyen vizsgálható. Megállapítottuk, hogy a bioetanol/gázolaj emulziók stabilitási problémái zsírsav-metil-észter társoldószerként történő felhasználásával részben kiküszöbölhetőek. Az általunk kifejlesztett, új szerkezetű, zsírsav-metil-észter molekulaalkotót tartalmazó poliizobutilén-borostyánkősav-anhidrid alapú adalék felhasználásával 5,0 v/v% víztartalmú bioetanolt 6,0 v/v%-ban tartalmazó -15°C-on stabilis bioetanol/gázolaj emulziót állítottunk elő. Ennek nagy előnye az, hogy ilyen motorhajtóanyag felhasználása esetén nem szükséges a vízmentes közeg biztosítása a szállítás, tárolás és elosztás során még viszonylag alacsony hőmérséklet esetén sem. Irodalom [1] Varga Z., Hancsók J., Lengyel A., 2006, Bioethanol/gas oil emulsions, Hungarian Chemical Journal, 61(9-10) 315-320. [2] Marsi, G., Nagy, G., Hancsók, J., 2008, Investigation and production of bioethanol/gas oil emulsions, Hungarian Journal of Industrial Chemistry, 36(1-2), 83-88. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

[3] Demirbas A., 2007, Progress and recent trends in biofuels, Progress in Energy and Combustion Science, 33, 1-18. [4] Demirbas A., 2009, Progress and recent trends in biofuels, Energy Conversion Management, 50, 14-34. [5] Demirbas A., 2008, Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections, Energy Conversion Management, 48, 2106-2116. [6] Directive 2003/30/EC of the European Parliament and of the Council of 8 May 2003 on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport. [7] Corro G., Ayala E., 2008, Bioethanol and diesel/ bioethanol blends emissions abatement, Fuel, 87, 35373542. [8] Nagy, G., Marsi, G., Hancsók, J., 2009, Improving the stability of bioethanol/fatty-acid-alkyl-ester/gas oil emulsions, Chemical Engineering Transactions, 17, 1561-1566. [9] Kim H., Choi B., 2008, Effect of ethanol-diesel blend fuels on emission and particle size distribution in a common-rail direct injection diesel engine with warm-up catalytic converter, Renewable Energy, 33, 2222-2228. [10] Di Y., Cheung C.C., Huang Z., 2009, Experimental study on particulate emission of a diesel engine fueled with blended ethanol-dodecanol-diesel, Aerosol Science, in press. [11] Lapuerta M., Armas O., Garcia-Contreras R., 2007, Stability od diesel-bioethanol blends for use in diesel engines, Fuel, 86, 1351-1357. [12] Hansen A.C., Zhang Q., Lyne P.W.L., 2005, Ethanoldiesel fuel blends – a review, Bioresource Technol, 96, 277–285. [13] De-Gang L., 2005, Physico-chemical properties of ethanol–diesel blend fuel and its effect on performance and emissions of diesel engines, Renewable Energy, 30, 967–976. [14] Fredriksson H., 2006, Use of on-farm produced biofuels on organic farms – Evaluation of energy balances and environmental loads for three possible fuels, Agricultural Systems, 89, 184–203. [15] Marsi, G., Nagy, G., Hancsók, J., 2008, Investigation of the stability of ethanol/diesel fuel emulsion, 16th European Biomass Conference & Exhibition, Spanyolország, Valencia, 2008. június 2-6. In Proceedings (ISBN 978-8889407-58-1), 2047-2051. [16] Marsi, G., Hancsók, J., Nagy, G., 2008, Investigation of the Stability of Ethanol/Diesel Fuel Emulsions, 8th International Symposium MOTOR FUELS 2008, Tatranské Matliare, 2008. június 23 – 26., In Proceedings - Part 2 (ISBN 978-80-969710-2-2), 438-453. [17] Fernando S., Hanna M., 2004, Development of novel biofuel blend using ethanol-biodiesel-diesel blend fuel and its effect on performance and emissions of diesel engines, Energy and Fuel, 18, 1695-1703. [18] Hancsók J., Bubálik M., Törő M., Baladincz J., 2006, Synthesis of fuel additives on vegetable oil basis at laboratory scale, European Journal of Lipid Science and Technology, 108(8), 644-651. [19] Hancsok J., Bubálik M., Beck Á., Baladincz J., 2008, Development of multifunctional additives based on vegetable oils for high quality diesel and biodiesel, Chemical Engineering Research & Design, , 86, 793-799.

39


Különféle szervesanyagokból kísérleti körülmények között kinyerhető metántartalom Szabó Emese1, Nagy Valéria2 Szolnoki Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Fakultás, Mezőtúr • [email protected]; [email protected]

A technológiai folyamatok összekapcsolásán alapuló megújuló energia előállítási és –hasznosítási projektek a prioritást élvező K+F+I tématerületek közé tartoznak. Metán tartalmú megújuló energiahordozó anaerob lebontással bármiféle szerves hulladékból előállítható. Szerves hulladékok és melléktermékek pedig bőven keletkeznek a mezőgazdaságban. A Szolnoki Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Fakultásán több projekt keretében különféle szervesanyagokkal végeztünk összehasonlító kísérleteket. Azt vizsgáltuk, hogy az adott receptúrák hogyan befolyásolják a biogáz termelés beindulását, egyenletességét, a termelődött biogáz mennyiségét, annak metántartalmát. A biomassza adalékolás és az alkalmazott mikrobiológiai kezelés fokozta az adott fermentortérfogatra vetített biogáz-, illetve metánhozamot, ami a gyakorlatban hozzájárulhat a biogáz üzemek megtérülési mutatóinak javulásához. Bevezetés Napjainkban az energetika globális szinten értelmezhető, hiszen az energiabiztonság az egész emberiség számára alapvető fontosságú. A Föld meglévő energiakészleteinek pontos mértékét nem ismerjük, így nem tudjuk, hogy mennyi ideig lesz elég igényeink kielégítésére. [Kacz – Neményi, 1998.] A biomassza alapú energetikai rendszerek jelenthetik a szükségszerű energetikai átalakulást, ugyanis EU csatlakozásunkkal előtérbe kerültek környezetvédelmi kötelezettségeink, valamint a megújuló energiatermelés támogatandó feladatai is. Az előbbi szempontok alapján megállapítható, hogy a biológiai úton előállított energiahordozók (a biogázok is) egyre erősebb versenytársai az ásványi eredetű energiahordozóknak. Az energetikai átalakulás első lépéseként meg kell határozni azokat a tényezőket, amelyeket optimalizálni szükséges ahhoz, hogy a megújuló energiaforrások – közöttük a biogáz – energiacélú felhasználása előnyösebb képet mutasson a fosszilis energiahordozók hasznosításánál. Ezek a faktorok az alábbiak: – környezetre (klíma, ember) gyakorolt hatások – társadalmi-gazdasági aspektusok – energetikai hatékonyság Az optimalizálás megvalósítása érdekében kidolgozandó egy olyan tudományosan megalapozott – kísérleteken nyugvó – módszertan/modell, amely meghatározza, hogy biogáz milyen technológiával, milyen alap- és adalékanyagok felhasználásával állítható elő. [Kalmár, Nagy, 2008.] A legmegfelelőbben alkalmazható biogáz előállítást a helyi lehetőségek és adottságok összessége, valamint a rendelkezésre álló alapanyagok mennyiségi és minőségi jellemzői határozzák meg [Bai, 2002.]. Energiacélú biogáz előállító kísérleteink célja a különféle szerves anyagokból keletkező metánmennyiség – energiamennyiség – növelése, a keletkezés intenzitásának fokozása, illetve stabil gázösszetétel produkálása. Közvetett cél a koncentráltan jelentkező szerves szennyező anyag megszüntetése egy megújítható energiaforrás – biogáz – nyerése révén. Alkalmazott eszközök és módszerek Biogáz előállító kísérleteinket a Szolnoki Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Fakultásán rendelkezésre álló fél40

automata fermentorsorral végeztük, a fermentorokban rátöltéses biogáz előállítási technológiát modelleztünk mezofil körülmények között. A kísérletek időtartama 50 nap volt (homogenizálás 10 nap, felfutás időszaka 20 nap, összehasonlító kísérletek időszaka 20 nap). A korrózióálló, szigetelt, kémlelőablakkal is ellátott, kettősfalú fermentorokban levő fermentálandó anyag mennyisége 50 dm3. A fermentorok tetején alakítottuk ki a beöntőnyílás és a gázelvető csap menetes csonkjait, valamint a keverőszár bevezetésére szolgáló furatokat. A keverés – mint biogázhozamot befolyásoló technológiai paraméter – gyakoriságát és időtartamát az üzemi körülményeket reprezentáló módon változtatható paraméterként kell kezelni. Ezért idővezérelt, elektromos működtetésű, egyedi keverőberendezéssel láttuk el a fermen torokat, így biztosítható a biomassza homogén átkeverése. A keverőszárra rögzített lapátozás axiálisan eltolható, így egyaránt lehetőség van mind a felszíni, mind az alsóbb fermentálandó rétegek átkeverésére. A tartályok aljára az ürítés és a mintavételezés céljára csapot szereltünk, illetve itt található a fűtőelem be- és kivezetése, valamint a légtelenítés is itt valósul meg. A fer mentorokban található fermentálandó anyag hőmérsékletét a mezofil üzemi körülményeknek megfelelően 26-36 °C között kell tartani. A fermentorokba épített csöves hőcserélők segítségével kézi vezérléssel már ± 0,5 °C pontossággal tartható a fermentálandó anyag hőmérséklete. A hőcserélők be-, illetve kivezetését a kísérleti fermentorok alsó részén oldottuk meg, illetőleg a légtelenítést légtelenítő csavarokkal valósítottuk meg. A fermentorok oldalán lévő nyílások szolgálnak a hőmérők bevezetésére. Az anaerob fermentációs folyamatokat sertés hígtrágya bázison, illetve alkoholüzemi maradékokkal végeztük. A folyamatos technológiát reprezentáló kísérleteknél felhasznált sertés hígtrágya szárazanyag tartalma a kontroll reaktorok esetében 8 % volt, míg az adalékolt fermentorok esetében a sertés hígtrágya szárazanyag tartalma 4 %, a hozzáadott szeszfeldolgozási hulladékoké szintén 4 % volt. Ilyen módon kísérleteinket 8 %-os szárazanyagtartalom mellett valósítottuk meg. A fermentorokat napi 5 tf % friss sertés hígtrágyával terheltük 20 napos reaktortérben való tartózkodási időt modellezve. Az alapanyagok természetes lebomlási folyamatának lassúsága miatt a keletkezés intenzitásának fokozása adalékanyagok sokféleségével biztosítható. Mezőgazdasági Technika, 2010. január


Az alapanyagok minősége, összetétele változó, hiszen a sertés hígtrágya, illetve a szeszmoslék alapvetően inhomogén „rendszer”, hordozó anyaga a víz, amely szerves és szervetlen anyagokat tartalmaz. Az egységnyi térfogatú biomas�szából kinyerhető biogázmennyiséget az adott szervesanyag összetétele limitálja. Kísérleti eredmények Sertés hígtrágya (referencia alapanyag) és alkoholüzemi melléktermékek, illetve hulladékok fermentációját vizsgáltuk a különféle szervesanyagokból – félüzemi kísérleti körülmények között – kinyerhető metántartalom meghatározásának céljából. Biogáz előállítási kísérleteink adalékanyagai a jelentős szénhidrát tartalommal rendelkező cukorcirok présmaradvány (a „Róna” cukorcirokból préselés után visszamaradt bagasz), valamint a gyümölcs-, szőlő-, és kukoricatörköly, mint az alkohol előállítás hulladékai. A törkölyök beltartalmi értékei lehetővé teszik biogáz előállítási kísérletekhez történő felhasználásukat. [Szakál, Túróczi, 2008.] Kísérleteink során arra a kérdésre is kerestük a választ, hogy az adott összetételű adalékanyagokból baktériumkezelés hatására jelentősebb mennyiségű biogáz nyerhető-e, vagy a baktériumos beoltásnak csupán a termelés megindulásában, valamint a kiegyenlítettebb biogáztermelés elérésében van döntően szerepe? A kiválasztott fermentorokat, laboratóriumi körülmények között – adalékanyag féleségekre – kitenyésztett baktériumokkal oltottuk be. Az egyes fermentorok kezelését az 1. táblázat mutatja. Megállapítható, hogy növényi eredetű adalékanyagokkal adalékolt biomasszát tartalmazó fermentorok fajlagos biogáztermelése jelentős mértékben megnövekedett a kezeletlen (kontroll) fermentor fajlagos biogázhozamához viszonyítva. Azonban a kontroll fermentor napi biogáztermelése is megközelítette az egy fermentortérfogatnyi mennyiséget. Vizsgálataink igazolták, hogy a lebontandó biomassza C/N arányának optimalizálásával nemcsak a keletkező biogáz mennyisége, hanem a biogáz energetikailag hasznosítható metántartalma is növelhető. 1. táblázat: Kezelt (adalékolt) fermentorok fajlagos biogáztermelése a kontroll fermentor termeléséhez viszonyítva Table 1: Biogas productivity of the fermentors referred production of the control fermentor Sertés hígtrágya bázisú, kontroll fermentor Gyümölcs-törköllyel adalékolt fermentor Gyümölcstörköly-lyel adalékolt, baktériumkezelt fermentor Szőlő-törköllyel adalékolt fermentor Szőlőtörköllyel adalékolt, baktériumkezelt fermentor

Biogáz (%) 100 % 145 % 206 % 168 % 171 %

A fermentorokban termelődött biogáz átlagos metántartalma nagy szórást mutatott, az egyes fermentorok esetében az eltérés 9-17 %-os. Az üzemi körülményeket reprezentáló kísérleteink során mért metán arányáról megállapítható, hogy a szakirodalmi adatoknak megfelelően alakult. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

A 2. táblázat a baktériumkezelés eltérő hatásait összegzi. A adalékolt fermentorok esetében a baktériumkezelésnek eltérő hatása volt a biogáz- és metántermelésre. A könnyen bontható bagasszal adalékolt fermentorokat vizsgálva megállapítható, hogy a laboratóriumi körülmények között kitenyésztett baktériumkultúra a fermentorok biogáz termelését nem növelte, hatása a biogáztermelés gyorsabb felfutásában mutatkozott meg. A metanogéneket nem tartalmazó sertés hígtrágyával feltöltött fermentor esetében a biogáz termelés a beoltás után nagyon rövid idő alatt, 1-2 napon belül beindult. A gyümölcstörköllyel, szőlőtörköllyel és kukoricatörköllyel adalékolt fermentorok esetében a baktériumkultúra eltérő mértékben ugyan, de növelte a fermentorok biogáz termelését. Az adott adalékanyagféleségekre kitenyésztett baktériumkultúra azonban nem minden esetben volt pozitív hatással a metántermelésre, kivéve a gyümölcs- és kukoricatörköllyel adalékolt fermentorok termelésére. Egyes esetekben a baktériumkezelés hatására ugyan kismértékben megnö vekedett biogáztermelés, azonban a biogáz metántartalmának csökkenése miatt a kezelt fermentorok metántermelése nem érte el a kezeletlen fermentorok metántermelését. 2. táblázat: A baktériumkezelés hatása a különböző kezeléskombinációkat megvalósító fermentorok termelésére Table 2: Effect of the bacteria manipulation on the production of fermentors with different manipulations Biogáztermelés

Metántermelés

100 %

100 %

142 %

148 %

100 %

100 %

102 %

98 %

100 %

100 %

95 %

92 %

Kukoricatörköllyel adalékolt sertés hígtrágya bázisú fermentor

100 %

100 %

Kukoricatörköllyel adalékolt, baktériumkezelt sertés hígtrágya bázisú fermentor

108 %

108 %

Gyümölcstörköllyel adalékolt sertés hígtrágya bázisú fermentor Gyümölcstörköllyel adalékolt, baktériumkezelt sertés hígtrágya bázisú fermentor Szőlőtörköllyel adalékolt sertés hígtrágya bázisú fermentor Szőlőtörköllyel adalékolt, baktériumkezelt sertés hígtrágya bázisú fermentor Róna cukorcirok présmaradvánnyal adalékolt sertés hígtrágya bázisú fermentor Róna cukorcirok présmaradvánnyal adalékolt baktériumkezelt sertés hígtrágya bázisú fermentor

A biogázok hasznosítása szempontjából a mennyiség mellett a minőségnek is meghatározó szerepe van, tehát a szárazanyagra, illetve a szerves szárazanyagra vetített metántermelés meghatározása mindenképp kívánatos, ugyanis a kinyerhető biogáz metántartalmának 1 %-os növekedése 1,5-2 %-os energiaérték növekedést eredményez a biogázban. [Szabó, Nagy, 2009.] A 3. táblázatban foglaltuk össze az egyes fermentorok szárazanyagra, illetve szerves szárazanyagra vetített metántermeléseinek értékeit. 41

Energia a szántóföldről, azaz hogyan hasznosítsuk a vidéket 3. táblázat: Fajlagos metántermelés a különböző kezeléskombinációk esetében Table 3: Methane productivity in case of different manipulations Metántermelés Metántermelés [dm3/1 kg szá] [dm3/1 kg szszá] Sertés hígtrágya bázisú, kontroll fermentor Gyümölcstörköllyel adalékolt sertés hígtrágya bázisú fermentor Gyümölcstörköllyel adalékolt, baktériumkezelt sertés hígtrágya bázisú fermentor Szőlőtörköllyel adalékolt sertés hígtrágya bázisú fermentor Szőlőtörköllyel adalékolt, baktériumkezelt sertés hígtrágya bázisú fermentor * szá = szárazanyag szszá = szerves szárazanyag

145,0

152,6

200,0

217,4

297,5

323,4

237,5

254,0

232,5

248,7

Következtetések Kísérleti eredményeink igazolják, hogy az említett alapanyagok és a különböző növényi eredetű adalékanyagok keverékeiből viszonylag homogén biomassza állítható elő. Az általunk összeállított receptúrák alkalmazásával elősegíthető, illetve biztosítható a már üzemelő energiatermelő (közvetve hulladékártalmatlanító) biogáz létesítmények zavartalan működése. Növényi eredetű adalékanyagok alkalmazásával magasabb metánhozamok érhetők el, mint pusztán sertés hígtrágya fermentációja révén. Azonban a biogáz-, illetve metánhozamokban mutatkozó eltérések indokolják a biogáz előállítási kísérletek végzését, melyeket biogáz üzem indításakor, illetve receptúra váltáskor (adalékanyag változáskor) el kell végezni. Minden esetben meg kell vizsgálni az inputanyagok jellemzőit, elő kell állítani a lehetséges kezeléskombináció-

42

kat az optimális technológiai paraméterek kiválasztása érdekében. Ezeken túlmenően célszerű a laboratóriumi körülmények között, adott adalékanyagféleségekre kitenyésztett baktériumkultúra hatását félüzemi kísérletek között is megvizsgálni. Az energetika összetett rendszer. Ennélfogva az energetikai átalakulás rendszerszemléletű gondolkodást kíván. Elsődleges szempont az energiaigény maradéktalan kielégítése minél kevesebb energia felhasználásával. [Petis, 2009.] tanulmánya rámutat arra, hogy a biogáztermelés csak akkor versenyképes a hagyományos energiahordozókkal szemben, ha komplex előnyeivel vesszük figyelembe, és a társadalom számára nyújtott előnyökkel arányosan támogatjuk. Irodalom [1] Bai Attila: A biomassza felhasználása; Szaktudás Kiadó Ház Rt., Budapest 2002. [2] Kacz Károly, Neményi Miklós: Megújuló energiaforrások; Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest 1998. [3] Kalmár Imre, Nagy Valéria: Biomasszából történő megújuló energia előállítás egy mintaprojekt keretében. Előadás, Magyar- és Világ Tudomány Napja, Szolnoki Tudományos Közlemények, Szolnok 2008. november 6., CD kiadvány [4] Petis Mihály: Biogáztermelés és –hasznosítás. In: Biogáz-előállítás és –felhasználás I. évf. 2009/1. szám p 30-32 [5] Szabó Emese, Nagy Valéria: Biomasszából kinyerhető biogáz energiatartalmának alakulása. Előadás, XV. Nemzetközi Környezetvédelmi és Vidékfejlesztési Diákkonferencia, Mezőtúr 2009. július 1-3., p 44 [6] Szakál Pál, Túróczi Zoltán: Szeszipari melléktermékként keletkező gabonatörköly takarmány- és tápanyagkénti felhasználása. In: Agro Napló, XII. évf. 2008/2. szám p 51-52



Megújuló energia a mezőgazdaságból Magó László, Hajdú József, Fenyvesi László FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, Gödöllő • [email protected]

A világon kialakulóban lévő energiakrízis a mezőgazdaság által megtermelhető energiahordozókra irányítja a figyelmet. A várhatóan tartóssá váló energiahiányt leginkább a mezőgazdasági és az erdőgazdaságból nyerhető nagy tömegű biomasszával lehet pótolni. Csak a mezőgazdaság képes lenne középtávon az ország energiaigényének mintegy 10 %-át megújuló energiahordozókból fedezni. Várhatóan a közeljövőben Európa szerte a mezőgazdaságnak egy új „energiatermelő” ágazata alakul ki, amely szorosan együttműködve a nemzetgazdaság energiatermelő és szolgáltató ágazataival jelentős mértékben járulhat hozzá az energiahiány mérsékléséhez, miközben új bevételi forráshoz jut. A magyar mezőgazdaság lehetőségei és szerepe a megújuló energiák előállításában A világban egy újabb energiakrízis kialakulása figyelhető meg. Ennek oka, hogy a fosszilis energiahordozók ismert készletei az utóbbi években számottevően nem nőttek, a kitermelésük pedig az árak magasan tartása érdekében vis�szafogottabbá vált. A fejlett országok energiatakarékossági programjai ellenére, a fejlődő világ növekvő felhasználása miatt a fosszilis energiák iránti kereslet növekvő, amely az árak jövőbeni további növekedését fogja eredményezni. Az üvegházhatású gázok mennyiségének növekedése és ennek betudható globális felmelegedéssel járó éghajlatváltozás, a természetben, az épületekben, az emberek egészségében keletkezett károk nagyobbrészt a jelenlegi energiatermelésre és felhasználásra vezethetők vissza. Mindezek a megújuló, környezetet kevésbé károsító energiákra irányítja a figyelmet. A megújuló energiahordozók közül az energetikai célú biomassza termelésben a következő évtizedben a mezőgazdaság és az erdőgazdaság kaphat fő szerepet. A folyamatot gyorsíthatja, hogy egész Európában a mezőgazdaság termelési szerkezetében módosításokra van szükség, amely az élelmiszertermelés visszafogását és az energetikai, valamint ipari célú (non-food) termelés növelését eredményezi. Ez a folyamat a mezőgazdaságban egy új – ipari és energetikai növény-termelési – ágazat kialakulását eredményezheti, amely új biológiai alapok, termelési inputok, agrotechnikai eljárások, technológiai, gépesítési és logisztikai alkalmazásokat igényel. A mezőgazdaság az általa előállított megújulókból középtávon képes lehet az ország éves energiaigényének (1120 PJ) mintegy 10 %-át (110 PJ) biomasszából kielégíteni az erre épülő energiaszektor fejlesztése esetén (1. táblázat). A hazai erdők fakészletének éves növekedése 10 millió m3. A jelenlegi élőfa készlet (330 millió m3) fenntartása mellett évente 10 millió m3 fát lehetne kitermelni a magyar erdőkből. Ezzel szemben az utóbbi években a kitermelés 7 millió m3 körül alakult. Ebből 2,9 millió m3 volt az ipari fa és 2,7 mil lió m3 a tűzifa. A hazai erőművek tavaly 1 millió tonna faap rítékból állítottak elő villamos energiát, amelynek zöme a hazai erdőkből került ki. A jelenlegi erdősűrűség mellett – mértékadó szakmai körök véleménye szerint – akár évi 3 millió m3-rel növelhető lenne az energetikai célú kitermelés, amely mintegy 40 PJ-lal bővíthetné a hazai biomassza alapú energiatermelést. Amennyiben a hazai erdőterület újabb erdőteMezőgazdasági Technika, 2010. január

lepítések révén a jövőben növekszik, tovább nőhet a hazai energiafelhasználás is. 1. táblázat: A magyar mezőgazdaság által évente reálisan megtermelhető bioenergiák mennyisége Table 1: Quantity of yearly produced bio energy by the Hungarian agriculture Mezőgazdasági biomassza, mint nyersanyag Féleség

Terület (E ha)

Menny. (E t)

Kukorica

520

3000

Repce

150

250

300

6000

1400

200

Trágya + szerves hulladék Szalmák, energiafű szárm. Energetikai ültetvényfa

Bioenergiák Menny. (E t)

Energiatart. (P J)

1000

27

100

3,8

Biogáz

240 (millió m3)

5,5

4000

Szalma alapú tüzelőa.

4000

48

2500

Fa alapú tüzelőa.

2500

38

Féleség Bioetanol Biodízel/ RME

A mezőgazdaságból és az erdőgazdaságból kikerülő fő és melléktermékből, illetve ott energianyerés céljára termelt növényekből termo-kémiai, fizikai-kémiai vagy bio-kémiai átalakulás után energiahordozó vagy közvetlenül energia nyerhető. Biomotorhajtóanyag célú hasznosítás A mezőgazdaság által nagy tömegben, versenyképes áron előállítható termékek közül a magas keményítő tartalmú gabonafélékből és az olajos magvakból állítható elő biomo torhajtóanyag. Az előbbiből bioetanol, az utóbbiból biogáz olaj vagy biodízel. Mindkét hajtóanyag – a bioetanol és a biodízel – önmagában és a hagyományos hajtóanyagokhoz keverve is felhasználható motorok üzemeltetésére. A bevezetőben említett várhatóan fogyó fosszilis motorhajtóanyagok és a használatuk révén jelentkező környezetszennyezések miatt a közelmúltban jelentősen felértékelődött a biomotor hajtóanyagok szerepe, jelentősége. Az Európai Unió direktívákat alkotott a biomotorhajtóanyagok fokozatosan növekvő alkalmazására, amely technológiailag a hagyományos motorhajtóanyagokba történő bekeverésével valósítható meg, a jelenleg érvényes szabályok 5,75 %-os bekeverést tesznek lehetővé, amelyet a tagországoknak 2010-ig kell elérniük. Motorikusan és technológiailag ennél nagyobb arányú 43


bekeverés is lehetséges, ezért várható, hogy az 5,75 %-os arány a jövőben növekszik, akár 10 %-ra is. A nyersolaj árának és a hagyományos motorhajtóanyagok árának emelkedése egyre inkább versenyképessé teszi a biomotorhaj tóanyagok felhasználását. A szakértők szerint a 90 USD hordónkénti nyersolajár az a küszöb, amely további lendületet adhat a biomotorhajtóanyagok előállításának. Egész Európában felgyorsultak a bioetanolt és biodízelt előállító üzemi beruházások. Magyarország a gabonákból előállított bioetanolból a hazai szükségleten túl jelentős exportot bonyolíthat a jövőben, míg biodízelből (biogázolajból) legfeljebb a hazai szükséglet kielégítésére lesz képes. A biomotorhajtóanyagok bázisa Magyarország kedvező ökológiai adottságokkal rendelkezik a gabonafélék és a napraforgó termeléséhez. A búza és a napraforgó szinte az egész ország területén termeszthető. A termőterületet a piaci lehetőségek és a vetésforgóba történő beilleszthetőségük határozza meg. A kukorica elsősorban a dunántúli régiókban és az Alföld peremvidékein termeszthető kedvező feltételek mellett. A repce hazánkban a nyugati- és a közép-dunántúli régiókban és Észak-Magyarországon érzi jól magát. A termőterülete mintegy 240 ezer hektáron behatárolt. A biohajtóanyagok előállításához felhasználható volumenek az ökológiailag meghatározott régiókban állnak rendelkezésre. A búzát az utóbbi öt év átlagában 1.150.000 hektáron termeltük, átlagosan 4,0 t/ha hozam mellett. Az éves átlagos termésmennyiség 4,6 millió t/év. Az elmúlt 40 év időszakos mutatói azt igazolják, hogy voltak olyan évek, amikor a búza termőterülete meghaladta az 1.360.000 hektárt is. Ez azt mutatja, ha kell energetikai célra a búza vetésterülete és a termésmennyisége is növelhető. A kukoricát az utóbbi években átlagosan 1.200.000 hektáron termeltük, 6,0 t/ha terméshozammal és 7,1 millió t/év éves mennyiséggel. Voltak évek amikor a kukorica termőterülete az 1.400.000 ha/év-et is meghaladta. Ez szintén az energetikai célú kukoricatermelés bővítésének a lehetőségét támasztja alá.

Bioenergia-előállítás céljára figyelembe vehető a cukorrépa is, amely évente 3,0-3,5 millió tonna mennyiségben terem, azonban a gabonával szemben nem versenyképes a cukorrépából előállított bioetanol. A napraforgót éves átlagban 450.000 hektáron termeltük 2,1 t/ha hozam és 940.000 t/év mennyiség mellett. Egyes években a termőterülete meghaladta az 500.000 hektárt is, és az éves termésmennyisége pedig megközelítette az 1,2 millió tonnát. Az utóbbi évek napraforgó termésmennyisége a terület és a hozamok növelésével energetika célra szintén növelhető lenne. A repcét az utolsó öt évben átlagosan 100.000 hektáron termeltük 2,0 t/ha terméshozammal és 220.000 tonna/év termésmennyiséggel. Volt olyan év amikor a termőterület meghaladta a 180.000 hektárt is, a legnagyobb betakarított éves mennyiség pedig a 290.000 tonnát. Kedvező ökológiai környezetben és javuló hozamok mellett az energetikai célú repcetermelés is növelhető. A termelés regionális megoszlását tekintve gabona termelésünk centrumai az Észak-Alföld, Dél-Alföld és a DélDunántúl, ahol az éves mennyiség kétharmada terem, az olajosmagok közül a napraforgó elsősorban az alföldi és az észak-magyarországi régióra, a repce a nyugat-dunántúl és az észak-magyarországi régióra koncentrálódik. Ezek a meghatározottságok hatással lehetnek a regionális és a logisztikai fejlesztésekre is. A biomotorhajtóanyag előállítás céljára felhasználható gabona és olajosmag mennyisége Az éves búzatermésnek jelenleg 53,2 %-át étkezési és takarmányozási célra hasznosítjuk 32,0 %-át exportáljuk. Bioetanol gyártás céljára jelenleg 600.000 tonnát lehetne felhasználni. A búzatermelés kifejezetten energetikai célra a termőterület növelésével és a terméshozamok javításával mintegy 28 %-kal növelhető lenne, így a bioetanol gyártásra (vagy egyéb ipari célra) felhasználható búza mennyisége is megháromszorozható lenne, amely 1,8 millió tonnát jelentene évente.

2. táblázat: Az ipari célú gabona- és olajosmag termelés, ill. felhasználás lehetőségei Magyarországon Table 2: Possibilities of industrial grains and oil seeds production and usage in Hungary TerményTermő-ter. Termésmenny. Humán és tak. célú Export Lehetséges ipari Biomotor-hajtóanyag féleség (E ha) (E t) felhasználás, (E t) (E t) felhasználás, (E t) céljára, (E t) A.) A jelenlegi átlagos termelési mutatók figyelembevételével 1. Búza 1.150 4.700 2.500 1.500 700 600 2. Kukorica 1.200 7.200 4.000 1.500 1.700 (1) 1.200 3. Napraforgó 450 950 300 650 (2) 50 4. Repce 110 220 220 (3) 220 B.) A termőterület energetikai célú növelésével 1. Búza 1.360 5.400 2.500 1.500 1.400 1.200 2. Kukorica 1.300 7.800 4.000 1.800 2.000 1.500 3. Napraforgó 550 1.150 400 750 100 4. Repce 220 440 440 440 C.) A termőterület és a hozamok egyidejű növekedése esetén (energianövény-termelés bővítése) 1. Búza 1.300 6.000 2.500 1.500 2.000 1.800 2. Kukorica 1.300 8.500 4.000 2.000 2.500 2.000 3. Napraforgó 550 1.250 400 850 200 4. Repce 220 460 460 460 Megjegyzések: (1) a jelenlegi ipari feldolgozás 520 E t, (2) a jelenlegi ipari feldolgozás 640 E t, (3) a jelenlegi ipari feldolgozás 100 E t

44



Az évi átlagos 7,2 millió tonna kukoricának 55,5 %-át takarmányozási célra használjuk fel, 20,8 %-át exportáljuk. Ipari célra 1,7 millió tonna áll rendelkezésre, amelyből mintegy 500 ezer tonnát használ fel a hazai ipar. Már jelenleg is 1,2 millió tonna kukoricából lehetne bioetanolt gyártani, ha lenne rá elegendő kapacitás. A jelenlegi éves átlagos kukoricamennyiséget 18 %-kal lehetne növelni, a termőterület és hozamok növelésével. Ez a kukorica export mennyiségének 66,6 %-os növelését tenné lehetővé. A jelenlegi napraforgótermésünk 69 %-át a növényolajipar dolgozza fel, főleg étkezési napraforgó olajjá, 31 %-át pedig exportáljuk. A jelenlegi termelésszinten 50 ezer tonna napraforgó kerülhetne motorhajtóanyag (biogázolaj/biodízel) céljára felhasználásra. Az éves napraforgótermést 31,5 %-kal lehetne bővíteni biomotorhajtóanyag-előállítása céljából, amely a termőterület és hozamok növelésével érhető el. Ezzel mintegy 200.000 tonna többlet napraforgó mag állna rendelkezésre motorhajtóanyag gyártás céljára. Az éves repcetermés felét itthon dolgozza fel az olajipar, a másik felét exportálja. A repce teljes mennyisége már jelenleg is feldolgozható lenne biogázolaj/biodízel céljára, ha lenne elegendő gyártó kapacitás, és bőven fedezné a hazai gyártású gázolajba történő EU-normatíva szerinti bekeveréshez szükséges mennyiséget. A repcetermés a közeljövőben több mint megduplázható lenne és 2010-re elegendő biogázolajat szolgáltathatna a bekeveréshez. Következtetések, megállapítások Figyelembe véve az alapanyag-termelés bővülését is, megfelelő gyártókapacitások kiépülése esetén Magyarországon – búzából min. 215 E t – max. 640 E t – kukoricából min. 420 E t – max. 690 E t bioetanol állítható elő. Ugyanilyen megfontolással – napraforgóból min. 23 E t – max. 77 E t – repcéből min. 90 E t – max. 160 E t biogázolajat/biodízelt lehetne gyártani. 3. táblázat: A potenciálisan előállítható bio-motorhajtóanyagok lehetséges felhasználása (mértékegység: E t) Table 3: Possibilities of use of potentially produced liquid bio fuels (unit of measure: th t) Megnevezés

Bioetanol Biogázolaj (dízel) min. max. min. max. 635 1.330 100 250

1. Mennyisége 2. Várható belföldi felhasználás - 2,0 %-os bekeverés esetén - 5,75 %-os bekeverés esetén -10,0 %-os bekeverés esetén - 20,0 %-os bekeverés esetén 3. Lehetséges export volumen - 5,75 %-os bekeverés esetén 520 - 10,0 %-os bekeverés esetén 435 - 20,0 %-os bekeverés esetén 235 1. Az unió ajánlásai a bekeveréshez – 2,0 %-os bekeverés 2005-ig, – 5,75 %-os bekeverés 2010-ig, – 10,0 %-os bekeverés tervezés alatt 2. A 20,0 %-os bekeverés a technikai maximuma. 3. A 20,0 %-os bekeverés a technikai maximuma. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

40 115 200 400

-

44 127 220 440

1.215 1.130 930

-

123 30 -

lehetőség jelenleg ismert lehetőség jelenleg ismert

A minimális mennyiségeket a jelenlegi termelési szintek figyelembevételével, a maximálisat a termelés energetikai célú bővítése esetére kalkuláltuk (lásd a 3. és 4. táblázatot). Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetet mondanak az Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatalnak (NKTH) a kutatás pénzügyi támogatásáért (Sl 12/2008). Irodalom [1] Daróczi M.: (2007) Basic Tasks of the Agricultural Investment Process, Hungarian Agricultural Engineering. No. 20., p. 65-66. [2] Fenyvesi L.. Hajdú J.: (2005). Ökonomische Zusammenhänge der Nutzung von Biomasse, Biomasse – Energie aus der aus Landwirtschaft, Dreigrenze-Konferenz, Slowakei und Ungarn, Tagungsband, Nyitra, 3-4. May 2005, p.133-138. [3] Fenyvesi L., Pecznik P.: (2004). Is Hungary the source of bioenergy for Europe?, Second World Biomass Conference, Proceedings of the World Conference held in Rome, Italy 10-14 May 2004. (1): 542-545. [4] Hajdú J., Fenyvesi L., Pecznik P.: (2005). Impaction of EU Joining for Renewable Energy Utilisation in Hungary, The 4th Research and Development Conference of Central and Eastern European Institutes of Agricultural Engineering. Moscow, 12-13. May. 2005. 25-32. [5] Hajdú J., Magó L.: (2006) The Possibilities of Use of the Biomass in Hungary, Proceedings of the 34th International Symposium “Actual Tasks on Agricultural Engineering”, Opatija, Croatia, 21-24. February 2006. Proc. 111-120. [6] Hajdú J., Magó L.: (2008) „Agricultural Biomass Potential in Hungary”, Proceedings of 10th International Congress on Mechanization and Energy in Agriculture, Antalya, Turkey, 14-17 October 2008., p. 512-517. [7] Poje T., Jejčič V.: (2009) The Situation and Perspective in the Field of Agricultural Biogas Production Plants in Slovenia, Proceedings of the 37th International Symposium “Actual Tasks on Agricultural Engineering”, Opatija, Croatia, 10-13. February 2009. Proc. 241-246. 4. táblázat: Az ipari célra termelt gabonafélékből és olajosmagvakból előállítható bio-motorhajtóanyagok mennyisége (mértékegység: E t) Table 4: The volume of liquid bio fuels produced from industrial grains and oil seeds (unit of measure: th t) Megnevezés 1. Termésmennyiség: - min. - max. 2. Motorhajtóanyag célú felhasználás - min. - max. 3. Előállítható motorhajtóanyagok mennyisége - bioetanol: min. max. - biogázolaj (biod.): min. max.

Búza Kukorica Napraforgó Repce 4.700 6.000

7.200 8.500

950 1.250

220 460

600 1.800

1.200 2.000

50 200

220 460

215 640

420 690 23 90

77 160

45


Az energiafűz, mint alternatíva a bioenergetikai termelés területén Szecsei Tímea1, Salamon Lajos2 Nyugat-magyarországi Egyetem, Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar, Vállalatgazdasági és Vezetéstudományi Intézet, Mosonmagyaróvár • [email protected]

Az Európai Unió és hazánk energetikai, mezőgazdasági és környezetvédelmi törekvéseinek megfelelően, az agráriumban egyre jelentősebb szerepet töltenek be a non-food termelésre irányuló törekvések, ezen belül is elsősorban a bioenergetikai célú termelés. Magyarország kedvező természeti adottságai lehetőséget nyújtanak a biomassza nagy tömegű előállítására, a megújuló energiaforrások feldolgozásában pedig egyre erősödő tendencia figyelhető meg. A hazai biomassza termelés egyik fő iránya, a rövid vágásfordulójú fás szárú energiaültetvények telepítése. Ebbe a kategóriába sorolható az energiafűz (Salix viminalis Sp.), mely alternatívát jelenthet a növekvő energiaigény egy részének kielégítésére, a kedvezőtlen adottságú (víznyomásos, pangó vizes) területek művelésére, továbbá az állattenyésztésből származó hígtrágya környezetbarát módon történő elhelyezésére. Vizsgálatunk célja, hogy átfogó képet kapjunk az energiafűz termesztésében rejlő lehetőségekről, a jövedelmezőség helyzetéről, figyelembe véve a hazai támogatási rendszert. Kulcsszavak: Biomassza, bioenergia, energiafűz Az energiatermelés helyzete Magyarországon az elmúlt évek tapasztalati alapján az energiaárak rohamosan emelkednek, miközben a felhasznált energia mennyisége folyamatosan meghaladja az 1100 PJ-t és a jövőben sem várható mérséklődés. Az energiaigény kielégítésének jelentős gazdasági problémája, hogy a megtermelt energiamennyiség a kilencvenes évekhez viszonyítva egyharmadával esett vissza, míg a behozatal rohamosan nő. A KSH adatai alapján kiderül, hogy egyre fontosabb feladatot jelent lehetőségeket keresni az energiaszektor versenyképességének javítására és az energiaimport mérséklésére.

Forrás: KSH adatok alapján saját szerkesztés 1. ábra: Az energiatermelés- és import alakulása Magyarországon Figure 1: The run of the energy production and import in Hungary

Az energetika másik fontos kérdésköre a fosszilis energiahordozók felhasználásával járó környezetterhelés csökkentése. Magyarországon – az EU energia és klíma csomaghoz kapcsolódó vállalása alapján – 2020-ra a megújuló energia a teljes energiafelhasználáson belül eléri a 13%-ot. 2003ban hazánk vállalta, hogy 2010-re megduplázza a megújuló energiatermelést, ami 7%-ot jelentene. Jelenleg az ország meghaladta az 5,1 százalékos részarányt, de elmarad a tervezettől. A jövőben tehát fokozott figyelmet kell fordítani az alternatív energiaforrásokban rejlő lehetőségekre. Hazánk

46

kedvező adottságait figyelembe véve meghatározó tényezőként jelentkezik a mezőgazdaság biomassza produkciójának növelése. Az energianövények: olyan egyéves és évelő növényfajok, amelyekből a termesztés során, a termesztés eredményeként főtermékként szilárd, folyékony vagy gáznemű energiahordozó állítható elő. (Fogarassy, 1999) A megújuló energiaforrásokban rejlő lehetőségeket elsősorban a hagyományos energiaforrásokkal szembeni versenyképességük határozza meg. Az előállítást, a megújuló energiaforrás kiválasztását és a felhasználást pedig az adott térség természeti adottsága, valamint a műszaki és technikai fejlettség befolyásolja. Az energetikai szükségletek kielégítésénél fontos szempont, hogy a faanyag egységes minőségű legyen, minél kisebb termőterületen és minél alacsonyabb önköltségen kerüljön előállításra, lehetőleg a jelenlegi tüzelőberendezésekben felhasználható legyen – mindezen feltételeknek az energianövények közül a rövid vágásfordulójú faültetvények felelnek meg leginkább. (BAI et. al, 2007) A vizsgálat anyaga A hazai biomassza termelés egyik fő irányvonala, a rövid vágásfordulójú fás szárú energiaültetvények telepítése. Ide sorolható az energiafűz (Salix viminalis Sp., Salix alba Sp.), mely alternatívát jelenthet a növekvő energiaigény egy részének kielégítésére, akár a kedvezőtlen adottságú területek művelésével. A vizsgálat alapjául választott növényfaj hazai viszonylatban még szűk körben termesztett, de a pozitív kutatási és termesztési eredményeknek köszönhetően egyre szélesebb körben ismert. A vizsgálat célja, hogy átfogó képet kapjunk az energiafűz termesztésében rejlő lehetőségekről, hiányosságokról, a hozamok és költségek vizsgálatával a várható jövedelmezőségről. Az energiafűz termesztésében rejlő lehetőségek Az energiafűz hazai elterjedését nagymértékben befolyásolja, hogy miként illeszthető be a hazai termesztési gyakorlatba, továbbá milyen jövedelem realizálható termesztése során. Napjainkban a termesztési feltételeket és a jövedelmezőséget egyaránt jelentősen befolyásolja a nemzeti és nemzetközi támogatási rendszer. A mezőgazdaság energetikai biomassza előállításában a fás szárú rövid vágásfordulójú energiaültetvények telepítésére szabályozott módon kerülhet sor hazánkban. A 45/2007 (VI.11.) FVM rendelete alapján, (1§) a fás szárú energetikai ültetvény telepítéséhez kizárólag az Mezőgazdasági Technika, 2010. január


erdészeti szaporítóanyagokról szóló 110/2003 (X.21.) FVM rendelet követelményeinek megfelelő, engedélyes termelő által előállított minősített szaporítóanyagot lehet felhasználni. Sarjaztatásos típusú fás szárú energia ültetvény kizárólag nyár, fűz és akácfajokból létesíthető. Igazolást kérelemre fűz fajok esetén a fajtatulajdonos adja ki. Fontos kiemelni, hogy a sarjaztatásos típusú fás szárú energetikai ültetvényeket szántó művelési ágban kell nyilvántartani. Ezen feltételek betartása mellett a termelők jelentős támogatásokhoz juthatnak. Az általános területalapú támogatás mellett egyszeri, vissza nem térítendő telepítési támogatás vehető igénybe, melynek ös�szege fűz típusú ültetvények esetén jelenleg 200 ezer forint/ha. A hozamok alakulására ható tényezők közül kiemelt a fajta, a telepítéskori tőszám továbbá, hogy hány éves ciklusban történik a betakarítás. Éves vágásforduló esetén a hozamok vizsgálatánál kiemelném, hogy az energiafűz első, bevezető évében alakul ki a növény gyökérzete. Az első évben egy dugvány 2-4 hajtást hoz és az ültetvény vágható állapotban eléri a 2-3 méteres magasságot. A gyökérzet kialakulása valamint a harc a gyomokkal a produktum rovására zajlik, de az ültetvény adottságaitól függően 15 t/ha körüli hozam becsülhető. A második évben megindul a bokrosodás és egy tő már 6-12 hajtást is hozhat, amelyek hossza év végére a 3-4 métert is meghaladhatja és a hozamot illetően akár 20 t/ha átlaggal is számolhatunk. A harmadik évtől a sarjadás és a növekedés függvényében a 25-30 t/ha-os átlaggal számolhatunk. Egyes fajtáknál az ajánlott technológia alapján két éves vágásfordulót alkalmaznak, ahol az első vágásnál 35t/ha, a második vágástól pedig 40-45t/ha-t meghaladó hozamátlagok realizálhatók. A bevételi források mellett a jövedelmezőség megismeréséhez szükséges feltárni a termesztéssel járó ráfordításokat. A telepítést megelőzően a talaj állapotától függően előkészítő munkák költségei jelentkeznek. A talajelőkészítés, a tápanyag utánpótlás és növényvédelem során lehetőség van a már meglévő gépbázisra alapozott gazdálkodásra, így ha a megfelelő géppark a gazdálkodó rendelkezésére áll anyagilletve személy jellegű ráfordításokkal kell számolni, akárcsak más növénytermesztési ágazatoknál. A telepítés évében ös�szességében kiemelkedően magas költségekkel kell kalkulálnunk. Egy hektár energiafűz ültetvény első éves összköltsége az alkalmazott technológia függvényében 500-600 ezer forint közül alakul. Kiemelnénk, hogy a telepítés költségeinek több mint harmadát adja a szaporítóanyag, azonban a támogatások csak akkor vehetőek igénybe, ha ültetvény telepítéséhez kizárólag engedélyes termelő által előállított minősített szaporítóanyagot használnak fel a termelők. Telepítéskor, amennyiben kevésbé fejlett gépi technológia áll a gazdálkodó rendelkezésére jelentősebb a szezonális munkaerő bérköltsége. Már az első évben is számolhatunk a betakarítás és szállítás költségeivel. A fűz letermelésének hatékony és elterjedt változata az úgynevezett járvaszecskázó gépekkel történő betakarítás. Előnye, hogy a gép egy menetben végzi az aprítást és a szállítóeszközre való felrakodást. A betakarítógép beszerzési ára mellett az üzemméret függvényében érdemes a letermeléshez bérmunka szolgáltatást igénybe venni. Az apríték elszállítása szintén jelentős költségtényezőként jelentkezik, így a felvásárló energetikai üzem távolsága alapvetően meghatározhatja a termelés rentábilitását. Az első vágást követő években viszonylag alacsony általános ápolási költségekkel kell kalkulálnunk. Az első évben a támogatások ellenére is meghaladják a költségek a bevételeket, így veszteséggel kell számolni. A következő években viszonylag alacsony ráfordítás mellett magas jövedelemszint érhető el. 30 t/ha-os hozam mellett 300- 350 Mezőgazdasági Technika, 2010. január

ezer forint közötti jövedelemmel lehet számolni, amit a szállítás költsége nagymértékben befolyásol. Az első három év átlagjövedelme kalkulációim alapján 85-125 ezer forint közötti, ami a következő években tovább nő. A jövedelmek vizsgálatait összegezve, a beruházás megtérülése megfelelő feltételek mellett, biztonsággal a harmadik évtől várható. Következtetések Az energetikai faültetvények, így az energiafűz termesztése is megoldást kínál a bioenergetikai alapanyag előállításban. Az apríték égetési szempontból kedvező tulajdonságokkal rendelkezik, alacsony hamutartalmú, 18 MJ/kg körüli fűtőértékű, szállítása és tárolása egyszerű. Az energetikai fejlesztéseknek köszönhetően a megfelelő biomassza blokkokkal rendelkező hazai hőerőművek és távhőszolgáltatók stabil felvevőpiacként jelentkeznek. Mezőgazdasági szempontból a fűz termesztés előnye, hogy a kedvezőtlen adottságú, magas vízállású területeken telepíthető. Jól kihasználható a már meglévő mezőgazdasági gépbázis a termesztésben, és a telepítési munkálatok során lehetőség van szezonális munkaerő alkalmazására. Tápanyagszükséglet kielégítésekor érdemes figyelembe venni, hogy a rövid vágásforduló, a magas nitrogénigény és a vízpárologtató képesség révén az energiafűz ültetvények jelentős dózisban terhelhetők a mezőgazdaságban veszélyes melléktermékként jelentkező hígtrágyával, valamint ha lehetőség van rá az égetés során fennmaradó hamu visszajuttatásával további tápanyagot biztosíthatunk az ültetvénynek. Jövedelmezőségi viszonyok tekintetében az energiafűz telepítésének megtérülése a harmadik évtől várható és a további években viszonylag alacsony ráfordítások mellet biztos jövedelemszint érhető el. Irodalom [1] Bai A., Sípos G. (2007): A hagyományos erdők és az energetikai faültetvények sokrétű jelentőség. www.erdeszetilapok. hu [2] Bai A.,Ivelcsics R., Marosvölgyi B. (2006): A rövid vágásfordulójú nemesnyárból előállított apríték gazdasági vonatkozásai www.zoldtech.hu/cikkek/20061228nemesnyar [3] Fogarassy Cs. (1999): Energianövények termesztésének fontosabb összefüggései magyarországon. Small-scale biomass burning, Gödöllő [4] Stehlik (2004): Milyen szennyvízelvezetést és tisztítást válasszak az adott településen, különös tekintettel a szennyvíz hasznosítására. [5] Szajkó G. Et. All. (2009): Erdészeti és ültetvény eredetű fás szárú energetikai biomassza magyarországon. Budapesti Corvinus Egyetem Regionális Energiagazdasági Kutatóközpont műhelytanulmány, 2009-5 [6] 110/2003 (x.21.) Fvm (2003): Rendelet az erdészeti szaporítóanyagokról [7] 45/2007 (vi.11.) Fvm (2007): Rendelet a fás szárú energetikai ültetvények telepítésének engedélyezése, telepítése, művelése és megszüntetése részletes szabályairól, valamint ezen eljárások igazgatási szolgáltatási díjáról [8] 72/2007. (vii. 27.) Fvm (2007): Rendelet az európai mezőgazdasági vidékfejlesztési alapból a rövid vágásfordulójú fás szárú energiaültetvények telepítéséhez nyújtott támogatás igénybevételének részletes feltételeiről [9] Központi Statisztikai Hivatal adatbázisa (2009): energiamérleg (1990-) http://portal.ksh.hu/pls/ksh/docs/hun/ xstadat/xstadat_eves/tabl3_08_01i.html

47


Biogas in Slovenia Tomaž Poje Agricultural Institute of Slovenia, Department of Agricultural Engineering • [email protected]

In Slovenia already exist and are under construction a greater number of agricultural biogas plants. They utilize slurry as basic substrate and energy crops for higher recovery of biogas. A growing number of biogas plants have developed mainly on account of a relatively favourable feed-in tariff system. Biogas production in Slovenia is limited to 70 MWe with regard to agricultural production potential Slovenia. Key words: agricultural, biogas, state, potential of biogas, feedin tariff, Slovenia Introduction Slovenia has the same requirements in the field of renewable energy sources as other countries of the European Union. One part of these requirements may be solved by the use of biogas. There already exist and are under construction a greater number of agricultural biogas plants in Slovenia utilizing slurry as basic substrate and energy crops for higher recovery of biogas. A growing number of biogas plants have developed mainly on account of a relatively favourable feedin tariff system. State of biogas production in Slovenia In Slovenia we have six wastewater treatment plants (WWTP) with biogas production: Domžale-Kamnik, Kranj, Ptuj, Škofja loka, Velenje and Jesenice. Under construction are some new devices on central treatment plants. The total electric power is 2.1 MW. We have also three landfill sites of municipal waste – with landfill gas production: Ljubljana, Maribor and Celje. The total installed electrical power of all devices is 3.5 MW. By the establishment of more appropriate purchase prices and premiums for qualified producers of electricity after 2002 the Government of the Republic of Slovenia spurred the construction of agricultural biogas plants. In addition to slurry, they use other substrates, mainly energy crops that have a good recovery of methane or biogas. Biogas plants must acquire the status of qualified electricity producers. Any such qualified electricity producer received the payment according to a single annual price of 120.89 EUR per MWh Figure 1: Map of agricultural biogas plants in Slovenia, the state of October 2009

of electricity produced. He was also entitled to a single annual premium, which was 68.51 EUR per MWh of electricity produced. These figures are from 15 October 2008 for the year 2008 (old degree). In the year 2008 the association of biogas producers was founded in Slovenia. This association of biogas producers gave several suggestions to Ministry of the Economy for new degree - new support schemes for biogas production. Since the school year 2009/2010 there has been a new professional (standard) module (course) “Operator of Biogas Plant” introduced in the biotechnical (agricultural) schools in Slovenia. Agricultural potential for biogas production Agricultural potential for biogas was calculated from livestock manure (cattle and swine manure (slurry), chicken manure, manure) and from plant biomass (stubble and main crops on arable land, permanent pasture). There were three different models of calculations (scenarios). Scenario 1: The least interference with the primary agricultural production. Scenario 2: Increased livestock productivity and changes in dietary habits of people. Scenario 3: It is more advantageous for farmers to sell the plant biomass for biogas than for human food or animal feed potential of biogas from agriculture Table 1: Agricultural potential of biogas production depend on different scenarios Potential of biogas

Scenario 1 45,1 MW

Scenario 2 61,7 MW

Scenario 3 78,1 MW

The largest share of potential can be found in the Pomurje, Podravje and the Central Slovenian Region A greater number of biogas plants with the total power of more than 30 MW are being built, designed and located at present. Currently, we have biogas only to produce electricity and heat. Biogas may also be used as motor fuel in vehicles or in the distribution of natural gas pipelines. Support for electricity produced in biogas plants – the feed-in tariff system One of the tasks of Ministry of the Economy, Directorate for Energy is establishment of a legal framework for promoting the use of renewable sources. In the year 2009 there are new support schemes for electricity generated from renewable energy sources (valid from 1.11.2009). In this Decree the following issues are laid down: – the types of energy technologies for production plants generating electricity from renewable energy sources

48



(hereinafter: RES generating plants) which can receive support, – the classification of RES generating plants that can receive support into size categories, – a detailed definition of support, – the method of determining reference costs of generating electricity from RES, – the method of determining prices for guaranteed purchase of electricity produced in RES generating plants, – the method of determining the level of support provided as operating aid for the current operation of RES generating plants, – the conditions for obtaining support, – the way of obtaining support, – the way of receiving support – and other issues associated with the support for electricity generated from RES. Biomass that can be used for electricity production receiving support broken down by source – B 1 Energy crops – Energy crops are wood or non-wood crops grown specifically for energy purposes – B 2 Biodegradable fraction of products, residues and waste. This category includes biodegradable fraction of products, residues and waste from agriculture, including plant and animal substances. – C 1, C 2 Biodegradable municipal and industrial waste. Biodegradable municipal and industrial wastes are biodegradable fractions of industrial and municipal waste, which are allowed to be used of energy purposes pursuant to regulations on the waste management. Table 2: RES generating plants shall be divided into

1. 2. 3. 4.

Size category of generating plant Micro Small Medium Large

Table 3: Reference costs in RES generating plants using biogas obtained from biomass1 Reference costs cover the generation of electricity from biogas produced from biomass that presents more than 75% of volume of sources B1, B2 Fixed part Variable part Total Size category of of reference of reference reference generating plant costs costs costs (EUR/MWhel) (EUR/MWhel)2,3 (EUR/MWhel) Micro 118,72 41,33 160,05 (up to 50 kW) Small 111,75 44,00 155,76 (up to 1 MW) Medium 96,18 44,59 140,77 (up to 10 MW) 1. Reference costs at generating plants using biogas through the use of one or more types of substrate. 2. The variable part of reference costs shall be adjusted annually or more frequently based on the forecast reference market prices of maize silage substrate. 3. Variable costs for year 2009 Table 4: Reference costs in RES generating plants using biogas obtained from biodegradable waste. Reference costs cover the generation of electricity from biogas produced from biodegradable waste that contains more than 25% of volume share of sources C1, C2 Fixed part Variable part Total Size category of of reference of reference reference costs costs generating plant costs (EUR/MWhel) (EUR/MWhel)1 (EUR/MWhel) Micro / (up to 50 kW) 139,23 139,23 Small / (up to 1 MW) Medium 129,15 / 129,15 (up to 10 MW) 1. The variable part of reference costs, which depends on generated MWh, shall be ignored for the purposes of this Decree

Nominal electrical capacity < 50 kW < 1000 kW 1 – 10 MW over 10 up to 125 MW

Support for electricity produced in RES generating plants comprises: 1. Guaranteed purchase of electricity (hereinafter: guaranteed purchase). Pursuant to this support, irrespective of the price of electricity on the market, the Centre for RES/CHP Support buys all the acquired net electricity produced, for which the RES generating plant has received guarantees of origin, at guaranteed prices set out in this Decree; 2. Financial aid for current operations (hereinafter: operating support). This support is allocated for net electricity generated for which a guarantee of origin has been received and which RES electricity producers sell themselves on the market or use for their own consumption, provided that the costs of producing this energy are greater than the price that can be obtained for it on the electricity market. The variable part of reference costs shall be adjusted annually or more frequently based on the Energy Agency’s forecast reference market prices of energy. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

With regard to the RES used and the size category of the RES generating plant, the guaranteed purchase prices are identical to the reference costs, and comprise two parts: 1. The fixed part of the guaranteed purchase price is identical to the fixed part of the reference costs, and does not change throughout the duration of the contract on guaranteed purchase; 2. The variable part of the guaranteed purchase price is identical to the variable part of the reference costs, where this is determined, and is adjusted annually or more frequently upon publication of the reference prices of fuel. Operating support shall be determined by deducting from the total reference costs for an RES generating plant and size category, which are adjusted annually or more frequently depending on the reference costs of fuels, the price that electricity from the RES generating plant could obtain on the electricity market. There is also a novelty in the decree bonus – extra pays (supplement). Where the annual useful heat deployment exceeds 15% of the input biogas energy, the biogas plant shall be eligible to supplement in the amount of 10% of operating support for this biogas plant. Heat from biogas plants used for obtaining biogas shall not be deemed to be useful heat. 49


Table 5: Operating support for electricity from RES generating plants using biogas obtained from biomass Size category of generating plant Micro (up to 50 kW) Small (up to 1 MW) Medium (up to 10 MW)

Operating support (EUR/MWhel) 102,85 96,61 80,79

Table 6: Operating support for electricity from RES generating plants using biogas obtained from biodegradable waste Size category of generating plant Micro (up to 50 kW) Small (up to 1 MW) Medium (up to 10 MW)

Operating support (EUR/MWhel) / 80,08 69,35

Where manure and slurry represent annually more than 30% of the volume of substrate for obtaining biogas, the biogas plant shall be eligible to supplement in the amount of 10% of operating support for this biogas plant. Where manure and slurry represent annually more than 70% of the volume of substrate for obtaining biogas, the biogas plant with nominal electrical capacity of up to 200 kW shall be eligible to supplement in the amount of 20% of operating support for this biogas plant. Conclusion The number of biogas plants in Slovenia has grown substantially over the past few years. In spite of all environmental and climatic advantages that they bring with them an appropriate feed-in tariff is relevant for their development. This is rather favourable at present for investments in agricultural biogas plants. However, with regard to its size and agricultural production potential Slovenia is limited to 70 MW.

50

Literature [1] POJE, Tomaž, JEJČIČ, Viktor. Stanje i perspektive na području poljoprivrednih bioplinskih postrojenja u Sloveniji = The situation and perspective in the field of agricultural biogas plant in Slovenia. V: KOŠUTIĆ, Silvio (ur.). Aktualni zadaci mehanizacije poljoprivrede : zbornik radova 37. Međunarodnog simpozija iz područja mehanizacije poljoprivrede, Opatija, 10.-13. veljače 2009 : proceedings of the 37. International Symposium on Agricultural Engineering, Opatija, Croatia, 10.-13. February 2009. Zagreb: Sveučilište u Zagrebu, Agronomski fakultet, Zavod za mehanizaciju poljoprivrede, 2009, str. 241-246 [2] POJE, Tomaž. Legal situation concerning the energy policy in the south-eastern Europe : Regulation of the purchase of electricity generated from renewable energy sources : predavanje na konferenci Biomasse in Sűdosteuropa, Berlin, 29. okt. 2009. 2009. [3] POJE, Tomaž. Utilizaton of biomass in the south-eastern Europe – current situation and perspectives : Situation and perspectives in the utilization of biodiesel, plant oil and biogas in Slovenia : predavanje na konferenci Biomasse in Sűdosteuropa, Berlin, 29. okt. 2009. 2009. [4] http://www.mg.gov.si/si/delovna_podrocja/energetika/ sektor_za_razvoj_energetike/nova_podporna_shema_ proizvodnji_elektricne_enrgije_iz_ove_in_spte/ [5] Magó László., Hajdú József, Fenyvesi László: Biomass Potential from Agriculture in Hungary, Journal of Scientific Society of Power Machines, Tractors and Maintenance “Tractors and Power Machines”, Novi Sad, Serbia. Vol. 14. No. 1., p. 15-21. 2009



Possibility of exhaust gas emissions reduction by using biodiezels M. Tomic, L. Savin, T. Furman, R. Nikolić, M. Simikić Faculty of Agriculture in Novi Sad, Novi Sad, Serbia • [email protected]

The reduction of natural resources of fossil origin, significant environmental pollution and political instability of most oil exporters contributed to the necessity of finding solutions for their substitution with some other alternative fuels. There is a number of undesirable substances which could be found in the products of SUS engine combustion: carbon monoxide, Nitric Oxides (NOx), uncombusted carbon hydrogens CH , coke particles (soot, black smoke), fragrant substances, lead, sulphur compounds. With the aim of identifying the influence of different fuel types on the change of exhaust gas emissions, there were investigations of standard fuels of fossil origin (D-2 and Euro Diesel), biodiesel and their mixtures (D-2 fuel containing 50 and 20% of biodiesel, Euro Diesel containing 50 and 20% of biodiesel) that were carried out at the Faculty of Agriculture in Novi Sad, Department for Agricultural Engineering. The investigations were conducted at different revolutions (r.p.m.) and different engine loads. Keywords: fuel, exhaust gas, emissions Introduction For many years, liquid fossil fuels have been primary and most dominant fuels for drive mobile machines. The development of mobile machines was predominantly based on the use of these fuels, so any expectations about stopping this trend of development in the following period would be unreasonable. However, the reduction of available resources of oil that is fossil in origin, a significant environmental pollution caused by excessive exploitation of oil products (causing greenhouse effect), as well as political instability of most major oil exporters, led to the necessity of finding solutions for their substitution with some other alternative fuels. Oil and its derivatives are extremely phytotoxic, so the pollution caused by these organic liquids could induce considerable damage to the nature, which is directly reflected on the production of safe food. Biomass is probably the oldest energy source which can be used in its unchanged state, but also in its gas or liquid state, after technological processing. Biodiesel, bioethanol and biogas are ideal substitutes for oil derivatives, and they require only small or even no alterations of the existing engines. Use of these fuels directly influences the reduction of CO2 emissions from transport fuel combustion, which will have reached 1.113 millions of tons by the year 2010. The ’’Kyoto Protocol’’, so far ratified by 120 countries in the world, predicts the necessity of providing conditions for the preservation of the environment (by the year 2010, level of the emitted CO2 should be reduced to the level that was present in 1990) which would lessen the greenhouse effect that results in global warming of the atmosphere. In that regard, the European Union regulations obligate its members to secure an increase of the bio fuel level in transport fuels, which was 2% in 2005, and should be at least 5,75% in 2010. Biodiesel is an energy-generating product composed of fatty acid methyl esters of plant or animal origin. Brkić (2005) stated that during the production and processing of rapeseed oil for gaining 1kg of biodiesel, total emission of gases relevant to climatic conditions is 1,42 kg. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

The amount of the same gases, during the production of 1 kg of diesel of fossil origin, is 4,4 kg. Therefore, the production of biodiesel fuel could be regarded as ecologically clean technology. Material and method Investigation of the exhaust gas emissions was carried out by simultaneous observation of tractors running on biodiesel, standard fossil fuel (D-2 and Eurodiesel), and their mixtures, obtained by blending 20 and 50% of biodiesel into standard fuels. Investigation of quality of the used fuels was performed by reference Laboratories: ‘Jugoinspekt Novi Sad ‘ (D-2 and Eurodiesel), Laboratory for Soil and Agroecology at the Institute of Field and Vegetable Crops, Novi Sad (Biodiesel), and SP Laboratorija AD, Bečej (Biodiesel). The results of the investigated fuels showed that biodiesel quality was in accordance with EN 14214 standard, and D-2 and Eurodiesel quality with SRPS EN 590 standard. The investigation was carried out on MTZ 1025 tractor. The investigated MTZ 1025 tractor had four-cylinder engine D-245 with engine number 161365. The Number of working hours before the investigation was 1520 mh, and registration number was KI 6356. Nominal engine power is 77kW (105 HP), at 2200 r.p.m. Engine volume is 4750 cm3. The maximum torque is 375 Nm, while reserve torque is 20%.

Figure 1: The investigated MTZ 1025 tractor

51


be placed somewhere in the middle of the scale. Allowed maximum content of this compound is 50mg/m3 in the work environment, and 4,4 mg/m3 in the living environment. The diagram shows variations in carbon monoxide content in the combustion products of MTZ 1025 tractor, at different numbers of engine revolutions and during the combustion of different fuel types (Fig. 3). It can be observed from the diagram that at maximum number of engine revolutions 2250 r.p.m. the content of carbon monoxide is 0,03% during biodiesel combustion, which is 33% less than the content of carbon monoxide emitted during the fossil fuel combustion (D-2 and Eurodiesel). Figure 2: Gas analyzer produced by TRC, Novi Sad

Investigation of the exhaust gas emission was performed at different numbers of revolutions and specified operating regime of engine (engine load). The investigation was performed by gas analyzer produced by TRC, Novi Sad (Fig. 2). The following parameters were included in the investigation: – Content of coke particles ( smokiness – opacity) – Content of carbon monoxide – Content of carbon dioxide Results and discusions The products of SUS engine combustion contain various undesirable ingredients: carbon monoxide CO, nitric oxides NOx, non-combusted carbon hydrogens CH, coke particles (soot, black smoke),fragrant substances, lead, sulfur compounds. Depending on the engine type, operating regime and regulations, 1 ton of fuel combusted in an engine can produce exhaust gases containing 150-180kg of CO, 7.5-40 kg of NOx and 30-100kg of CH. Torović (1993) presented similar data, indicating that during the combustion of 1kg of diesel fuel (fossil in origin) releases 80-100g of toxic matter (CO=20-30 g, NOx= 20-40 g, CmHn=4-10 g, SOx=10-30 g, soot 3-5 g, and aldehydes 0,8-1,0 g). In soil pores, oil derivatives and products of SUS engine combustion can be present in an independent liquid phase, or in the form of vapour. They can also be attached to soil particles, dissolved in the soil solution or underground waters, or they can be present in the form of floating drops. All the above mentioned compounds in the soil, cause reduction of biological activity, disorder in the number of different microorganisms, heavy metal pollution, salinity increase, alkalization and acidification, which all have consequences for the food safety. In the case of incomplete carbon combustion in the fuel, due to lack of oxygen in the combustion chamber, carbon monoxide occurs in the combustion products. The richer the mixture, the higher CO content in the combustion products. CO is a gas without colour or scent. Instead of oxygen, it gets attached to red blood cells in the lungs, thus reducing the oxygen level in an organism, and therefore, is extremely dangerous. According to its toxicity, carbon monoxide could 52

Figure 3: The content of carbon monoxide in the combustion products of MTZ 1025 tractor during the combustion of different fuel types (%)

It is said that biodiesel closes the circle of CO2 emission and consumption, since practically all the amount of CO2 emitted into the atmosphere during biodiesel combustion is later spent on the growth and development of plants which are used for biodiesel production. This secures the reduction of greenhouse effect. Namely, the combustion of 1 ton of fossil diesel emits around 2,8 tons of CO2 into the atmosphere. The combustion of the same amount of biodiesel fuel emits 2,4 tons of CO2 into the atmosphere (Jelena Mitrović, 2006 ). Comparative researches of the content of exhaust gases from the engines using biodiesel and those using fossil diesel fuel, showed no significant difference in the CO2 emission (Brkić 1995., Riva 1994., Tešić 1994., Tica 2006.). Diagram shows variations in the emitted carbon dioxide combusted by different fuel types in MTZ 1025 tractor and at different numbers of engine revolutions (Fig. 4). It can be seen from the diagram that there is no significant difference in the emitted content of carbon monoxide combusted by different fuel types. Of all the aspects of diesel engine toxic emission, smoke is the most obvious one, considering the fact that its presence is immediately detected. Smoke particles basically represent carbon in the form of soot, which is attached to different organic and non-organic compounds developed during the Mezőgazdasági Technika, 2010. január


process of combustion. These compounds give particles toxic features. The size of smoke particles ranges from 0,1 to 300μm, but most of them are smaller than 1μm. Black smoke is comprised of extremely tiny particles that are smaller than 1μm in size and have the ability to change the optical properties of exhaust gases. The methodology of the black smoke measurement is based on this ability. The operating principle of opacimeter is based on sending the light beam through the gas that is being measured, and measuring the amount of light that reaches a particular receiver.

– Level of carbon dioxide emission was equal during both biodiesel and fossil fuel combustion – In comparison to fossil fuels, soot particles emission was on average 65% lower during the biodiesel combustion.

Figure 5: Exhaust gases opacity for some fuel types, at different numbers of engine revolutions

Figure 4: Content of carbon dioxide in the combustion products of MTZ 1025 tractor, during the combustion of different fuel types (%)

Standard opacimeters measure the absorption coefficient K (m¯¹). In our country, the allowed limits for values of absorption coefficient are K=3,22m¯¹ for vehicles of up to 73,5 kW, and K=2,44m¯¹ for vehicles over 73,5 kW. The diagram shows changes of the absorption coefficient for different fuel types, depending on the number of engine revolutions (Fig. 5). It can be observed that in the range of 1600 r.p.m., the amount of the emitted soot particles in combustion products is equable. With the increase of number of engine revolutions, the amount of the emitted soot particles is approximately 61% lower during biodiesel combustion than during fossil fuel combustion. Low contents of soot particles and carbon monoxide emitted during biodiesel combustion signify more complete combustion than it is the case with fossil fuels. Analyzing carbon monoxide content in combustion products, under engine load higher than 30kW, it was concluded that biodiesel combustion releases 53 and 10% less gas than D-2 and eurodiesel respectively. All the investigated fuel types had carbon dioxide content that was in range of 4-4,7%. The smokiness measured for biodiesel was 10% lower in comparison to D-2 fuel, and 16% in comparison to eurodiesel. Conclusions On the basis of the conducted researches of the exhaust gas emissions, the following conclusions could be drawn: – In the engine combustion products, carbon monoxide emission is on average 23% lower in comparison to fossil fuels Mezőgazdasági Technika, 2010. január

References [1] Brkić M.: Ekološki značaj biodizela, poglavlje u monografiji Biodizel alternativno i ekološko tečno gorivo, Poljoprivredni fakultet Novi Sad, 2005. [2] Riva G.: Experimental results in different vegetable oils utilization for diesel engines , Proceedings XII World Congres on agriculture engineering, CIGR, Vol. 1, Milano, 1994. [3] Tešić M., Martinov M.: Biodizel gorivo iz poljoprivrede za poljoprivredu, časopis Poljotehnika, No 2, Zemun, 1994. [4] Tica S., Lazarević S., Mišanović S.: Perspektive korišćenja biodizela u vozilima za javni gradski prevoz, časopis Traktori i pogonske mašine, Vol. 11, No 1, Novi Sad, 2006. [5] Mitrović Jelena, Janković V.: Ekološki aspekt proizvodnje i korišćenja biodizela, , časopis Traktori i pogonske mašine, Vol. 11, No 1, Novi Sad, 2006. [6] Tomić M., Furman N., Nikolić R., Savin L., Simikić M.: Potencijalna sirovinska baza za proizvodnju biodizela u Srbiji, časopis Traktori i pogonske mašine, Vol. 11, No 1, Novi Sad, 2006. [7] Živković M.: Motori sa unutrašnjim sagorevanjem – I deo – teorija motora , Mašinski fakultet, Beograd, 1988. [8] Magó L.., Hajdú J., Fenyvesi L.: Biomass Potential from Agriculture in Hungary, Journal of Scientific Society of Power Machines, Tractors and Maintenance “Tractors and Power Machines”, Novi Sad, Serbia. Vol. 14. No. 1., p. 15-21. 2009 [9] Nikolić R., Furman T., Savin L., Tomić M., Simikić M., Gligorić Radojka: Ispitivanje energetskih karakteristika, emisije izduvnih gasova i potrošnje goriva traktora na priključnom vratilu sa standardnim dizel i biodizel gorivom, Studija izvodljivosti, Poljoprivredni fakultet Novi Sad, 2008. 53

Környezetkímélő növényvédelem és növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek - KÖSZÖNTŐ

A növényvédelmi gépek fejlődése az utóbbi évtizedekben jelentős változásokon ment keresztül. Az egyre fejlettebb, hatékonyabb eszközök előállítását több tényező indukálta, így például a környezetvédelmi kritériumok és a költségtakarékosság. Napjainkban az Európai Unió agrárpolitikájának is fontos részévé vált a fenntartható gazdálkodási formák elterjesztésének ösztönzése. A konvencionális termeléshez képest az integrált és az ökológiai gazdálkodás esetén szigorúbbak az előírások, amelyek a növényvédelemre is vonatkoznak. Ez nemcsak a növényvédő szer hatóanyagok felhasználásának korlátozását jelenti, hanem a kijuttatás minőségét is. A korszerűbb magajáró, vagy tartályos növényvédő gépek alkalmazásával a feleslegesen kijuttatott permetlé mennyiségének csökkentésével nemcsak a termelési költségek csökkentése érhető el, de a környezet szennyezésének mértéke is egyre inkább kisebbé válik. A manuális növényvédő szert kijuttató kezdetleges eszközöktől a globális helymeghatározó rendszert igénybevevő korszerű gépekig nem csak az eszközállomány nagymértékű változása következett be, hanem a gazdálkodással kapcsolatos számítások is. A korábban említett integrált és ökológiai gazdálkodáson túl a fenntartható termelés potenciális eszköze az alacsony ráfordítású, úgynevezett precíziós gazdálkodási rendszer, ahol a gazdálkodás alapelveiből származóan is nagy jelentősége van a korszerű eszközök, beleértve a növényvédelmet is, alkalmazására. A növényvédelemről szóló végrehajtási rendelet a kijuttató eszközök forgalmazására és műszaki állapotának időszakos felülvizsgálatára vonatkozó előírások is jelentős mértékben hozzájárulnak a környezetkímélő növényvédő szer kijuttatáshoz. Hiába volnának ugyanis azok az erőfeszítések, amelyek a környezetkímélő gazdálkodási formák elterjesztését szolgálnák, ha a kijuttató eszközök rossz műszaki állapota következtében felesleges permetlé kerül a környezetbe. Ez a konferencia nemcsak a hozzáértő szakemberek, hanem a társadalom szélesebb növénytermesztéssel foglalkozó rétegének e téma jelentőségére hívja fel a figyelmét. Egy kis odafigyeléssel, önképzéssel, ilyen és hasonló rendezvények látogatásával a termelési ráfordítások csökkenthetők és ez a gazdálkodáshoz szükséges anyagok (tápanyag-utánpótló és növényvédő szerek) viszonylag magas áraihoz képest nem elhanyagolható szempont. A mezőgazdasági termelés korszerű és ésszerű megvalósítása legyen a jövőben is a cél és ehhez az intézet munkájára, úgyis, mint hazánkban egyedülálló szakmai háttérrel és eszközállománnyal rendelkező kutatóbázis, továbbra is nagy szükség lesz. Üdvözlettel:

Dr. Lucskai Attila vezető főtanácsos Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium Élelmiszerlánc-felügyeleti Főosztáy

54


Környezetkímélő növényvédelem és növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek

Technikai újdonságok, növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek Kalmár Imre Szolnoki Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Fakultás, Mezőtúr • [email protected]

A különböző hazai és külföldi permetezőgép vizsgálatainkat már több mint tíz éve elkezdtük. A legutóbbi OTKA projektünk száma: T-042594, a címe: „A növényvédő szer kijuttatás csökkentésének alkalmazástechnikai lehetőségei”. A különböző ültetvényekben elvégzett vizsgálatok kimutatták az új, korszerű technológiai módszerek előnyeit a hagyományos permetezőgépekhez képest. A modern technológia alkalmazása kedvezőbb növényvédő szer lerakódást eredményezett a célfelületen – hasonló mennyiségű növényvédő szer kijuttatás esetén – mint a hagyományos permetezőgép. A fedettség alacsonyabb permetlé dózis kijuttatás mellett is megfelelő volt, így lehetőség nyílik csökkentett növényvédő szer dózissal is eredményesen elvégezni a permetezést. Bevezetés Az emberiség egyre növekvő élelmiszerszükséglete és a szélsőséges klimatikus viszonyok által is romló termésbiztonság miatt valószínűleg még sokáig szükség lesz vegyszeres növényvédelemre. Mára azonban a fenntartható fejlődés elvének megfelelően a növényvédelem követelményrendszere is átalakult: a lehető legkisebb környezeti terhelést okozva a szükséges minimális mennyiségű hatóanyag kibocsájtással kell elvégezni a permetezést. A korszerű kijuttatás-technikai eszközökkel a hagyományos kijuttatási módokhoz képest esetenként 30-50 % vegyszer is megtakarítható. A környezetkímélő üzemmód, a jelentős növényvédő szer és egyéb költség megtakarítás ellenére azonban az tapasztalható, hogy a korszerű, vegyszertakarékos, környezetkímélő növényvédelmi technológiák a hazai gyakorlatban széleskörűen nem terjedtek el. A téma jelentőségét látva a Szolnoki Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Fakultásán már közel két évtizede megkezdtük a korszerű, környezetkímélő növényvédelmi technológiák elterjesztését megalapozó vizsgálatokat. Legutóbb a T-042594 számú, „A növényvédő szer kijuttatás csökkentésének alkalmazástechnikai lehetőségei” című OTKA pályázat keretében 4 évig végeztünk vizsgálatokat különböző kialakítású hazai és külföldi gyártású permetezőgépekkel. A kutatómunka célkitűzése: az adott szabadtéri körülmények között alkalmazástechnikai szempontból jelentős célfelületi permet-lerakódási különbséget eredményező technológiák feltárásával elősegíteni a vegyszertakarékos, környezetkímélő növényvédelmi technológiák hazai elterjedését. A vizsgálati anyag és módszer A projekt keretében több hazai gyártmányú ültetvénypermetezőgép munkáját is összehasonlítottuk. A projektünkben a vizsgálatokat az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézetének az ültetvény-permetezőgépek munkaminőségi vizsgálatára vonatkozó házi szabványai szerint végeztük. A permetfedettségi vizsgálatok menete: 1. vizsgálati körülmények rögzítése 2. a vizsgált gépek bemutatása 3. a célfelület, ültetvény leírása, 4. a gépbeállítási paraméterek rögzítése Mezőgazdasági Technika, 2010. január

5. a vízérzékeny tesztlapok kihelyezése 6. permetezési munkaművelet elvégzése 7. a tesztpapírok begyűjtése 8. a fedettségi jellemzők meghatározása 9. a vizsgálati eredmények értékelése A levél és papírminták alapján meghatározható anyaglerakódási és fedettségi vizsgálatok is az FVM MGI-ben lettek elvégezve. Az elvégzett vizsgálatok főbb eredményei A vizsgálatok során arra a kérdésre kerestük a választ, hogy az ültetvényekben elterjedten alkalmazott axiálven tilátoros permetezőgépekhez képest valamilyen technikai újdonságot alkalmazó gépek nyújtanak-e lehetőséget a növényvédő szer megtakarításra. Ha kevesebb hatóanyag kijuttatással is megvalósítható az elvárt hatóanyag lerakódás vagy fedettség, akkor lehetőség nyílik a gyakorlatban a csökkentett hatóanyag dózissal történő permetezésre. Fedettségi vizsgálatok végzése alma gyümölcsön A korszerű növényvédő gépek hazai elterjesztését a múltban elsősorban a hazánkban elterjedten alkalmazott axiálventilátoros ültetvénypermetező gépek és pneumatikus porlasztásos, elektrosztatikus cseppfeltöltő rendszerrel is ellátott permetező gépek munkaminőségi jellemzőinek vizsgálatával alapoztuk meg. A korábbi vizsgálatok a tesztlapok és begyűjtött levélminták alapján meghatározott fedettségi vizsgálatok voltak, a védekezés időszaka azonban a gyümölcs leszüreteléséig is kiterjedhet. A fedettségi vizsgálatokat ezért alma mintákon is elvégeztük. A permetezőgépek munkája közötti különbség érzékeltetésére fluoreszcens festékanyagot kevertünk a permetlébe és a próbapermetezés után begyűjtött levél- és gyümölcsminták alapján határoztuk meg a fedettséget. Az elektrosztatikus cseppfeltöltéses permetezés és a hagyományos hidraulikus cseppképzéses technológia alkalmazásának az eredménye az 1 és 2. ábrákon láthatók. A kijuttatott folyadékdózis elektrosztatikus permetezéskor 300 dm3/ha, míg hagyományos kijuttatáskor a gyakorlatban szokásos 1000 dm3/ha volt, aminek eredménye túlfedés az almákon a lombozat külső részén és fedetlenség a lombkorona belsejében. A 12 lombkorona metszetből vett 55


két-két alma minta sorozaton meghatározott fedettségi értékek átlaga a 3. ábrán látható.

3. ábra: Fedettségi értékek alakulása alma gyümölcsön töltés nélküli (hagyományos) és elektrosztatikus cseppfeltöltéses permetezéskor Figure 3: Change of coverage values on apple in the course of traditional and electrostatical drop charging spraying 1. ábra: A fedettség alakulása alma gyümölcsön hagyományos permetlé kijuttatáskor Figure 1: The coverage on apple in case of traditional spraying

2. ábra: A fedettség alakulása alma gyümölcsön elektrosztatikus cseppfeltöltéses permetezés esetén Figure 2: The coverage on apple in case of electrostatical spraying

Az almán meghatározott fedettség értékek 18,5 %-ról 25,8 %-ra változtak az elektrosztatikus cseppfeltöltés hatására. Figyelembe véve, hogy a vizsgálatot még almaszüret előtt végeztük, a célfelületen meghatározott szignifikáns permetlerakódás-növekedés különösen jelentős. Elektrosztatikus cseppfeltöltéses és alagút permetezőgép vizsgálata szőlő ültetvényben A vizsgálatokba bevont MARTIGNANI B-612 típusú permetezőgép az elektrosztatikus cseppfeltöltés által tud a hagyományos gépekhez képest nagyobb célfelületi fedettséget elérni, a LIPCO alagút permetezőgép pedig a felfogó felületeinek segítségével nem engedi elsodródni a permetcseppeket, a felületén összegyűjti azokat és visszajuttatja a permetlé tartályba. A 6 lombkorona szektorból származó 56

10-10 reprezentatív levélminta metszetek szín és fonák oldaláról lemosott, fajlagosan lerakódott jelzőanyag mennyiséget a 4. sz. ábrán láthatjuk. A 4. sz. ábra alapján megállapítható, hogy az anyaglerakódás mind a 6 vizsgált lombozati szegmensben mindkét permetezőgép esetében megfelelően egyenletes (18-34 ng/cm2) volt. Különösen figyelemre méltó, hogy a lombozat belsejében (3. szegmens) is kielégítő mértékű anyaglerakódást mértünk. A Martignani permetezőgéppel elvégzett munka alacsonyabb permetlé dózissal is jellemzően nagyobb fajlagos célfelületi hatóanyag lerakódást eredményezett. A fedettség vizsgálati eredményekből a fonákoldali eredményeket részletezve megállapítható, hogy a Martignani géppel, elektrosztatikus cseppfeltöltéssel egy lombkorona szegmens kivételével elérhető volt a min. 10 %-os elvárt átlagos fedettség, míg a LIPCO alagút permetezőgép esetén csak a lombozat felső szintjén (5. ábra). A magasabb fonákoldali fedettség azért is jelentős, mert a kórokozók és kártevők jellemzően a levelek fonákoldalán fordulnak elő. A szín/fonák fedettségi arányok a Martignani permetezőgépnél az alsó lombkorona szint kivételével 1 alatt maradtak, ami kivételesen kiváló érték, a LIPCO permetezőgép esetén viszont jellemzően meghaladták a 2-es értéket, mely csak közepes szintnek felel meg. Növényvédő szer megtakarítási lehetőségek növényérzékelő alkalmazásával A gyakorlatban a gyümölcs ültetvényekben sokszor tapasztalható, hogy egyes fák kipusztultak, hiányos az ültetvény illetve a fiatal ültetvényeknek nem záródik a lombja. A növényvédelmi munkáknál azonban folyamatosan permetezünk, így feleslegesen is kijuttatjuk a környezetbe a hatóanyagot. Ennek elkerülésére szolgálnak a növényérzékelők. A következőkben egy növényérzékelővel ellátott és egy hagyományos ültetvénypermetező néhány munkaminőségi vizsgálati illetve permetlé megtakarítási vizsgálati eredményeit mutatjuk be. Mezőgazdasági Technika, 2010. január


4. ábra: Fajlagos célfelületi anyaglerakódás lombkorona szektoronként Figure 4: Specific deposition of liquid on leafy crown levels

Az összehasonlító munkaminőségi vizsgálatokat a VULCANO hagyományos kialakítású és KERTITOX BORA permetezőgéppel a növényérzékelő berendezés működtetésével és kikapcsolásával is elvégeztük. A vizsgálatokat hasonló munkasebességgel és folyadékdózissal végeztük. A fedettségi vizsgálatok megállapításai A fedettségi vizsgálatok elvégzése azért szükséges, mert a növényérzékelővel történő kísérletekben a megtakarítás csak hasonló fedettségi, illetve permet-lerakódási értékek mellett értelmezhető és a gyakorlatban is csak a fenti feltételek mellett realizálható A kapott vizsgálati eredmények alapján kiemelendő, hogy az ültevény permetezéskor szokásosan alkalmazottnál jóval alacsonyabb, 250 dm3/ha körüli folyadékdózissal elvégzett permetezéskor is megfelelő volt a KERTITOX BORA permetezőgép esetén a fonákoldali fedettség. Az 1,00 körüli szín-fonák fedettségi arányok kiválónak minősíthetők a KERTITOX BORA géppel, növényérzékelő nélkül végzett permetezés azonban a lombkorona alsó szintjén túlfedettséget eredményezett. A vizsgálati eredményekből szintén meg-

állapítható, hogy a fajlagos cseppszám értékek a KERTITOX BORA permetezőgéppel végzett permetezéskor minden esetben jóval meghaladták a fungicidek kijuttatásakor minimálisan elvárható 50-70 csepp/cm2 értéket. Az elérhető permetlé megtakarítás ellenőrzésének eredményei A vizsgálatok alatt adott mennyiségű permetlével feltöltött tartályokból kipermeteztük a permetlevet és a célállományban az adott sorban lemértük a védett állomány hosszát. KERTITOX BORA permetezőgéppel működtetett és kikapcsolt növényérzékelő berendezéssel, azonos üzemeltetési jellemzőkkel végzett folyadék megtakarítás vizsgálat eredményeit az 1. táblázatban foglaltuk össze. Az eredményekből kitűnik, hogy a növényérzékelő működtetésével a lényegesen kisebb lombozatú 2 éves cseresznye ültetvényben a permetlé megtakarítás 34,2 % volt. Jelentősnek ítélhető a 3 éves cseresznyeültetvény kezelésénél elért 24,6 %-os megtakarítás is. A védekezések során tehát a fiatalabb gyümölcsösben a permetlé egyharmadát, az idősebb ültetvényben a vegyszer mintegy negyedrészét lehet megtakarítani.

5. ábra: Fedettségi értékek lombkorona szegmensenként a levelek fonák oldalán Figure 5: Coverage values of leafy crown sectors on the backside of leafs


57

Környezetkímélő növényvédelem és növényvédőszer-megtakarítási lehetőségek 1. táblázat: A permetlé megtakarítási vizsgálat eredményei Table 1: Results of examination on the liquid saving MegtaÜltet- Folyavény dékfelh. karítás kora (dm3/ha) (dm3/ha)

Megtakarítás (%)

Géptípus

Növényérzékelő alkalm.

KERTITOX BORA

–

2 éves

234

0

0

KERTITOX BORA

–

3 éves

175

0

0

KERTITOX BORA

+

2 éves

154

80

34,2

KERTITOX BORA

+

3 éves

132

43

24,6

VULCANO

0

3 éves

212

-

-

Vizsgálati következtetések A növényvédőgép összehasonlító vizsgálatok alapján megállapítható, hogy a vizsgálatba bevont, hasonló paraméterekkel rendelkező, korszerűbb permetezőgépek közül adott vizsgálati körülmények és gépbeállítási paraméterek mellett kedvezőbb munkaminőségi értékeket biztosítottak, mint a hagyományos kialakítású gépek. A magasabb fedettségi értékek lehetőséget biztosítanak a csökkentett hatóanyag kijuttatás mellett is az eredményes növényvédelemre. A kijuttatási körülményekhez az ültetvény az időjárási és gépjellemzőkhöz kell illeszteni a gépbeállítási, permetlé kijuttatási paramétereket. A vizsgálatok során a fedettségi jellemzők lombkorona szegmensenként jelentős szórást mutattak, amelyek az adott ültetény jellemzőkhöz jobban igazodó beállításokkal csökkenthetők.

58

A vizsgálatok során a korszerűbb növényvédő gépek alkalmazása esetén tapasztalt nagyobb fedettségi és anyaglerakódási arányok lehetőséget nyújtanak a permetezési gyakorlatban csökkentett hatóanyag dózis kijuttatás mellett is a növényvédelmi munkák eredményes elvégzésére. Irodalom [1] Kalmár Imre, Dimitrievits György (2005) “Influence of the spraytechnik on the deposit of the spraydrops” Proceedings of the International Scientific Conference; Innovation and utility in the Visegrad Fours, Nyíregyháza, Volume p 529-534 [2] Kalmár Imre (2005) “A növényvédő szer felhasználás csökkentésének lehetőségei ültetvénypermetezéskkor” XXIX. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozása, Gödöllő CD kiadvány [3] Dimitrievits Gy., Gulyás Z., Kovács L., Kalmár I. (2006) “Anyagtakarékos permetezőgépek vizsgálatának eredményei” XXX. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozása, Gödöllő p 25-29 [4] Kalmár Imre (2008) “Növényvédőszer megtakarítás új növényvédelmi technikai módszerek alkalmazásával” XXXII. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozása, Gödöllő CD kiavány [5] Kalmár Imre (2008) “Experiments with plant sensor on pesticide reduction in cherry plantation” IAMFE/DENMARK Proceedings of 13th World Conference on Mechanization of Field Experiments [6] Kalmár Imre: A különböző műszaki-technikai megoldásokban rejlő növényvédő szer megtakarítási lehetőségek kísérleti igazolása. Műszaki Tudományok az Észak-alföldi Régióban, (2009). p 135-142



Permetezőgépek időszakos felülvizsgálata Magyarországon Gulyás Zoltán, Kovács László FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet (MGI), Gödöllő • [email protected]

Az európai országok többségében hosszú évek óta hatékonyan működik a használatban lévő, 100 dm3-nél nagyobb permetlétartállyal felszerelt szántóföldi és ültetvény (kertészeti) permetezőgépek időszakos felülvizsgálati rendszere. Magyarországon egyelőre nem működik a felülvizsgálati rendszer. A fennálló problémák megoldása érdekében az 5/2001. (I. 16.) FVM rendeletet módosítani szükséges. A nevezett rendelet módosítása előre láthatólag a közeljövőben megvalósul, az ellenőrzési rendszer valószínűleg belátható időn belül bevezetésre kerül. A permetezőgépek rendszeres időközönként történő felülvizsgáltatása minden érintett államban a géptulajdonosok kötelessége. Számos országban kötelező jelleggel működik a rendszer, egyes államokban pedig önkéntes alapon végzik az időszakos ellenőrzéseket. Az államok többségében érvényes működési engedéllyel, valamint megfelelő képzettségű, a feladatok elvégzésére felkészített személyzettel rendelkező állomások 2-3 éves felülvizsgálati gyakoriságot alkalmazva végzik az ellenőrzéseket az EN 13790 számú európai szabványban foglaltak alapján. A nevezett szabvány rögzíti azokat a követelményeket, amelyeket az üzemelő permetezőgépeknek ki kell elégíteniük, meghatározza azokat a vizsgálati módszereket, amelyek alapján a gépeket a felülvizsgáló állomások személyzetének ellenőriznie kell, továbbá tartalmazza a vizsgálatokhoz szükséges mérőeszközök, vizsgáló berendezések körét a vonatkozó metrológiai jellemzőkkel együtt. A kezdeti nehézségek leküzdését követően Európa szerte évről évre növekszik a felülvizsgált permetezőgépek száma. Az egymással határos, és kölcsönösen előnyös együttműködésre hajlandó államok esetében az egyes országok illetékes szervei által, a felülvizsgált gépekre kiadott működési engedélyeket kölcsönösen elfogadják, valamint az államhatárokon átívelő felülvizsgáltatás lehetősége is fennáll. Az európai országok példája tehát arra a tényre világít rá, hogy az üzemi méretű permetezőgépek időszakos felülvizsgálati rendszerének bevezetése, fenntartása szakmai, illetve üzleti szempontok figyelembe vételével egyaránt indokolt. Magyarországon – a hatályos jogszabályi háttér rendelkezésre állása ellenére – egyelőre nem működik a felülvizsgálati rendszer. Hazánkban – egyebek mellett – az üzemi méretű permetezőgépek rendszeres időközönként történő felülvizsgálati rendszerére vonatkozó, a 81/2003. (VII. 9.) FVM rendelettel módosított, a növényvédelmi tevékenységről szóló 5/2001. (I. 16.) FVM rendelet nem nevezi meg szakmailag egyértelműen alátámaszthatóan, továbbá minden kétséget kizáróan nyomon követhetően a hatálya alá tartozó permetezőgépek körét, hiszen a felülvizsgálati kötelezettség jelenleg kizárólag a növényvédelmi szolgáltatás céljára használt, 100 dm3-nél nagyobb permetlétartállyal felszerelt üzemi méretű szántóföldi és ültetvény (kertészeti) permetezőgépekre vonatkozik. A felülvizsgáló állomások létesítésére vonatkozó követelmény-, és feltételrendszer bizonyos részei (pl.: állomások vezetőinek képesítésére vonatkozó bekezdés) olyan követelményeket is tartalmaznak, amelyek nehezen teljesíthetőek, és szükségességük sem egyértelmű. Annak Mezőgazdasági Technika, 2010. január

ellenére, hogy a nevezett FVM rendelet konkrét hivatkozást tartalmaz mind a felülvizsgáló állomások tanúsítására, mind a felülvizsgálatokra vonatkozó díjak kapcsán, miszerint a tanúsításért, és az elvégzett felülvizsgálatokért külön rendeletben foglalt díjat kell fizetni, a hivatkozott külön rendelet egyelőre nem jelent meg. A vázolt – és egyéb, ehelyütt nem említett – problémák a nevezett rendelet módosításával orvosolhatók, ugyanakkor az 5/2001. (I. 16) FVM rendelet módosítása a mai napig szintén nem történt meg. Magyarországon a permetezőgépek időszakos felülvizsgálati rendszere jelenleg tehát nem működik, pedig a használatban lévő permetezőgépekre vonatkozó ellenőrzési rendszer óriási környezetvédelmi jelentőséggel bír, emellett a rendszer működtetése a géptulajdonosok, a gépgyártó, forgalmazó, importőr vállalatok, továbbá az illetékes állami szervek érdekeit egyaránt szolgálná. A nevezett rendelet módosítása előre láthatólag a közeljövőben megvalósul, az ellenőrzési rendszer valószínűleg belátható időn belül bevezetésre kerül. A fentebb leírtak következményeként az anyag lentebbi részében a tervezett felülvizsgálati rendszer ismertetése az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet (MGI) által a rendszer bevezetésében illetékes minisztérium részére megküldött módosítási javaslatokon alapszik. A tervezett permetezőgép időszakos felülvizsgálati rendszer fontosabb elemei: Időszakos felülvizsgálatra kötelezettek: a használatban lévő (üzemelő), 100 dm3-nél nagyobb permetlétartállyal felszerelt – szántóföldi permetezőgépek, – ültetvény (kertészeti) permetezőgépek. A használatban lévő permetezőgépek rendszeres időközönként történő felülvizsgáltatásának kötelezettsége a gépek tulajdonosait terheli. A felülvizsgálatok gyakorisága: 2 évenként. Fontosabb követelmények az MSZ EN 13790 szabvány szerint: – kifogástalan működés, tömítettség, – szivattyú teljesítménye min. a névleges érték 90%-a, – manométer megfelelő osztása és pontossága, – zórófejek teljesítményének hibája max. 10 % (szf-i gépek) vagy 15% (ker.-i gépek), 59


– nyomásváltozások max. 10% (szf-i gépek) vagy max. 15% (ker.-i gépek), – keresztirányú szórásegyenletességnél CV ≤10%. A felülvizsgálatokat végzik: a permetezőgépek felülvizsgálatára jogosító tanúsítvánnyal rendelkező állomások. A tanúsítványt kiadja: az FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet. A felülvizsgálati tanúsítványhoz szükséges: – legalább középfokú, szakirányú végzettséggel rendelkező vezető, – a feladatra felkészített szakmunkás(ok), – megfelelő vizsgáló berendezések, mérő- és segédeszközök. A felülvizsgáló állomások előírt felszerelése: – átfolyásmérő berendezés szivattyúk szállítási teljesítményének meghatározásához (példa: 1. ábra), – ellenőrző manométer (példa: 2. ábra) a vizsgált gép nyomásmérőjének vizsgálatához, – mérőeszköz vagy mérőedény a szórófejek folyadékszállításának ellenőrzéséhez, – nyomásmérő eszköz a nyomásváltozások meghatározásához, – vályúsor a keresztirányú szórásegyenletesség meghatározásához, – egyéb mérőeszközök (fordulatszám-mérő, légnyomásmérő, mérőszalag, stopperóra).

2. ábra: Eriks 16 bar típusú ellenőrző manométer Figure 2: Eriks 16 bar manometer tester

A felülvizsgáló állomások javasolt felszerelése: – számítógép vezérlésű, telemetrikus, ultrahangos vályúsor keresztirányú szórásegyenletesség meghatározásához (3. ábra), – számítógép vezérlésű, telemetrikus, ultrahangos vályúsor vertikális szóráskép vizsgálatához (4. ábra), – számítógép vezérlésű, ultrahangos szórófej vizsgáló berendezés. A felülvizsgálatok rendje: – éves vizsgálati terv elkészítése, – felülvizsgálatok meghirdetése, – jelentkezés a felülvizsgálatokra, – értesítés a felülvizsgálat időpontjáról, – a gép átadása a felülvizsgálatra, – a felülvizsgálat elvégzése, a vizsgálati jegyzőkönyv elkészítése, – működési engedély és tanúsító matrica kiadása.

1. ábra: SPRAYTEST III típusú mérőkoffer Figure 1: SPRAYTEST III pump tester

A felsorolt vizsgáló berendezések és mérőeszközök körét, metrológiai jellemzőit (pontosság, mérési tartomány, felbontás, osztás, mérési hiba, stb.), továbbá a felülvizsgálatok során alkalmazandó vizsgálati módszereket az MSZ EN 13790 szabvány tartalmazza. A felszereléshez tartozik kármentő is, amely alkalmas a vizsgálatoknál kifolyt víz felfogására és összegyűjtésére. A mérőberendezéseknek és eszközöknek mobil kivitelűeknek kell lenniük. Szállításukhoz gépkocsi és/vagy utánfutó szükséges. 60

Felülvizsgáló állomások létesítése: – jelentkezési felhívás közzététele, – személyi és tárgyi feltételek biztosítása, – jelentkezések beadása és elbírálása, – tanúsítvány kiadása, – az állomások személyzetének kiképzése, – ellenőrzések megkezdése. A felülvizsgálatok lebonyolításának főbb feltételei: Felülvizsgáló állomások részéről: – területi lefedettség, megközelíthetőség, megfelelő gyakoriság szavatolása, Mezőgazdasági Technika, 2010. január


– megfelelő alapterületű, zárt helyiség rendelkezésre állása, – füstgázok elvezetésének lehetősége, – lehetőség biztosítása a felhasznált víz felfogására, összegyűjtésére, a gép tartályába történő visszajuttatására.

Géptulajdonosok részéről: – működőképes, tiszta permetezőgép biztosítása, – megjelenés a névleges térfogat feléig, vízzel feltöltött tartállyal.

3. ábra: SPRAYERTEST 1000 típusú vályúsor Figure 3: SPRAYERTEST 1000 spray scanner

4. ábra: OWEL 4500 típusú vertikális szóráskép vizsgáló pad Figure 4: OWEL 4500 vertical patternator


61


Korszerű eszközök a növényvédelmi kijuttatástechnikában Pályi Béla Pannon Egyetem Georgikon Kar, Agrárműszaki Tanszék, Keszthely • [email protected]

A növénytermelés biztonságának alapvető feltétele a növényvédelmi műveletek hatékony elvégzése, ezért elengedhetetlen a műszaki eljárások továbbfejlesztése, új korszerű technikák bevezetése, a veszteségek csökkentése, a védendő célfelület minél jobb és egyenletesebb fedésének biztosítása. Nagymértékű vegyszer-megtakarítást és a környezet terhelésének fokozott csökkentését teszi lehetővé a szélarányos, szabályozott cseppméretű permetezés, a növényérzékelő, a szabályozott és helyspecifikus, fertőzés-arányos permetezési rendszerek alkalmazása. Bevezetés Az aktív injektoros – levegőt nyomással a permetező fúvókatestbe juttató – eljárás felhasználásával fejlesztették ki a szélarányos cseppképzési rendszert. A permetezőgépen kanalas szélsebességmérőt helyeznek el, innen az információ számítógépbe kerül, amely a mért adatok alapján meghatározza az elsodródás elkerülésére alkalmas cseppméretet, és ennek megfelelően ad parancsot a permetlé és a levegő nyomásának megfelelő beállításra. A helyspecifikus kezelésnek több megoldása van. Gyomtérkép készítésénél felhasználható a műholdas GPS helymeghatározó rendszer, majd a permetezés ennek irányításával végezhető el. A helyspecifikus permetezés megoldható a fertőzés közvetlen megfigyelésével, kamerákkal és más érzékelőkkel is. A termesztett növények és a gyomféleségek megkülönböztetése révén lehetővé válhat a fertőzéshez adaptált technológia megvalósítása. Lehetőség van a fertőzés nagyságának megfelelő vegyszeradagolásra több fúvóka egyenkénti vagy együttes működtetésével a fertőzöttségnek megfelelően kívánt permetlé mennyiség automatikus beállításával. Anyag - módszer Szélarányos permetezés Twin Fluid szórófejekkel 2008-ban kísérleteket végeztünk a kalászpermetezésre használható szórófejek munkaminőségi mutatóinak vizsgálata (fedettség, átlag cseppméret, cseppszám/cm2) céljából az alkalmazott fungicidek biológiai hatékonyságának növelése érdekében különböző beállítások mellett. A vizsgálatok mintavételezését nagyüzemi kísérletben május 23.-án Kunszentmárton határában lévő 30,3 ha-os nagyparcellán, búzaállományban végeztük. A célfelület permetlé-borítottságának valamint a szórófejek porlasztási jellemzőinek meghatározására a kalászokon vízérzékeny papírokat helyeztünk el, majd az állományt Prosaro 1,0 l/ha-os dózisával lepermeteztük a későbbi biológiai hatékonysági vizsgálatok elvégzéséhez. A hatóanyag kijuttatása és a vízérzékeny papíros mintavételezés a kísérleti terület egyszeri kezelésével egy időben történt. A permetezés alatt a szél sebessége 2-4 m/s volt, iránya nem változott. A kijuttatásra használt permetezőgép fontosabb adatai: – gyártmány: John Deere 840i – származási hely:USA – szórószerkezet: sík, automatikus mozgatás, szint és helyzetszabályozás – keretszakaszok száma: 6 db, automatikus szakaszolás – munkaszélesség: 27 m 62

– magasságállítás: 55-245 cm – szivattyú szállítási teljesítménye: 280 l/min – vezérlési rendszer: „i” system (Intelligent Spraying Solutions): • GPS helyzet meghatározás • automatikus nyomkövetés és keretszakaszolás • szélarányos permetezési rendszer • tábla- és műveletnyilvántartás A permetezéskor alkalmazott beállítási paraméterek: – Szórófej: Twin Fluid 035 M ill. F. – Haladási sebesség: 10 km/h. – Dózis: 80-100 l/ha. – Üzemi nyomás: levegő 3,2-4,5 bar, folyadék 1,1-1,3 bar.

1. ábra: John Deere 840i permetezőgép Figure 1: John Deere 840i sprayer

A Twin Fluid szórófejek a permetezőgép gyártója által kifejlesztett kombinált cseppképzésű szórófejek. A szórófejtartóban elhelyezett ütközőlapos fúvókák legyező alakú, háromszög szórásképű, hidraulikus cseppképzése szállítólevegő hozzáadásával, a felhasznált szerek hatásmechanizmusának ill. a különböző védekezési feladatoknak megfelelően módosítható. A keverőtérben a betétek cseréjével valamint a permetlé és a levegő nyomásának változtatásával a kívánt üzemelési paraméterek beállíthatók (szórásnorma, cseppjellemzők) vagy akár permetezés közben a környezeti feltételek változása esetén, pl. szélsebesség változása, módosíthatók. A keverőtérhez vezetett levegő mennyisége a szórófejek folyadékfogyasztásának több százszorosa, így a légporlaszMezőgazdasági Technika, 2010. január


Helyspecifikus növényvédő szer kijuttatás Közvetlen hatóanyag-adagolás A mai informatikai eszközökkel a helyspecifikus kezelés egyszerű megoldása a hatóanyagok közvetlen adagolása, a helyi gyomborítottságnak megfelelő hatóanyag sebességarányos kijuttatása. A központi egység a haladási sebességnek megfelelően adagolja a kiválasztott hatóanyagot a vivőfolyadékba, a permetlé a kijuttatógépen a hatóanyag beadagolása után jön létre. Növényérzékelős permetezés, valós idejű kijuttatás

2. ábra: Szántóföldi permetezés Figure 2: Field spraying

tási funkciója mellett részleges légszállítást is végez, segítve a permetcseppeket a célfelület elérésében, csökkentve a kisebb cseppek elsodródását. A kiegészítő légporlasztás szabályozott cseppmérete, homogén cseppstruktúrája valamint kisebb közepes cseppátmérője lehetővé teszi a kiszórt lémennyiség 80-150 l/ha értékre való csökkentését, jelentősen növelve a gép területteljesítményét, mérsékelve a művelet költségeit.

A legkorszerűbb permetezési rendszerek a kezelendő felület helyspecifikus, fertőzés arányos kezelését végzik el környezetkímélő módon, jelentős vegyszer megtakarítással. A valós idejű (real-time) kijuttatás alapfeltétele a célpont érzékelése és felismerése, valamint gyors helyszíni adatfeldolgozás és pontos vegyszerkijuttatás. Ennek a rendszernek vasúti permetezésre adaptált fejlesztésében vettünk részt, feladatspecifikus szórószerkezete, permetező rendszere a következő elemekből áll: – hidraulikus kör: közvetlen hatóanyagadagolás 4 hatóanyaghoz – szórószerkezet: 9 permetezési sáv, 4 fúvókasor – névleges munkaszélessége 7 m (6,8-7,2m) – VeeJet 15-25° szórásszögű fúvókák

3. ábra: Szélarányos cseppképzési rendszer modellje Figure 3: Model of wind-related droplet production


63


– tömlős adagoló szivattyúk – számítógépes sebességfüggő szabályzás – elektromos működtetésű útszelepek – érzékelés: • sebesség • növényzet • gyomborítottság A fertőzés érzékelése a szerelvény elején elhelyezett kamerával történik. Eredmények - megvitatás Szélarányos permetezés Twin Fluid szórófejekkel A nagyüzemi kísérlet során, kalászpermetezésnél vízérzékeny papírokon felfogott permetcseppek kiértékeléséből, a Twin Fluid szórófejekre kapott fedettség értékek jellemzői: • az üzemi vizsgálat egyes kezeléseinek beállításonkénti átlagos fedettsége a 10-25%-os tartományba került • a hidraulikus cseppképzésű vizsgált szórófejek (TeeJet XR, TurboTeejet Duo, Turbo FoodJet) a Twin Fluid szórófejekkel összehasonlítva átlagosan csak 1,5 szer nagyobb fedettséget adtak, annak ellenére, hogy a Twin Fluid szórófejekkel az állománypermetezéseknél általánosan elfogadott 300 l/ha léfelhasználás helyett az erősen csökkentett 80-100 l/ha szórásnormával dolgoztunk. • a cseppméretek a kis és közepes tartományba estek, a különböző beállításokhoz közel azonos fedettségek tartoznak, de eltérő cseppszámok és cseppméretek mellett. A biológiai hatás szempontjából kedvezőbb a nagyobb cseppszám, ki-

sebb cseppméret, tehát célszerűbb ez a beállítás. Homogenitási mutatói a többi vizsgált fúvókatípushoz képest jobbak. Helyspecifikus növényvédő szer kijuttatás Közvetlen hatóanyag-adagolás A koncentráció sebességgel arányos szabályozása számos előnnyel jár: – közel állandó, optimális permetezési nyomás, állandó cseppspektrum biztosítható a védekezés során – a permetlé bekeverése a permetezés közben történik, ezzel elmarad egy külön munkafolyamat a hozzá tartozó eszközés előmunkaigénnyel együtt, másrészt a permetlé készítésénél fellépő adagolási hibák nem lépnek fel – a hagyományos keverőszerkezetre nincs szükség, az ezzel kapcsolatos problémákkal nem kell számolni – nincsenek permetlé maradékok, amelyektől a felhasználók esetenként a környezetet szennyezve szabadulnak meg. Minden megmaradt vegyszert meg lehet tartani a későbbi felhasználásra – a gép folyadékrendszerének a hatóanyag betáplálás pontjáig csak vízzel szemben kell ellenállónak lennie – a több adagolószivattyú alkalmazásával lehetővé válik a kombinált hatóanyag kijuttatás a gyomborítottság függvényében. Növényérzékelős permetezés, valós idejű kijuttatás A gyomfoltok kezelésének lehetséges változatai: – helyspecifikus kijuttatás előzetes felvétel alapján – valós idejű növényfelismerés – sávos permetezés

4. ábra: Közvetlen hatóanyag-adagolású rendszer Figure 4: On-line pesticide feeding

(1) Víztartály (2) elzárószelep (3) leeresztőszelep (4) szívószűrő (5) főszivattyú (6) nyomószűrő (7) szakaszoló szelepek (8) nyomásmérő (9) nyomásszabályzó (10-11) vegyszertartály (12-13) vegyszeradagoló szivattyú (14-15) elektromotor (16) radaros sebességjeladó (17) központi egység

64



A rendszer jellemzői: – szelektivitás jobb mint 80% – az algoritmus futási ideje kisebb, mint 0,5 s – az összes vegyszer megtakarítás egy szezonban 65% A jövő fejlesztési feladata az érzékelés, a gyomfelismerésnek jelenlegi pontosságának (95%) a javítása, a gyomfajták valós idejű felismerésének továbbfejlesztése, amellyel lehetővé válik nemcsak a helyspecifikus, de fajtaspecifikus, gyomborítottságnak megfelelő, fertőzéshez adaptált permetezési technológia megvalósítsa. Irodalom [1] K.P. Gillis, D.K. Giles, D.C. Slaughter, D. Downey (2003): Injection Mixing System for Boomless TargetActivated Herbicide Spraying, Transactions of the ASAE, 2003/4, 997-1008. p.

[2] László A., Pályi B., Mátrai Z.: Precíziós (szabályozott, helyspecifikus) növényvédelmi kijuttatástechnika. XL. Georgikon Napok Keszthely, 1998. 09. 24.-25., Különkiadvány III. köt. 267.-271. p. [3] Martina Koller, W. Thomas Lanini (2005): Site-specific herbicide applications based onweed maps provide effective control, California Agriculture 2005/3, 182187. p. [4] Pályi B., László A., S. Rietz, H. Ganzelmeier: Comparison of Electronic Control Units for Field Sprayers. Georgicon for Agriculture, Keszthely 16 (1) 2006. p 55-75 [5] Takács, Pályi, Maróti: Kalászpermetező szórófejek ös�szehasonlító vizsgálata. XVIII. Növényvédelmi Fórum. Külön Kiadvány, p. 110-114, Keszthely, 2008. [6] G aál László, Szatmári, Pályi, Dajka: Precíziós, helyspecifikus növényvédelmi kijuttatástechnika. MTA Agrárműszaki Bizottság Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Külön Kiadvány p.364-369., Gödöllő, 2004.

5. ábra: Valós idejű kijuttatás Figure 5: Real-time application


65


Az energetikai faültetvények növényvédelmi vonatkozásai Koltay András Erdészeti Tudományos Intézet, Erdővédelmi Osztály • [email protected]

A rövid vágásfordulójú energetikai faültetvények még az ültevények között is extrémnek számítanak a faegyedek különösen magas koncentrációja miatt, így erdővédelmi szempontból fokozottan veszélyeztetettek. A gyakori vágás tömeges sebzést hoz létre, ami ideális fertőzési kaput jelent a kórokozók, rovarok számára. Mindezen tényezők magukban hordozzák a károsítók nagyon gyors terjedésének lehetőségét, robbanásszerű kalamitások kialakulásának veszélyét. A kórokozók és kártevő rovarok támadásai tömeges pusztulást, illetve jelentős produktivitás csökkenést okozhatnak, ezáltal veszélyeztetve a termelés gazdaságosságát. Megítélésünk szerint, növényvédelmi szempontból kevésbé kockázatos a hazai nemesítésű és honosított fajták alkalmazása. Ezekre vonatkozóan rendelkezésre állnak megbízható és ellenőrizhető kutatási eredmények a hazai kártevőkkel és kórokozókkal való kapcsolatrendszereikre. Az energetikai faültetvények létesítésére a nyárak, füzek és az akác tűnik alkalmasnak. Növényvédelmi szempontból kiemelt szerepe van az ültetvények gyommentesítésének. E mellett számos gomba- és rovarkártevő jelenhet meg tömegesen, amelyek potenciálisan veszélyeztethetik az ültetvényeket, így esetenként gyors beavatkozás szükséges. Az energetikai faültetvények növényvédelmét kiemelten fontos kérdésként kell kezelni az ültetvények gazdaságosságának megőrzése érdekében. Bevezetés Az erdő és faültetvény fogalmát nagyon fontos, hogy pontosan elhatároljuk egymástól. A természetes erdők összetett, komplex struktúrával rendelkeznek, amelyben a biológiai folyamatok is összetettek, sokrétűek. Az erdővel szemben a faültetvényekben, vagy ültetvényszerű erdőkben általában egy fafaj található, viszonylag nagy területen és magas egyedszámban, így itt a struktúrák és a biológiai folyamatok egyszerűsége a jellemző. A természetes erdőkben folyamatos a fafajok borítása, illetve természetközeli erdőgazdálkodás esetén hosszú vágásfordulót alkalmaznak viszonylag kisebb területeken, ezzel szemben az ültetvényszerű erdőkben rövid vágásfordulóval, gyakran alkalmaznak nagyobb területre kiterjedő tarvágást. A fentieknek köszönhetően a természetes erdők az ember szemszögéből nézve is többfunkciósak, hatékony védekezési mechanizmusokkal, míg az ültetvények alig rendelkeznek önálló védelmi rendszerrel, és kizárólagos funkciójuk a gazdasági érték termelése a faanyag révén. Az energetikai faültetvényeket veszélyeztető tényezők A természetes ökoszisztémák velejárója a különféle betegségekkel, károsítókkal szemben védelmező immunrendszer, de a mesterséges ültetvényeken ez csak kevéssé vagy egyáltalán nem érvényesül. Ennek megfelelően erdővédelmi szempontból a természetes erdők ökológiai alapú erdővédelméről, míg az ültetvényszerű erdők esetében technológiai alapú növényvédelemről beszélünk. A rövid vágásfordulójú energetikai faültetvények még az ültevények között is extrémnek számítanak a faegyedek különösen magas koncentrációja miatt. A kezdeti magas tőszámon túl a speciális üzemmód szerinti, 1-3 évente végrehajtott letermelés eredményeként, állandóan tovább növekvő koncentrációban van jelen az adott fafaj. A növekvő versenyhelyzet miatt, egyre fokozódó stresszhatás éri az állományokat, ami gyengülő rezisztenciát eredményez. A gyakori vágás tömeges sebzést hoz létre, ami ideális fertőzési kaput jelent a kórokozók, rovarok számára. Mindezen tényezők magukban hordozzák a károsítók nagyon gyors terjedésének lehetőségét, robbanásszerű kalamitások kialakulásának veszélyét. Az energetikai faültetvények létesítését megelőzően a gazdálkodónak első lépésként át kell gondolnia, milyen fafajból létesüljön az ültetvény, illetve a kiválasztott fafajon belül milyen fajtát válasszon? Összetett a kérdés, amelynek megválaszolásakor elsősorban a helyi adottságok és azon

66

belül is a termőhelyi tényezők a meghatározóak. E mellett azonban célszerű figyelembe venni néhány egyéb szempontot is. Mindenek előtt el kell dönteni, hazai, honosított vagy külföldi fajtákat alkalmazunk. A hazai fajtákat, mint a nevük is mutatja, a hazai őshonos fajtákból szelektálták, nemesítették. A honosított fajták külföldről származnak (pl. amerikai nyárak), de hosszú évek nemesítési munkájának eredményeként jól adaptálódtak a hazai viszonyokhoz. Míg végül választhatunk azokból a külföldi fajtákból, amelyek hazájukban kiváló eredményeket produkáltak, és ezen ismeretek alapján feltételezhető, hogy a magyarországi alkalmazásuk során is hasonló eredményeket mutatnak. Megítélésünk szerint, növényvédelmi szempontból kevésbé kockázatos a hazai nemesítésű és a honosított fajták alkalmazása. Ezekre vonatkozóan rendelkezésre állnak megbízható és ellenőrizhető kutatási eredmények, például fogékonyság, rezisztencia a kórokozókkal és kártevőkkel szemben, míg a külföldről most behozott „csodafajtákra” nincsenek ellenőrzött, hazai viszonyok között tesztelt adataink. Az energetikai faültetvények növényvédelmi vonatkozásai elsősorban a biotikus károk kialakulásának megelőzését illetve csökkentését jelentik. A legfontosabb növényvédelmi kérdések a gyomosodásra, valamint a kórokozók, károsítók és a vad által okozott károkra vonatkoznak. A növényvédelem alapja az ültetvények esetében is a megelőzés. A termőhely és az ahhoz megfelelő fajták helyes megválasztásával jelentősen csökkenthető a biotikus károk kialakulásának esélye és mértéke, ezáltal növelhető a gazdaságosság. Az energetikai faültetvények növényvédelmére vonatkozó szabályozás jelenleg sajnos több ellentmondást is tartalmaz, mivel bizonyos szempontból mezőgazdasági kultúrának számítanak, ugyanakkor vegyszerfelhasználás tekintetében erdőnek minősülnek. Ennek megfelelően ezekben az ültetvényekben, külön engedély nélkül, csak az erdészeti kultúrákban engedélyezett növényvédőszerek használhatóak. A szántóföldi növénytermesztésben engedélyezett hatóanyagok energetikai faültetvényekben való felhasználása – a növényvédelmi szerekre vonatkozó FVM 89/2004 rendelet 18.§ szerint – csak külön eseti engedély alapján lehetséges. Ez a szabályozási rendszer jelentősen beszűkíti a felhasználható vegyszerek számát, és az alkalmazható növényvédelmi technológiákat. A gyomosodás káros hatásai révén (vízkészlet csökkenés, talaj tápanyag csökkenés, árnyékolás, esetenként köztesgazda, egyes károsítók kórokozók terjedését elszaporodását is segítheti) jelentősen visszavetheti az ültetvények növekedését, Mezőgazdasági Technika, 2010. január


különösen a telepítés kezdeti időszakában, illetve a letermelést követően. Éppen ezért nagyon fontos a gyommentesítés ezekben az időszakokban. Az erdészetben gyomkorlátozásról beszélünk, azaz nem cél a talajfelszín teljes gyomirtása, ezzel szemben az ültetvényekben a núdum állapot a kívánatos. Ennek érdekében már az ültetés előtt célszerű teljes gyomirtást végezni, mechanikus illetve vegyszeres kezelésekkel. Az ültetést követően és az első évben mindenképpen meg kell oldani a sorok és sorközök folyamatos ápolását, gyommentesítését. Az energetikai faültetvények létesítésére a nyárak, füzek és az akác tűnik alkalmasnak. Sajnos azonban e fafajoknak számos olyan gomba- és rovarkártevője létezik, amelyek potenciálisan veszélyeztethetik az ültetvényeket. A nyár és fűz leveleken, hajtásokon tömegesen megjelenő kórokozók, mint a különféle rozsdagombák, vagy Drepanopeziza és Venturia fajok korai lombhullást, hajtáselhalást és ezzel együtt jelentős növedékveszteséget okoznak. Az ellenük való védekezés legegyszerűbb módja a rezisztens vagy kevéssé fogékony fajták ültetése. A fertőzés kialakulását követően a lehullott levelek őszi talajba forgatása segíthet a fertőzési forrás csökkentése révén. Erős fertőzés esetén vegyszeres kezelés is szükséges lehet, amit egy vagy két alkalommal, június végén és július közepén célszerű végrehajtani mankoceb vagy rézoxiklorid hatóanyagú szerekkel. A kórokozók közül a nyár kéregfekély (Cryptodiaporthe populea) szintén potenciális veszélyforrás a fiatal állományokban. Elsősorban a nyárakon (fekete és nemes nyár) jelentős, de a füzeken is gyakran előfordulhat. A különféle nyár fajták fogékonysága jelentősen eltérő – ellenállók pl. a Pannónia, Kopecky, Koltay – így célszerű telepítés előtt erről tájékozódni. A fiatal fák 6-8 éves korig a legfogékonyabbak. A túl sűrűn tartott állományokban mindig erősebb a fertőzés mértéke. Megfelelő fajtamegválasztással, helyes ápolással csökkenteni lehet a fertőzés esélyét. A kéregfekély ellen megelőző lemosó permetezés is alkalmazható, október végén a lombhullást követően. Az akácon is megtalálható több olyan, kórokozó, amelyek tömeges megjelenése jelentős károkat okozhat. Az akác kéregrák (Diaporthe oncostoma) a fiatal, 1-4 éves állományok egyik legveszélyesebb kórokozója. Többnyire apró kéregsérüléseken keresztül támad. A kórokozó a kéregben a szíjácsot pusztítja, így a fiatal egyedek teljes elhalását is előidézheti. Az akácon egyes Fusarium fajok is megjelenhetnek, de fertőzésükkel csak kisebb károkat okoznak. A kórokozók mellett a különféle rovarok is számottevő lomb- és növedékvesztést idézhetnek elő. E fajok közül a legismertebbek a cserebogarak. Mind a pajor mind a nemző károsíthatja az ültetvényeket. Veszélyeztetés esetén célszerű a telepítés előtt talajfertőtlenítést végezni. Jelentősebb rajzás esetén az imágók ellen hatékonyan védekezhetünk különféle rovarölő szerekkel. A cserebogarak mellett a levelészek is komoly károkat okozhatnak, különösen, ha figyelembe ves�szük, hogy kedvező viszonyok esetén akár három nemzedékük is kifejlődhet egy vegetációs időszakban. Ráadásul e bogarak álcája és nemzője egyaránt fogyasztja a lombot. A levelészek mellett több lepkefaj hernyója is veszélyeztetheti az állományokat, melyek tömegszaporodás esetén akár teljes lombvesztést is előidézhetnek. Ezen túlmenően, feltétlenül meg kell említeni a különféle tetű fajokat, amelyek elsősorban a fiatal hajtásokon, leveleken szívogatva jelentősen visszavetik a hajtások növekedését. E rovarok tömeges megjelenése esetén vegyszeres védekezés szükséges. A lombfogyasztók mellett néhány tömegszaporodásra hajlamos xilofág rovar is veszélyeztetheti az ültetvényeket. EzekMezőgazdasági Technika, 2010. január

nek a rovarfajoknak – fűzrontó gubacsszúnyog (Helicomyia saliciperda),,tarka égerormányos (Cryptorrhynchus lapathi), bögölyszitkár (Paranthrene tabaniformis) kis nyárfacincér (Saperda populnea) – az álcái a fiatal vesszőkben, vékony törzsekben fejlődve károsítják az ültetvényeket. A xilofág rovarok elleni védekezés is megoldott, bár nagyobb odafigyelést igényel. Itt is elsőszámú megoldás lehet a megelőzés. Fontos a termőhely helyes megválasztása, valamint a letermelés téli időzítése. Célszerű a lehető legkisebb megmaradó ágcsonkok (max.10-15cm) kialakítása. Minden esetben javasolható a megmaradt hajtáscsonkok lemosó permetezése kora tavasszal, rügyfakadás előtt. 1-2 éves állományokban célszerű a megelőző vegyszeres lemosó permetezés alkalmazása kora tavasszal. Valamennyi ültetvény típus esetén nagyon fontos a folyamatos állományfigyelés. Észrevehető számú nemző, kirepülési, peterakási, behatolási nyomok, szívó rovarok tömeges megjelenése esetén vegyszeres védekezés is végezhető a vegetációs időszakban május végén – június elején, július közepén és augusztus közepén. A rovarok és kórokozók mellett a vadkárok szerepe sem elhanyagolható az ültetvények egészségi állapota és növekedése szempontjából. A vad rágása, hántása közvetlen növedékveszteséget, produktivitás csökkenést okoz, de e mellett fertőzési kaput nyit a károsítók, kórokozók többségének. A vadkárok ellen a vadlétszám optimális szinten tartása a leghatékonyabb és legolcsóbb védekezési eljárás. Következtetések Az energetikai faültetvények növényvédelmét kiemelten fontos kérdésként kell kezelni az ültetvények gazdaságosságának megőrzése érdekében. A különféle kórokozók és kártevők megjelenése tömeges pusztulást, illetve jelentős produktivitás csökkenést okozhatnak, ezáltal veszélyeztetve a termelés gazdaságosságát. Mindezek miatt az energetikai faültetvények növényvédelmi szempontból fokozott figyelmet, illetve esetenként gyors, intenzív beavatkozást igényelnek. Több, potenciális kártevő és kórokozó ellen azonban ma még nincsenek kidolgozott technológiák. Ezek kidolgozására további kutatások szükségesek. Irodalom [1] Csóka Gy., Hirka A., Csiky Zs. (2002): Az erdővédelem Magyarországi szakirodalma 1792-2000. CD, ERTI, Agroinform Kiadó. [2] Pagony H. szerk. (1993): Erdei károsítók, képes határozó. Erdőrendezési Szolgálat, Budapest. [3] Szabadi G. szerk. (2009): Növényvédő szerek, termésnövelő anyagok. FVM megbízásából kiadja Agrinex Bt. Bp. [4] Szabó I. (2003): Erdei fák betegségei. Szaktudás Kiadó Ház, Budapest. [5] Tóth B. (2006): Nemesnyár-fajták ismertetője. Agroinform Kiadó. [6] Tóth J. (2002): Az akác növényvédelme. Agroinform Kiadó [7] Tóth J., Varga Sz. (2008): Az ültetvényszerű fatermesztés erdővédelmi vonatkozásai. In: Führer E., Rédei K., Tóth B.: Ültetvényszerű fatermesztés 2. Agroinform Kiadó. [8] Varga Sz. (2000): Gyomirtás az erdészetben. In: Hunyadi K., Béres J., Kazinczi G.: Gyomnövények, gyomirtás, gyombiológia. Mezőgazda Kiadó, Budapest. [9] Varga Sz., Szidonya I. (2001): Környezetkímélő technológiák az erdészeti növényvédelemben. Erdészeti lapok CXXXVI. 5: 167-169.

67


A növényvédelem gépesítésének fejlődése az MGI tevékenységének tükrében Dimitrievits György FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, Gödöllő • [email protected]

Hazánkban a növényvédelem gépesítése az 1950-es években indult fejlődésnek. Ebben az időben alakultak ki a nagyüzemek, jöttek létre a növényvédő állomások, a repülőgépes szervezet, kezdődött meg az üzemi növényvédő gépek nagysorozatú gyártása. Az MGI kezdettől fogva meghatározó szerepet töltött be a fejlesztésben: a szakirodalom, konzultációk, alapkutatások és vizsgálatok alapján javaslatokat tett gépek fejlesztésére és gyakorlati alkalmazására. A következő két évtizedben bővült a gyártó kapacitás, és a gépválaszték, a jelentős fejlesztések eredményeként korszerű, nagyteljesítményű gépek készültek. A Kertitox permetezőgépekből és Mobitox csávázó gépekből több tízezer darabot exportáltunk. Az Intézet ezek a fejlesztések mellett foglalkozott többek között fagyvédelemmel, ULV és elektrosztatikus permetezéssel, vegyszerkenéssel, permetlékészítéssel is. A hazai együttműködéseink és a nemzetközi kapcsolataink ebben az időben jelentősen bővültek. Levegő rásegítéses szántóföldi permetezőgépet fejlesztettünk ki, szabadalmunk alapján készült el az első alagút permetező. A rendszerváltás után jelentősen nőtt a gépválaszték és a környezetvédelem jelentősége. Elterjedtek a nagyteljesítményű magajáró, elsősorban hidas permetezőgépek. Ebben az időben kezdeményeztük a növényvédő gépek típusvizsgálatának és az üzemelő permezőgépek időszakos ellenőrzésének bevezetését. A vizsgálatokhoz korszerű, akkreditált laboratóriumot alakítottunk ki, ahol a típusvizsgálatokat megkezdtük. Kezdeményezésünkre készült el többek között a vegyszertakarékos, környezetkímélő, növényérzékelővel felszerelt ültetvénypermetező, valamint fertőzés és szélarányos szántóföldi permetezőgép. Az MGI munkatársai az elmúlt évtizedekben a kutató fejlesztő munka eredményeit számos könyvben, tudományos és ismeretterjesztő cikkben, előadásban mutatták be magyar és idegen nyelveken. A II. világháború után a mezőgazdaság világszerte fejlődésnek indult, amire a kiéhezett Európában nagy szükség volt. A fejlődés fő tényezői a növénynemesítés mellett a kemizálás és a gépesítés voltak. Az új fajták érzékenyebbek voltak a károkozókkal szemben, megnőtt a növényvédelem iránti igény. A védekezések hatékonyságát a továbbiakban csak üzemi méretű növényvédő gépekkel lehetett biztosítani. Hazánkban a növényvédelem és gépesítésének fejlesztését két további körülmény sietette. Átmenet nélkül jöttek létre a nagyüzemek, és az összevont, nagy táblákon a fertőzések gyors terjedésének lehetősége megnőtt. A másik tényező az amerikai burgonyabogár megjelenése volt, amelynek kiirtása, terjedésének megakadályozása politikai kérdéssé is vált, és mai szemmel nézve szinte hisztérikus állapotokat váltott ki. Az 1950-es évek elején a gépek zöme háti permetező, vagy porozó gép volt, kisebb számban fogatos gépek álltak rendelkezésre (1. ábra). A traktor hajtású gépek száma minimális volt, alkalmazásukat az is korlátozta, hogy traktorpark zömét alkotó, HSCS gyártmányú, teljesítmény leadó tengely nélküli, úgynevezett szántó traktor nem volt alkalmas az üzemi növényvédő gépek meghajtására. Jellemző az 1952-ben rendezett gépbemutató választéka: háti battériás és folyadékszivattyús 7 db, targoncás és taligás 3 db, fogatos 5 db, traktor üzemeltetésű 4 db, magajáró 1 db. A csávázás technológiája is elavult volt, megfelelő vegyszerek nem álltak rendelkezésre, a kézi megoldások domináltak. A helyzet megváltoztatásának érdekében jelentős fejlesztés kezdődött. Ebben a munkában, ahogy a későbbiekben is, az MGI meghatározó szerepet játszott. A fontosabb teendők a következők voltak: – információ gyűjtés (szakirodalom, bemutatók, konzultációk, tanulmányutak), 68

– kapcsolattartás a partner intézményekkel, együttműködések szervezése, – alap, illetve alapozó kutatások folytatása, – javaslatok kidolgozása (tervcélok, fejlesztési tervek, technológiai ajánlások), – vizsgálatok elvégzése (gépek, részegységek, technológiák, stb.), – az eredmények közzététele, terjesztése ( gépbemutatók, előadások, publikációk). Az első intézkedések eredményeként került kipróbálásra, illetve használatba több külföldi gyártmányú géptípus, így például az OSZK permetező-porozó, és a Swissatom permetezőgépek, a PO-2 repülőgép alkalmazásával pedig megkezdődött a légi védekezés. Ebben az időben hozták létre a növényvédő állomásokat, majd megalakult a repülőgépes növényvédelmi szervezet. Az évtized második felében megkezdődött az üzemi gépek hazai fejlesztése és gyártása. Bevezetésre került a minősítési rendszer, ami azt jelentette, hogy a gépek csak az Intézet megfelelő vizsgálati eredményei esetén kerülhettek forgalomba. Az első típusok a PP, majd Rapidtox permetező-porozó gépek, illetve a PC csávázógép voltak. Ekkor már folyt a szakemberképzés és kialakult az üzemi gyakorlat. Az 1960-as években a növényvédelem szerepe tovább növekedett, a mezőgépipar, ezen belül a növényvédő gépgyártás gyorsan fejlődött, számos új típus került kialakításra. A fejlődést hátráltatta az alapanyag ellátás hiányai, nehézkessége, valamint a háttéripar fejletlensége. Ennek következtében a gépgyáraknak szinte minden részegységet, alkatrészt maguknak kellett kifejleszteni, és legyártani. Kezdetben a gépek üzembiztosságával számos gond adódott, rendszeres volt például a dugattyús szivattyúk meghibásoMezőgazdasági Technika, 2010. január


1. ábra: Fogatos porozógép az ’50-es években Figure 1: Cab duster in the ‚50s

2. ábra: Ka-26 helikopter munkában Figure 2: Ka-26 helicopter work

dása, vagy a szántóföldi szórókeretek törése. A meghibásodásokhoz hozzájárult az üzemeltetés alacsony színvonala, a területteljesítmény hajszolása, a karbantartási munkák elmaradása is. A javítási munkákat nagyban nehezítette a szinte állandó alkatrészhiány. 1968-ban az új gazdasági mechanizmus bevezetésével megszűnt a minősítési rendszer, azonban továbbra is valamennyi gép intézeti vizsgálatra került a gépgyárak illetve a gépkereskedelem megrendelésére. Erre azért is szükség volt, mert mind a magyar gyártmányú, mind a szocialista országokból érkező gépek nagy darabszámban kerültek forgalomba, kivitelük, munkaminőségük és üzembiztosságuk azonban gyakran nem volt kielégítő. Ebben az időszakban nőtt a gépválaszték, megkezdődött a Rapidtox II. permetező–porozógép, majd a Rapidtox Super gépcsalád gyártása. A NDK-ból importáltuk az RS-09 eszközhordozóra szerelhető S-293 szántóföldi permetezőgépet, és az S-050 kertészeti permetezőt. Kifejlesztésre került a nagyteljesítményű Variotox, és a gyomirtó Gramospray gépcsalád is Ekkor már folyt a csávázó gépek nagyarányú exportja. Az évtized végén indult meg lipcsei BBG gépgyár és a Debreceni Mezőgazdasági Gépgyár közös fejlesztése, amely új építőszekrény rendszerű növényvédő gépcsalád kifejlesztését célozta. A páratlanul alapos előkészítő, tervező, és kivitelező munka során jött létre a Kertitox gépcsalád, amely a szabadföldi védekezések valamennyi eljárásához kínált típusokat. A vizsgálatokat az NDK, Csehszlovákia és Magyarország vizsgáló intézetei közösen végezték, együttesen kialakított tematika és metodika alapján, megosztva a feladatokat. Ez volt az előfutára az európai intézetek hasonló elven és módszereken alapuló, az ENTAM-ban jelenleg folyó együttműködésének. A műszaki vizsgálatok mellett további intézetek bevonásával biológiai hatásvizsgálatok is folytak. A gyártás megkezdése előtt a főbb részegységeket (például szivattyúk, ventilátorok, szórókeretek, porozó berendezés) 3000 órás fárasztó vizsgálatnak vetettük alá. A Kertitox gépek gyártása a két ország megállapodása alapján Magyarországon kezdődött meg. A következő évtizedben jelentősen fejlődött a növényvédelem, a munkák szakszerűsége javult. A gépekkel szem-

ben támasztott követelmények nőttek, a teljesítmények növelése mellett a munkaminőség javítása is előtérbe került. Ekkor kezdődött meg az agrokémiai körpontok kialakulása, amelyek a tápanyagpótlás mellett a növényvédelem műszaki színvonalának javítását is célul tűzték ki. Ebben a munkában az Intézet szakértőként működött közre, amely a tervezéstől a telephelyek helyszínének kijelöléséig terjedt. Kezdeményezőként léptünk fel a művelőnyomos szántóföldi technológia bevezetésében, a mikrogranulátum szórás meghonosítását az anyagjellemzők és a különböző rendszerű adagoló szerkezetek kölcsönhatásának tisztázásával segítettük elő. Számos intézmény (például OMSZ, Repülőgépes Növényvédelmi Szolgálat) bevonásával nagyszabású kísérlet sorozatot folytattunk a késő tavaszi fagyok elleni védekezésre alkalmas módszerek hatékonyságának tisztázására (2. ábra). Elsősorban a szántóföldi sorkultúrák állománykezeléséhez kezdeményeztük légszállításos, mai szóhasználattal levegő rásegítéses permetezőgép kifejlesztését, amely korát messze megelőzte, és a ma elterjedt légzsákos permetezőgépek korai változatának tekinthető. Ebben az időszakban már számos nyugat-európai és amerikai gép is vizsgálatra, majd az üzemekbe került (Tryco Super Floater magajáró szántóföldi permetező, Holder keresztáramú ventilátoros szőlőpermetező, Tifone magajáró kertészeti permetezők, Vicon szántóföldi permetező, RAU 3500 szántóföldi permetező, Mantis ULV permetező, WIPEA-PEST vegyszerkenő). A földi növényvédelem mellett jelentősen terjedt a légi védekezés is. A Ka-26 helikopterek megjelenése és elterjedése új lehetőséget teremtett, amely elsősorban a repülőtérrel szemben támasztott egyszerűbb igényekben, az előnyös repülési tulajdonságokban, és az állománykezeléseknél jelentkező jobb penetrációban, egyenletesebb fedettségben jelentkezett (3. ábra). Az 1980-as években a gépválaszték tovább nőtt, új hazai gyártók jelentek meg. A Veszprém Mezőgazdasági Gépgyári megkezdte a Novor 1005 szántóföldi permetezőgépek gyártását, később a Novatur és SP-2002 típusokkal bővítette választékát, a Herceghalmi Kísérleti Gazdaság pedig a


69


3. ábra: Fagyvédelmi kísérlet Figure 3: Frost protection experiment

4. ábra: Zártterű (alagút) permetezőgép Figure 4: Closed space (tunnel sprayer)

Huniper gépcsaláddal jelentkezett. Ugyanekkor a korszerű nyugati gépek már nagyobb számban kerültek alkalmazásra, a művelőnyomos technológia általánossá vált, korszerűsödött a permetezőgépek üzemeltetése, kiszolgálása. A nagyüzemi gépek kiszolgálását mobil permetlé keverő-töltő gépek (Pemix, Mobimix) segítették. A növekvő vegyszerárak hatására egyre nagyobb igény mutatkozott az anyagtakarékos megoldások iránt. A Kertitox permetezőgépekből és a Mobitox csávázó gépekből ekkorra már több tízezer darab kerül exportra. Az MGI ebben az időben foglalkozott többek között a permetezési folyamatok matematikai modellezésével, magasra növő növények művelőnyomos technológiájával, a gépek beállításával, karbantartásával, és javításával, szórófejek és fúvókák összehasonlító vizsgálatával, permetlé készítési eljárásokkal. A BME Mezőgép Tanszékével fúvóka osztályozó berendezés készült a hazai gyártó részére. Ekkor kapott az Intézet nemzetközi szabadalmat a zártterű permetezőgépre, amely felfogta a célfelület mellett elhaladó cseppeket, összegyűjtötte a folyadékot, és újra hasznosította (4. ábra). A vizsgálatok szerint kifejlett, folyamatos lombozat esetén a permetlé megtakarítás 20-30% volt, más esetekben ennél lényegesen nagyobb. A környezetbarát rendszer a szél elsodró hatását minimalizálta. A ma forgalmazott gépektől eltérően hátul légfüggöny volt kialakítva, amely a menetszél következtében hátul kiáramló cseppeket is vis�szatartotta. A rendszerváltás után a privatizáció, a birtokszerkezet és a feltételrendszer alapvető változása új helyzetet teremtett. A gépválaszték nagymértékben megnőtt, sajnálatos módon azonban nagy számban kerültek be az országba a nyugati országokban leselejtezett, nagyon rossz állapotban lévő gépek. Ezekkel megfelelő munkát legtöbb esetben nem lehetett végezni. Az új tulajdonosok nagy részénél a megfelelő szakértelem is hiányzott, a műszaki színvonalban nagy különbségek alakultak ki. Ebben az időben vált a növényvédelmi munkáknál elsődlegessé a környezetvédelem. Ez a gazdák érdeke is, hiszen például a szakszerűtlen, szükségtelen vegyszer kijuttatás felesleges kiadással jár, az elsodródás pedig kártérítési követeléseket vonhat maga után. Az Intézet ettől az időtől

fogva kezdeményezte a növényvédő gépek kötelező típusvizsgálatának és a használatban lévő permetezőgépek időszakos ellenőrzésének bevezetését. Kidolgoztuk a vizsgálatok rendszerét, korszerű, akkreditált laboratóriumot hoztunk létre, amely valamennyi mérés szabványos elvégzésére alkalmas (5. ábra). Tanulmányokat készítettünk, és közreműködtünk a kiürült növényvédő szeres göngyölegek kezelésének ártalmatlanításának megoldásában. Az új évezredben hatalmasra nőtt a permetezőgépek választéka, az utóbbi években már több mint 4000 típus szerepelt a kínálatban. A hazai és európai gépgyártók néhány kivétellel a főbb részegységeket már nem maguk fejlesztik, hanem ezeket arra szakosodott, elsősorban olasz vállalatoktól vásárolják, majd különböző kombinációkban összeépítik. A kivitel és a minőség persze nem azonos, jellemző, hogy kapható 200 ezer, és 80 millió forintos gép is. A magas árakat az is magyarázza, hogy jelentős számban terjedtek el a nagyteljesítményű magajáró és hidas gépek, gyakran bérmunka vállalkozók üzemeltetésében. A hidas gépek használatát elsősorban a kukoricabogár elterjedése tette szükségessé. A korszerű gépeken a szabályozás, irányítás, ellenőrzés már gyakran elektronikusan történik. Terjed az automatikus kormányzás, sorcsatlakozás, alkalmazásra kerül többek között a nyomkövető vonószerkezet, a többtengelyes, rugózott alváz, az elektronikus tartályszintjelző, a többfunkciós joystick vezérlés, és az automatikus keretmagasság szabályozás. Az MGI ebben az időszakban is számos fejlesztésben vett részt. A növényérzékelő berendezéssel felszerelt permetezőgép lehetővé teszi, hogy csak a lombozat irányában történjen permetezés, ezáltal 20-70%-os megtakarítást tesz lehetővé (6. ábra). A cirkulációs szántóföldi szórókeret biztosítja, hogy a permetezőgép az induláskor is teljes értékű munkát végezzen, ezáltal elkerülhető a helytelen dózis alkalmazása, és a visszafertőződés veszélye. A fertőzésarányos permetezésre alkalmas gép gyomtérkép alapján lehetővé teszi, hogy csak a fertőzött területek, és csak a szükséges mennyiségben kapjanak kezelést, a szélarányos permetező rendszer a szélsebesség állandó mérése alapján szabályozza a cseppméretet, és ezáltal mérsékli az elsodródást. Az elmúlt 60 év rövid áttekintése alapján megállapítható, hogy a növényvédelem gépesítése rendkívüli mértékű

70



5. ábra: Akkreditált növényvédőgép laboratórium Figure 5: Accredited plant protection laboratory

6. ábra: Növényérzékelő berendezéssel felszerelt vegyszertakarékos permetezőgép Figure 6: Chemical sparing sprayer equipped with plant detector

fejlődésen ment keresztül. Ebben az MGI igen jelentős szerepet játszott. Munkatársai ez idő alatt 470 kutatási és gépvizsgálati jelentést készítettek, több mint 2000 növényvédő gép és részegység különböző jellegű és mélységű vizsgálatát végezték el, 18 könyvet, egyetemi jegyzetet, illetve fejezetet írtak, mintegy 90 magyar és idegen nyelvű tudományos és 800 ismeretterjesztő publikációt jelentettek meg, több mint 1100 magyar és idegen nyelvű tudományos, egyetemi és ismeretterjesztő előadást tartottak.

Jelenleg a gyors technikai fejlődés korát éljük, remélhető, hogy ebben az Intézet az elmúlt időkhöz hasonlóan eredményesen tud részt venni. Jelentős feladat lesz a közeljövőben a permetezőgépek időszakos felülvizsgálatának bevezetése, amelyben az Intézetnek meghatározó szerepe lesz. Fel kell készülni a környezetvédelmi követelmények további szigorodására, az alkalmazható technológiák szabályozására, előírására, és továbbra is szükség lesz új, környezetkímélő védekezési műszaki eljárások kifejlesztésére.


71

Előadások angol nyelvű összefoglalói – Abstracts of papers

Poplar improvement supported by traditional and molecular genetic methods in the service of bioenergetics Attila Benke, Klára Cseke, Roland Takács, József Kámpel, Attila Borovics Forest Research Institute, Sárvár • [email protected]

The results of the poplar improvement having been carried on for more than a half century in the Forest Research Institute are a great number of certified poplar varieties and registrated cultivar candidates. Besides the improvement aimed at silviculture the Institute has been putting a great emphasis on the production of poplar varieties suitable for growing energy wood plantations by coppicing technology. Besides our major poplar varieties, the promising clones produced as a result of crossbreeding are also tested by clone trials established with this object. Our key aspects of trial are the hight and stem diameter growth, biomass yield per hectare, dry material content, survival, and resistance to pathogens. In the experiment established at Bajti in the spring of 2007, the certified ‚Koltay’ cultivar had an outstanding achievement according to growth parameters and biomass yield measured at the age of two years, and also the ‚778 ‚, ‚800’ and the ‚879’ test clones showed the highest rate of growth. The highest dry matter content was measured in the case of ‚879’ clones, while concerning the resistance to rust the ‚778’ clone proved to be the strongest. The above varieties proved to be suitable for growing energy plantations. The Institute is also experimenting on selection by molecular genetic markers (SSR, AFLP) and on the use of these markers in the interest of the protection of poplar cultivars.

Examinations of new propagation material production possibilities with miscanthus „halmaji”energy reed 1 University

Zsuzsanna Horváth1, Andrea Vágvölgyi1, Csaba Pintér2, Béla Marosvölgyi2 of West Hungary, Faculty of Forestry EMKI, Sopron • [email protected] 2 University of West Hungary Corporation Researcher Center, Sopron

The biomass-base energy-production in Hungary shows heavy development. In these days the people deal with the energy plantations many times, because the topmost stock of the residential and power plant biomass-base energy-production is the wood now, which comes from the home sustainable forest management. The two sector use together might wood. (more than 3,0 Mt/year). On further expansion let out (by 2020 6,0 Mt/year) the stock base too, therefore the energy plantations are the observed of all observers the in these days. We made our examinations with naturalized sublimation, perennial, herbaceous plant, which was the Miscanthus „Halmaji”. We dealed with development of technologies, which reproduction of the transplants are appropriate, because in Hungary this plant don’t bear core. In these days one of the most important problems is the location of the sewage sludge that is why we deal with the nutrient uptake of the Miscanthus „Halmaji”. In these examinations we observe the fixation of the heavy metal, because this plant can be use the filtering of the pollution.

Observations of biogas fermentation experiments in laboratory and pilot plant scale

Annamária Tukacs-Hájos1, Tamás Rétfalvi2, Judit Szendefy, Béla Marosvölgyi3 1 GázInnov Ltd., [email protected] 2 University of West Hungary Faculty Forestry Institute of Chemistry and Soil Science Department of Chemistry • [email protected] 3 University of West Hungary Cooperation Research Centre Non-profit Ltd.

During the research continuous laboratory and pilot plant scale fermentation experiments were carried out to discover the differences caused by the size rise. In course of the laboratory experiment we have been working with 1 litre volume sludge, we have prepared the digester based on the VDI German Patent. We have run the pilot plant experiment in a 4,1 m3 expedient volume and continuous fed plant. We have carried out the pilot scale experiment in the aim of technology planning which is base of a biogas plant planning. During the experiments we used the same raw materiel recipe in both scale. The raw materiel feeding was done twice a day in the laboratory scale and in every hour in the pilot plant scale. We registered continuously the quantity and the quality of the produced biogas. We examined the chemical parameters of the sludge twice a week (KOI, NH3-N, total P, volatile acid content, pH, and buffer capacity). In course of the experiments we have examined the gas yield potential and the comparability of the digested sludge content. This is reasonable because the costs of the laboratory fermentation are lot lower and in general terms it is easier to carry out. At the same time it is important that its results can be used in practice by biogas plant planning and operation. The experiments have run for three month. During the run we experienced that the problems occurred earlier in the laboratory scale than in the pilot plant, so there was enough time to come before the problems and the technology planning took shorter time. 72



The perspective of bio-methane in the domestic transport

Péter Jobbágy, Attila Bai, Lilla I. Juhász University of Debrecen, AMTC, GVK, Institute of Economy • [email protected]

In our article the refunding parameters of bus CNG recondition were compared with petrol operated cars and diesel operated buses. The production cost of natural gas qualified bio methane was estimated in case of different raw materials and plant scales. Finally the possibilities and conditions of bio methane utilization were predicted.

Estimation of Ethanol Yield Potential in corn fermentation experiment 1 University

Péter Sipos1, Sándor Nógrádi2, Zoltán Győri1 of Debrecen Centre of Agricultural Science and Technology, Debrecen • [email protected] 2 Servitec Ltd., Tata • [email protected]

Estimation of the Ethanol Yield Potential (EYP) in corn (Zea mays) had been studied by both, wet chemical analysis and Near Infrared Spectroscopy (NIR) methods. 136 different corn samples, with different genetical properties, grown in the Hajduság region had been analyzed. We found that there is a strong correlation between starch content and potential ethanol yield, likewise the potential ethanol yield also can be estimate by spectral analysis. The developed NIR calibration can be applied to the rapid monitoring in the practice, as the results of validation on independent sample population prove it.

Biofuels from agricultural products

Tamás Kasza, Csaba Tóth, Jenő Hancsók University of Pannonia, Institute of Chemical And Process Engineering, MOL Institutional Department of Hydrocarbon and Coal Processing, Veszprém • [email protected]

At the Institutional Department of Hydrocarbon and Coal Processing of the University of Pannonia more than 10 years ago systematic research and development activity was started to produce biofuels from agricultural products and different waste matters. In this publication the classification of biofuels worked out by the authors and the results of experience on different areas of biofuels will be presented. At the Department the areas with highest priority are: (1) Investigation of the utilisation possibilities of the vegetable oils and vegetable oil-gas oil mixtures as Diesel fuels; (2) Working out of the modern production methods of fatty acid methyl esters with special attention to enzyme catalytic transesterification; (3) Investigation and production of bio-ethanol/diesel gas oil emulsion; (4) Isomerisation/hydrocracking of Fischer-Tropsch paraffins to synthetic bio gas oil with high cetane number and to base oil with high viscosity index; and (5) Special hydrocracking of feeds with high triglyceride content (conventional and ennobled vegetable oils, used cooking oils and fats, greases from meat-packing and leather-work, etc.) to bio gas oil (mixture of iso- and normal-paraffins). In this publication the latter topic will be discussed in detail from the recognition to developing of the product. The excellent performance properties of the bio gas oils (cetane number: 70-95, cold filter plugging point: between -10 and -25°C, sulphur content: 1 mg/kg, aromatic content: below 1 %, etc.) will be presented compared to bio-diesels and diesel-fuels.

High performance multifunctional setting machine and the development of the setting technology 1

Péter Aranyos1, Ferenc Gyurátz2, Dr. Béla Horváth3 NyME-ERFARET, 2 Bagodi MEZŐGÉP Ltd., 3 NyME-EMKI • [email protected]

The energetic utilization of woody biomass went trough a dynamic developed in the last years in Hungary. The power plants and personal consumption engross most of the possible energetic wood-stock of the traditional forests. Some reserve remains from cutting section secondary product and the lower woody plant levels of floodplain forests. The enlargement of energy production based on biomass can be carried out by new plantings (energetic tree plantations, energy-forests). For the desired realization rate of these plantations must depend on appropriate mechanized background, which offers a good market for the use of assembled machines. The tendencies all over Europe are similar. The results of the development – the assembled machines – are able to enter the common market as well. The MEZŐGÉP Agricultural Machine- and Metal-structures Manufacturing Ltd. competed successfully for grant in the GOP, in the theme for developing a general-purpose, high performance cutting machine and setting technology. In this program, one part of the research and development duties would be made in the cooperation of the University of West Hungary EMKI and the FVM MGI. Studies of research and development are engaged in the manufacturing, examining, testing of the multi-purpose, high performance experimental machine and the shaping of the setting technology. The reason is to create a safe technical background for the planting of energy-forests and energy tree plantations. The presentation shows the results of the research and developments up to the present. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

73


Functional experiences and expansions of the biodiesel factory of Mátészalka

Zsuzsanna Szántó, Szabó-Sinóros B. Centre of Agricultural Sciences and Engineering, University of Debrecen, Institute of Land Utilisation, Technology and Regional Development • [email protected]

Tendentious growth of energy-need is tipical of the whole world. We need more and more renewable natural resources and biofuel since fossil fuel run out slowly. Because of this import-dependence of our country may decrease and energystability may increase. Transport is one of the largest contamination emitter so we have to take action to save our environment. There is lots of chance in Hungary. In last years we achieved good results internationally in sunflower cultivation. In future the starting row material of biodiesel production may also be sunflower besides rape. At present in the biodiesel factory of Mátészalka make experiences to start own compactor section, where they extract the SWO row material from black oil sunflower so the row material production may be solvable on the spot. Hungary like member of EU has to achieve the prescribed compulsory fuel mixing rates. Bio-fuel proportion due to increase in the next years.

Enzyme-catalyzed transesterification of triglyceride containing feeds

Sándor Kovács, Jenő Hancsók University of Pannonia, Department of Hydrocarbon and Coal Processing, Veszprém • [email protected]

The aim of our experiments was to investigate the possibilities of the enzyme catalyzed transesterification of Hungarian, appropriately pre-treated triglyceride containing feed in solvent-free medium. Transesterification efficiencies of three commercially available immobilized lipases (Candida antartica (Novozym 435), Rhizomucor miehei (Lipozyme RM IM) and Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL IM)) were investigated (temperature: 30-70°C, methanol:triglyceride molar ratio: 4:1, amount of catalyst: 6-12% based on the amount of the total reaction mixture, methanol feed: more than 1 portions). Based on the properties of the products we established that yields of the methyl ester phases and their methyl ester contents were significantly different in case of the applied lipase enzymes. The highest product yields (>95% of the theoretical value) and methyl ester content (>98%) were achieved by the application of Candida antartica (Novozym 435). The quality properties – except the CFPP values – of these biodiesels satisfied the requirements of the EN 14214:2003 standard.

Increasing the stability of bioethanol/gas oil emulzions

Gábor Marsi, Gábor Nagy, Jenő Hancsók University of Pannonia, Institute of Chemical and Process Engineering, Department of MOL Hydrocarbon and Coal Processing, Veszprém • [email protected]

The limit of application of bioethanol/gas oil emulsions is their stability problems, which is effected by numerous factors (hydrocarbon composition of base gas oil, temperature, water content of bioethanol, presence of co-solvent and quality and quantity of applied additive). Therefore the aim of our research work was to prepare bioethanol/gas oil emulsions which are stable at low temperature (-15°C) and in presence of water (3.0-5.0 v/v%) by the application of originally structured additives, and co-solvents (fatty acid alkyl esters and different carbon number bioalcohols). We found that the application of 5v/v% fatty-acid-methyl-ester as co-solvent bioethanol/gas oil emulsion containing 6.0 v/v% bioethanol could be produced which was stable at -15°C. By the application of originally structured additive (polyisobutene-succinicacid based additives contained fatty-acid-methyl-ester as molecule-component) the emulsion was stable even when water content of the applied bioethanol was 5v/v%.

Methane getting from different kind of organic materials under the experimental circumstances

Emese Szabó, Valéria Nagy Szolnok University College Technical and Agricultural Faculty, Mezőtúr • [email protected]; [email protected]

The projects of renewable energy production and utilization which are based on connecting of technological processes are among R&D&I theme which enjoy priority. Renewable energy with methane content can be produced by anaerob degradation from any kind of organic waste. Organic wastes and by-products arise abundantly in agriculture. In Szolnok University College Technical and Agricultural Faculty in frame of more projects we made biogas experiments with different kinds of organic wastes. We tested that the given recipes how influence the commencing of biogas production, the evenness of production, the quantity of biogas and its methane content. To admix the biomass and applied microbiological treatment enhanced biogas and methane production were referred volume of fermentor that can make for betterment of financial indicators of the biogas plants in practice. 74



Renewable energy from agriculture

László Magó, József Hajdú, László Fenyvesi Hungarian Institute of Agricultural Engineering, Gödöllő • [email protected]

The energy crisis on the world draws the attention to the energy sources which can be produced by the agriculture. The lasting energy deficiency can be replaced with the big mass of biomass gained mostly from the agriculture and forestry The agriculture would be capable to cover 10 % of the country’s energy needs from renewable energy sources on a middle term. A new power generating section of the agriculture takes shape across Europe in the immediate future expectedly, that may contribute in a considerable measure to the reduction of the energy deficiency collaborating tightly with the energy producer’s and the service provider’s sections of the countries, while he secures new revenue source.

Energy willow as an alternative in the field of bioenergetics production

Tímea Szecsei, Lajos Salamon University of West Hungary, Faculty of Agricultural and Food Sciences, Institute of Business Economics and Management Sciences, Mosonmagyaróvár • [email protected]

The role of non-food production especially within bioenergetics production is getting more and more significant in accordance for the strive of energetics, agriculture and environmental protection in the European Union and Hungary as well. The favourable environmental capabilities of Hungary are providing a possibility in the growing huge amount of biomass, accordingly it can be seen as an ascendant tendency by renewable energy processing too. One of the main directions is establishing energy plantation with short cut rotation. In this category can be rated the energy willow (Salix niminalis Sp.) which can denote an alternative among the others by supplying the growing energy demand and furthermore help in the cultivation of areas with unfavourable conditions (water pressure, dead water) and environment friendly placement of liquid manure resulting from animal farming. The goals of examination are to get a broad picture of cultivation possibilities and profitability to take into consideration the domestic subsidy system. Keywords: biomass, bioenergetics, energy willow

Biogas in Slovenia Tomaž Poje Agricultural Institute of Slovenia, Department of Agricultural Engineering • [email protected]

In Slovenia already exist and are under construction a greater number of agricultural biogas plants. They utilize slurry as basic substrate and energy crops for higher recovery of biogas. A growing number of biogas plants have developed mainly on account of a relatively favourable feed-in tariff system. Biogas production in Slovenia is limited to 70 MWe with regard to agricultural production potential Slovenia. Keywords: agricultural, biogas, state, potential of biogas, feedin tariff, Slovenia

Possibility of exhaust gas emissions reduction by using biodiezels M. Tomic, L. Savin, T. Furman, R. Nikolić, M. Simikić Faculty of Agriculture in Novi Sad, Novi Sad, Serbia • [email protected]

The reduction of natural resources of fossil origin, significant environmental pollution and political instability of most oil exporters contributed to the necessity of finding solutions for their substitution with some other alternative fuels. There is a number of undesirable substances which could be found in the products of SUS engine combustion: carbon monoxide, Nitric Oxides (NOx), uncombusted carbon hydrogens CH , coke particles (soot, black smoke), fragrant substances, lead, sulphur compounds. With the aim of identifying the influence of different fuel types on the change of exhaust gas emissions, there were investigations of standard fuels of fossil origin (D-2 and Euro Diesel), biodiesel and their mixtures (D-2 fuel containing 50 and 20% of biodiesel, Euro Diesel containing 50 and 20% of biodiesel) that were carried out at the Faculty of Agriculture in Novi Sad, Department for Agricultural Engineering. The investigations were conducted at different revolutions (r.p.m.) and different engine loads. Keywords: fuel, exhaust gas, emissions

Technical novelties, possibilities of pesticide saving

Imre Kalmár Szolnok University College Technical and Agricultural Faculty, Mezőtúr • [email protected]

We started to make experiments more than ten years ago with different types of Hungarian and import sprayers. Our last OTKA project number is T-042594, title is „The possibilities of reduction of pesticides by spraytechnology”. Test results in plantations proved the advantages of using of new technology methods compared to the using of traditional sprayers. The modern technics resulted more favourable pesticide deposition on the leaves next to application of same quantity of pesticides than traditional sprayers. The coverage was proper when we reduced doses of spray so we could work with less quantity of pesticide. Mezőgazdasági Technika, 2010. január

75


Periodical inspection of sprayers in Hungary

Zoltán Gulyás, László Kovács Hungarian Institute of Agricultural Engineering (HIAE), Gödöllő • [email protected]

The periodical inspection of sprayers (field crop sprayers, air-assisted sprayers) in use with a tank volume of more than 100 dm3 is in good working order in most of european countries. The system for regular inspection of sprayers doesn’t work yet in Hungary. To solve this problem it would be necessary to modify the order 5/2001. (I.16.) FVM for plant protection. In that case the periodical inspection of sprayers will be mandatory in Hungary.

Modern devices in the plant protection applications-technology

Béla Pályi University of Pannonia Georgikon Faculty, Department of Agricultural Mechanisation, Keszthely • [email protected]

The effective plant protection constitutes a basic elements of the economic and safe plant production. Beside even the most modern chemicals new techniques and methods are necessary to ensure uniform covering of the crop surface with the chemicals, and by this to decrease yield losses. Considerable amount of chemicals can be spared and decreasing of environment pollution can be achieved by using of air-assisted sprayers, and target sensing site specific methods by seriousness of the infection.

Plant protection aspects of the short rotation energy forest András Koltay Research Institute of Forestry, Forest Protecting Department • [email protected]

Short period energy purpose plantations are more extreme sites than regular plantations, because of the very high tree density, what means high danger of forest-protection problems. Frequent cuttings result in mass amount of wounds, which are infectional gateways for forest pathogens and pest insects. These conditions are suitable for the fast spread of pathogens, even for the occurrence of explosion-like calamities. The attack of pathogens and pests may cause mass decay of trees, or significant increment loss, which means, that the management of these plantations may become uneconomical. According to our judgement, the use of inland tree breeds or naturalized breeds carries less danger, because reliable and controllable research results are available about these breeds, and about their relation system to local pests and pathogens. It seems that poplars, willows and black locust are the suitable tree species for energy plantations. From the point of plant-protection, the continuous weed control is very important. Besides, time to time many fungus or insect pest may appear in a mass outbreak, which outbreak potentially threatens the plantation, and requires swift actions. Plant-protection must be a very important issue in energy plantations to preserve productivity and profitability.

The mechanization of plant protection development in the light of the mgi activities György Dimitrievits Hungarian Institute of Agricultural Engineering (HIAE), Gödöllő • [email protected]

In Hungary, the mechanization of the plant have developed in the 1950s. At the time, developed a large-scale farms, plant protection stations were set up, flight organization, began the production of the plant protection machinery in large series. MGI is the beginning played a key role in development: based on the literature, consultations, studies and basic research the MGI made proposals in the development and practical application of machines. In the next two decades the production capacity diverged, and as a result of the significant developments modern, high-performance machines were made. From the KERTITOX sprayers and Mobitox seed dressers tens of thousands of pieces were exported. The Institute next to these developments, worked in against freezing protection, electrostatic spraying, ULV, with chemical painting, spray solution production as well. The national cooperation and international relations at this time has increased significantly. Air assisted field sprayer was developed, based on the patents to the first tunnel sprayer. After the system change has increased significantly the machine range and environmental significance. Spread self propelled high-performance primarily bridge sprayers. At this time, was launched the approval testing of plant protection equipment. For the tests a modern, accredited laboratory designed, where we began tests. With our cooperation had been made the chemical spar, environment friendly, plan detector equipped spryer, as well as infection and wind commensurable field sprayer. Over the past decades the MGI team published the results of research works in number of books, scientific and educational articles, lectures were presented in the Hungarian and foreign languages. 76


Fenntartható bioenergia-termelés fiatal kutatók a bioenergetikában

Recommend Documents