Gázmotorok emisszió-csökkentése és hulladékhőhasznosítása alga- növény- és haltermelésre
Dr. Stündl László egyetemi docens Debreceni Egyetem MÉK „A Biogáztelep hulladék CO2-jének, -szennyvizének, és -hőjének zárt ciklusú újrahasznosítása biomasszával” c. projekt - 1. nemzetközi Workshop Budapest, 2014. április 28.
Az integrált multitrofikus akvakultúra (IMTA) előnyei 1) Környezeti és gazdasági szempontból egyaránt fenntarthatóbb gyakorlat (integrált rendszerek, faj- és korcsoport-specifikus takarmányozás, elfolyó víz tisztítása/hasznosítása, növény- és enegriatermelés) 2) Alacsony vízfelhasználású, -kibocsátású és üzemeltetési költségű zárt rendszerekre létesítése lehetéséges (energiahatékonyság fokozása, kisebb kiszolgálási, növény/állategészségügyi kockázat és költség) 3) A városokhoz/piacokhoz közeli termelés (kisebb logisztikai költség, kedvezőbb környezeti hatás „ökológiai / karbon lábnyom”, folyamatos ellátás) 4) A termékek minőségbiztosításának, nyomonkövethetőségének és címkézési sztenderdjeinek kialakítása lehetséges, jó példák rendelkezésre állnak 5) Ezek hosszútávú társadalmi és gazdasági előnyöket hordozó tevékenységek (jövedelem diverzifikáció, szocioökonómiai hatás – munkahelyek megtartása)
DE AGTC Halbiológiai Labor
18 db 450 l-es halnevelő medence; 20 db 90 l-es ivadéknevelő medence 15 db 180 l-es akvárium; 1 db 2,8 m3-es tárolómedence; 14 db 8 l-es keltető (Zuger) üveg; 5 db 200 l-es Zuger ballon (Zb). 1 db 450 l-es kerekesféreg nevelő rendszer
Vizsgált halfajok Barramundi (Lates calcarifer) - elterjedési területe Dél-kelet Ázsia és Ausztrália Vörös árnyékhal (Sciaenops ocellatus) - Észak és Közép Amerika partvidékén honos Hibrid csíkos sügér (M.Saxatilis x M. Chrysops) Észak Amerikában kialakított fajhibrid
A fajok termelésének előnyei: – Kiváló húsminőség: szálkamentes, ízletes, fehér húsú halfajok – Gyors növekedés és kedvező húskihozatal – A környezeti tényezőkkel (sótartalom, hőmérséklet) és a termelés technológiai elemeivel szemben ellenállóak
Algatermelés
Akvapónia
Főbb eredmények • A Halbiológiai Oktató- és Kutatólaboratóriumban kialakításra került: ▫ Édes vizű és sósvizes recirkulációs lárva- és utónevelő rendszer ▫ Alga-reaktor, illetve speciális élő eleség (Rotatoria, Artemia) előállító egységek • Elért kutatási eredmények: ▫ Kedvező biológiai hatású mikroelemekkel dúsított élőeleségek előállítása, ezeknek a hallárva termelési paramétereire gyakorolt hatása ▫ Beltartalmában (vitaminok, nyomelemek, egyéb takarmánykiegészítők) gazdagított tápok kifejlesztése, faj- és korosztály-specifikus tápreceptúrák kialakítása ▫ A komplex lárva- és ivadéknevelési technológia (takarmányozás, tartástechnológia, kritikus vízminőségi paraméterek meghatározása, stb.) ▫ Funkcionális haltermék-prototípusok előállítása ▫ A halhús mellékíz-mentesítés és fogyasztói attitűd vizsgálatok ▫ Piac- és komplex gazdasági elemzések
Algabioreaktor
Kombinált termelés Gázmotor Termékek
Ráfordítások Biogáz, termálvíz (CH 4 tartalom)
Haltakarmány, kiegészítő anyagok
Elektromos energia
Gázmotor
Biodízel, Hőenergia, CO
2
Víz, tápag.
EPA, DHA, fehérje, stb
.
Alga bioreaktor
Hő - és elektromos energia
Akvakultúra
Víz
Hidrokultúrás egység
Víz, tápanyagok Alga fehérje (takarmány)
Haltermékek
Zöldség, dísznövény, stb.
Akvakultúra
Hidropónia
Metán égése • Égése tökéletes, mivel a C tartalom nem magas (CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O) • Égéshő: 55,50 MJ/kg, 890 kJ/mol, fűtőérték: 55,50 MJ/kg • Energiatartalom: 9,94 kW/m3, ~ 1 l tüzelőolaj energiája • Átalakítás: villamos energia 25-42%, termikus hatásfok 40%, kogenerációs berendezések össz. hatásfoka > 75% ! • Energiatermelés: 2,5-4 kW/m3 villamos és 4 kW/m3 hő
Az algák lehetséges felhasználása • Táplálkozás: astaxanthin, béta-karotin, többszörösen telítetlen (Omega-3) zsírsavak DHA and EPA; • Gyógyszeripar: gyógyászati célú fehérjék, vírus, mikroba és gombaellenes készítmények, neuro-protektív termékek; • Hidrokolloidok: agar, alginát, karragén; • Takarmányozás: hal-, rák-, kagyló- és más állati takarmányok; • Ipari felhasználás: színezékek, kenőanyagok, biopolimerek, bioműanyagok.
Alga fotobioreaktor
Jellemzők: • A fotobioreaktor a gázmotorból kikerülő füstgázt fogadja • A 8 db 75m3-es egység méretezése az előzetes mennyiségi kalkulációk alapján történt • A rendszer kétrétegű fóliasátorban van (alapterület: 15x60 m) • A medencéket egyenként fedettek • A reaktorokban a világítás LED-technológiával (is) történhet. • Az alga letermelése 10-14 naponta lehetséges
Kalkuláció (600 m3-es kísérleti medencés reaktor) • Termálkút: 240 m3/nap vízkivétel • Gáztartalom: 11-12 m3/h CH4 elégetésével 22-24 kg/h CO2, ez éves szinten 192 t CO2 felhasználás
kg/m3/ nap
0,22 0,11 0,14 átlag 0,16
Chlorella sp. Scenedesmus sp. Dunaliella sp.
Biodízel 10-14 n. 10-14 n Fehérje10-14 n Kivonható liter/10-14 fehérjesz.a. tart. átlag nap/600 hozam kg/ hozam hozam kg olaj % (%) m3 600 m3 kg/m3 sza/600 m3
3,02 1,26 1,68 1,99
1814 756 1008 1.193
22,5 16,3 7,5 15,4
408 123 76 202
62,7 59,2 61,0 61,0
1137 448 614 733
• Ebből keletkező termék: 0,16 kg/m3/nap alga biomassza (Chlorella sp. Scenedesmus sp. és Dunaliella sp. vegyesen), • Ebből olaj (15,4 % sz.a.) és fehérje (60,95 %sz.a.) tartalom esetén: 8.300-8.400 l/év olaj és 26-27 t/év a fehérje hozam
Az akvapónia • Az akvakultúra és a talaj nélküli növénytermesztés (hidropónia) kombinációja • Rendszere egy mesterséges, recirkulációs ökoszisztéma, amelyben a bakteriális folyamatok alakítják át a halak által termelt hulladék anyagokat növényi tápanyagokká • Környezetbarát, természetes élelmiszer előállítási eljárás, amely hasznosítja az akvakultúra és a hidropónia legjobb tulajdonságait
„raft” rendszer (tankkultúra)
szubsztrát (ár-apály) rendszer
Haltermelő modellrendszer Nyomótartály
Mechanikai biofilter szűrő
Mecha.szűrő
Nyomótartály
Mechanikai biofilter szűrő
Hozam: 30-32 t/év
Biofilter Nyomótartály
Tak.felhaszn.: 40-45 t/év)
Jellemzők: • A haltermelő modellrendszer 12 db 50m3-es egységből áll • A technológia kialakításánál az alacsony beruházási költség, egyszerű és biztonságos üzemeltetés és a minimális környezeti terhelés együttes biztosítása a cél. • A technológiai víz mechanikai és biológiai tisztítása során keletkezett nitrogén és foszfortartalmú melléktermékek hasznosítása a növénytermelő egységben történik meg. • A rendszert kétrétegű fóliasátorban van (alapterület: 15x60 m).
Hidropóniás kertészeti egység
2 egység (4 db sátor)
Megnevezés
Menny Ter. Hozam (kg/m2/év) m2 kg/év Paradicsom 50 320 16 000 Paprika (kaliforniai) 25 320 8 000 Uborka 80 320 25 600 Fejes saláta 50 400 20 000 Jégsaláta 35 400 14 000 Bazsalikom 20 200 4 000 Korainder 15 200 3 000 2160 90 600
Jellemzők: • 20 db 60m2-es „raft” (tank) és 24 db 42m2-es szubsztrát (ár-apály) egység (össz. 2.160 m3) • Salátafélék, zöldség- és fűszernövények szóba jöhető összes fajának/fajtájának kísérleti termesztésére. Az akvakultúrából származó napi 10% (kb. 60 m3) mechanikai szűrlet hasznosítása (nem a teljes haltermelési technológiai víz) • 4 db kétrétegű fóliasátorban elhelyezve (alapterület: 4x15x60 m).
Fejlesztési tervek (2014) Nyitott algamedencék (36m3/medence)
Akvakultúra labor (recirkulációs rendszer)
Külső („hideg”) halnevelő Hirdopóniás növényház (220 m2 termesztő felület, 58 m3, szubsztrát és „tutaj” rendszer) (5-30 m3 medencék)
+ megújuló energiák
Várható eredmények • Új környezetbarát technológia: alacsony beruházási és üzemeltetési költség, modul rendszer • Új környezetbarát termék: fenti technológiával előállított algaolaj- és algafehérje, halak és zöldségfélék • Új környezetbarát szolgáltatás: a szerzett tapasztalatok és kidolgozott technológia alapján szolgáltatásként hasonló telepek tervezése, kivitelezése (know-how és folyamatos szaktanácsadás tenyésztési/termeszetési alapanyag és takarmány biztosításával)
Konzorcium • Debreceni Egyetem MÉK • NNK Környezetgazdálkodási Kft. • Földes-Therm Kft.
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
