Hungarian developments of biomass projects. (Dr. Marosvölgyi, B. – Vityi, A.) Hungarian Biomass Association (Sopron / Hungary) (
[email protected],
[email protected]) Recently, the utilization of the renewable energy sources can hardly reach a ratio of 3,6%. Simultaneously, renewable energy sources get more and more important role in the national energy-policy. By the year of 2010, 3,6% of electric power and 6-7% of the total energy is planned to come from renewable resources. (At present the ratio of renewable-origin electric power is 0,7%). This requires the energetic utilization of biomass in the first place. Previously, the use of mainly primer-biomasses (wood and vegetable waste from agricultural areas) was typical. In the first period (the 1980s), there were large improvements in the Hungarian wood processing and agricultural plants. Next to a total capacity of 100 MW heat power had been realised, based on firing solid biofuels (wood waste, vegetable residuals). In the second period of development program improvements begun in public heat supply. Woodchip-based small and medium scale heat plants were built, with a total capacity of 40 MW. In the past 5 years, there was no significant development in heat production. Furthermore because of the special economical conditions of public heat supply - the rentability of wood-chip based heat plants has been decreasing. As a result of the changes occurred in the Hungarian wood industry and agricultural plants, some biomass-based heat plants were liquidated. At the same time, a most meaningful development has begun in electric power production on wood base. Between 2003 and 2005, tree of the former coal-based power plants had been changed over wood-chips. Their total capacity is 100 MWe. The waste heat generated in the process of power production is used in public heat supply. The fuel-demand of the tree plants is about 800 000 t/year energy-wood. By the realisation of these plants, Hungary made a large step ahead the "green" development of the national energy-sector. In the next period, large improvements are expected. With regard to the EU-regulation on renewables, the right valuation of biomass-based energy production and its correct recognition (as a way of contribution to proper land use, rural development, new places of work, etc.) may be realised in the near future, in Hungary. In the developments advised by the scientists, the utilization of secondary and tertiary biomasses is also included. The results of analyses show that Hungary has a large potential of biomass, which can be even enlarged by growing energy plants (wood and other vegetables). Besides, there are a major potential of secondary and tertiary biomasses. The role of the technologies by which waste problems can be also solved (eg. biogas production from waste biomass), is also expected to grow. The recently available stock-base would be enough to reach the ratio of 12% of biomass in the domestic energy supply. In the long term, even the ratio of 17-20% seems to be realisable. BEVEZETÉS: A megújuló energiák és energiahordozók magyarországi felhasználása alig éri el a 3,6%-ot. Az ország energiapolitikájában a megújulók szerepe n_. 2010-ig a villamos áram-
termelésben a 3,6%-ot (jelenleg 0,7%), a teljes energiafelhasználásban a 6-7 %-ot tervezik elérni. Ehhez mindenek el_tt a biomasszák energetikai hasznosítása szükséges. Korábban csak az els_leges biomasszák (fa, mez_gazdasági növényi melléktermékek) felhasználása volt a jellemz_. A jelenlegi elemzésekben már a másodlagos és a harmadlagos biomasszák is szerephez jutnak. Az elemzések azt mutatják, hogy a szilárd biomassza-bázis igen jelent_s, s_t a készletek az energia-növnyek (fa és egyéb) termesztésével fokozható is. Emellett igen nagy potenciál áll rendelkezésre a másodlagos és a harmadlagos biomasszákból. Várható, hogy a hulladékhasznosítást is eredményez_ technológiák (biogáztermelés) a korábbinál lényegesen nagyobb szerephez jut. A készletek már a jelenlegi szinten is lehet_vé tennék azt, hogy a biomassza-bázisú energiák a hazai energia-felhasználásban elérjék a 12%-ot, de hosszabb távon 17-20% sem lehetetlen. HELYZETELEMZÉS: Napjainkra kiemelt fontosságúvá vált a megújuló energiahordozók mez_gazdasági el_állításának a vidékfejlesztésre gyakorolt pozitív hatása is. Ez mindenek el_tt a munkahelyteremtésben, a helyi energiaforrások kihasználásában, a vidéki lakosság életmin_ségében nyilvánul meg. Magyarországon a hatások sora egy további fontos elemmel b_vül. A korábbi, hagyományos, intenzív mez_gazdasági tevékenységgel el_állított termékek értékesítési lehet_ségeinek-, illetve az értékesítéssel elérhet_ bevételek csökkenése miatt fokozatosan (mintegy 1-1,5 millió hektáron) az eddigi hagyományos növénytermesztést_l eltér_ más hasznosítási lehet_séget kell találni. Magyarországon a 2003. évi állapot szerint a 3,3-3,6%-os részarányt képvisel_ megújuló energiahordozó-felhasználás struktúráját az alábbi táblázat ismerteti: Megújuló energiafajta
Villamosenergia-termelés
H_hasznosítás
GWh
TJ/év
TJ/év
T_zifa
96,9
Egyéb szilárd hulladék
-
Szeméttelepi biogáz Települési szennyvíz gáz
969
24 000
-
3 000
2
20
12
11,2
112
120 40
H_szivattyú
-
-
Egyéb növényi hulladék
-
-
Szemétégetés Összesen
3 870
58,2
582
480
168,3
1683
31522
Forrás: Bohoczky Ferenc (2004)
A megújuló energiaforrások közül a biomassza felhasználása a legnagyobb, és a jöv_ben is meghatározó szerepével számolunk. A bemutatott megújuló energiák és energiahordozók között meghatározó szerepe a geotermiának és a biomasszának van. Elemzésünk a biomasszával kapcsolatos.
2
350
300
300 250
Potenciálisan felhasználható
200
Jelenleg hasznosított
150 58
50
28
28
5
0,7
7,2 0,006
Sz
ia rg ne íz e V
m
él
. sz a
ap N
Bi o
G
eo
te r
m
ia
0
0,01
z.b õv
4
3,2
as
50
Bi om as
100
Forrás: Bohoczky, F. (2004), Dr.Marosvölgyi, B. (2004) A megújuló energiahordozók jelenleg hasznosított ill. potenciális bázisai (PJ/év) Magyarországon.
A BIOMASSZA-BÁZIS FELMÉRÉSE. A biomassza, gy_jt_fogalom a mez_gazdaságból, erd_gazdálkodásból és ezekhez a tevékenységekhez közvetlenül kapcsolódó iparágakból származó termékek, hulladékok és maradékanyagok (a növényi és állati eredet_eket is beleértve), valamint az ipari és települési hulladékok biológiailag lebontható részét jelenti. A biomassza-fajtákat az energetikai hasznosítás szempontjai szerint a következ_k szerint csoportosíthatjuk: Els_leges biomasszák: Növényi eredet_ f_- és melléktermékek Változatlan anyagú és homogén feldolgozási eselékek (darabok, maradványok) Stb. Másodlagos biomasszák: Konzumensek ( az els_leges biomasszák fogyasztói) biomasszája Biomassza-jelleg_ melléktermékek (állattartás) Biomassza-feldolgozási melléktermékek Harmadlagos biomasszák: Biomassza-jelleg_ hulladékok Nem homogén biomassza-feldolgozási melléktermékek Recycling (visszaforgatott) biomasszák. Korábban a biomassza energetikai hasznosítása témakörben mindenek el_tt az els_leges, és ott is a melléktermék-jelleg_ (t_zifa, szalma, f_részpor, napraforgó-héj, stb.) biomasszákat említettük, mindenek el_tt a h_termeléssel kapcsolatban. Napjainkban az élelmiszertermelési technológiák (ezen belül az állattartás), valamint a hulladékgazdálkodás 3
követelményrendszerének fejl_dése lehet_vé teszik, hogy a másodlagos és a harmadlagos biomasszák ártalmatlanítása energia-termeléssel komplex módon valósuljon meg. Ennek következtében a jöv_ben lényegesen több biomasszát használhatunk fel energiatermelésre. A biomassza-bázisú energiatermelésnek ma már igen sokféle és alapvet_en különböz_ módjaival számolhatunk: A biomassza direkt égetése H_termelés céljából H_termelés áramtermelés céljával Energiatermelés kapcsolt h_- és áramtermelésben ( kogenerációban) Energiatermelés kapcsolt h_ és áramtermelésben, +h_hasznosítás h_tésre (trigenerációban) A biomassza-bázisú gáztermelés Anaerob pirolízissel (termikus bontással, oxigén kizárásával) Aerob pirolízissel (termikus bontással, kis légfelesleggel) Rothasztás (fermentáció) A biomassza-bázisú hajtóanyag-el_állítás RME (repcemetilészter el_állítása olaj-sajtolással és észterezéssel) Bioalkohol (erjesztéssel) Piro-olaj el_állítása (gyors-pirolízissel) Biomassza-bázisú szilárd energiahordozók el_állítása Termikus eljárással (szenítés) Energetikai tömörítvények el_állítása (pellet, biobrikett, stb.) A sokféle, ma már gazdaságosan alkalmazható technológia ismeretében újra fel kell mérni biomassza-potenciálunkat, mert ennek ismeretében határozhatók meg azok a f_ fejlesztési területek és irányok, melyeken és amelyekben az EU belépéssel vállalt, illetve korábbi nemzetközi kötelezettségeinknek eleget tehetünk. A biomassza-bázis felmérése nem egyszer_ feladat. Ennek oka az, hogy a statisztika a melléktermékek és hulladékok esetben nem tesz különbséget biológiai- és nem biológiai eredet_ hulladékok között, illetve néhány esetben a melléktermékek és a f_termékek változó megítélést kapnak. (Pl. az erd_gazdálkodás termékei között szerepel a t_zifa, holott ez a kényszerválaszték nyilvánvalóan melléktermék, és csak azért termelik, mert a fa bizonyos részeib_l ipari célú választék nem termelhet_.) Viszonylag könnyen becsülhet_ az erd_gazdálkodás és az agrárium primer biomasszája, mert állandó elemzések folynak a f_- és a melléktermék arányainak meghatározására. Nehezebb feladat a másodlagos biomasszák mennyiségének meghatározása, mert ebben a kategóriában a kutatók is különböz_ csoportosításokban gy_jtik az adatokat, illetve azért, mert több melléktermék a korábbi (EU-n kívüli) gazdálkodási rendszerben más besorolásba került. A legnehezebb a harmadlagos biomasszák bázisának meghatározása, ami azért jelent gondot, mert minden bizonnyal ez a biomassza-bázis lesz a jöv_ben a legnagyobb és gazdasági szempontból is a legjelent_sebb. A becsléshez három fontos területet célszer_ elkülöníteni, nevezetesen 4
az élelmezéssel kapcsolatos (korábban takarmányozásra használt) hulladékok a szennyvíztisztítás melléktermékei (szennyvíziszap), a kommunális hulladékkezelés szerves bomló anyagai. A felsorolt problémák természetesen a biomassza-potenciálra vonatkozó becslések pontatlanságát eredményezik, de közelít_ adatok is sokat segíthetnek a téma helyének és szerepének meghatározásában. Ezzel a céllal készítetünk egy összeállítást. AZ ÚJABB FELMÉRÉSEK EREDMÉNYEI. Az FVM legújabb felmérései alapján ma már egy –a korábbinál szélesebb kör_- alapanyagbázissal számolnak, és az energetikai célra felhasználható fontosabb mez_gazdasági eredet_ alapanyagok a következ_k: • erd_gazdálkodásból származó biomassza (t_zifa, vágástéri fahulladékok,) • energiaültetvények (akác, nyár stb.faültetvények) • energia el_állítás céljából termesztett szántóföldi növények (energiaf_ stb.) • jelenleg élelmiszer és takarmány céljából termesztett növények energia el_állítás céljára történ_ termesztéséb_l származó anyagok (silókukorica, repce, burgonya, cukorrépa stb.) • energianyerés céljából termesztett növénykultúrák (olajnövények, stb.) • jelenleg melléktermékként kezelt alapanyagok (almos trágya, hígtrágya, kukoricaszár, szalma stb.) • jelenleg hulladéknak min_sül_ anyagok (vágóhídi hulladékok, stb.) • a bio-hajtóanyagok el_állításával kapcsolatos melléktermékek Számos felmérés adatait, illetve a várható, vagy szakmai szervezetek által prognosztizált biomassza-forrásaink a következ_k szerint alakulhatnak: Alapanyagcsoport
Anyagfajta
Potenciális energiatartalom (PJ/év)
Dendromassza*
T_zifa Energiafa (ültetvényb_l) Vágástéri hulladék Els_leges faipari hulladék
20-22 30-32 5-7 1,5-2
Növényi f_- és melléktermékek, hulladékok
Összes potenciális energiatartalom (PJ/év) 56,5-63
74 - 108 Gabonanövények melléktermékei Egyéb növényi melléktermékek (szárak, levélzet, venyige, stb.) Termesztett energianövények Bio-hajtóanyagok el_állításával kapcsolatos melléktermékek
10-12 30 - 50 30-40 4 -6
5
melléktermékek Másodlagos biomasszák
18,7 - 23 hígtrágya 0,7 - 1 Állati h u l l a d é k o k , 13 -15 melléktermékek Feldolgozási hulladékok 5 - 7
Harmadlagos biomasszák
54 - 134 Élelmiszeripari hulladékok Élelmezési hulladékok Szennyvízkezelés iszapjai Kommunális biohulladékok
3-5 6-9 15 - 40 30 - 80
Mindösszesen 203,2 - 328 Forrás: Dr. Marosvölgyi (2003) (2004) * dendromassza = fa-biomassza A potenciális lehet_ségek között nem említettük a bio-hajtóanyagokat, illetve az azok el_állításához felhasznált biomasszát. Ennek oka az, hogy a bio-hajtóanyagok el_állítása nem a potenciális lehet_ségek hanem az igények szerint alakul. A téma gyártástechnológiai feltételei sem minden esetben tisztázottak. Ami tudunk, az az, hogy „2005-re a Magyarországon forgalmazott üzemanyagok energiatartalomra vetített részarányára vonatkoztatva el kell, hogy érje 0,4-0,6%-ot. 2010-re a forgalmazott üzemanyagokban a bio-üzemanyagok energiatartalomra vetített részaránya el kell, hogy érje a 2%-ot. Ugyanakkor meg kell vizsgálni az elhasznált étolajhulladékok biodízel gyártásra történ_ felhasználásának, a bioetanol közvetlen motorbenzinbe keverésének, valamint egyéb megújuló üzemanyagok felhasználásának általános összehasonlító gazdasági, technikai, környezetvédelmi, vonatkozásait.” (Bohoczky, 2004). A bio-hajtóanyagok összes energiatartalma 6-7 PJ/év lehet. Az, hogy el_állítása közben keletkezik e biomassza többlet melléktermék (repceszár, szalma, répafej) vagy sem, az attól függ, hogy külön e célra termesztett energianövényb_l (repce, búza, kukorica, répa), vagy a hagyományos mez_gazdasági tevékenység túltermeléséb_l származó termékeib_l állítják el_ a hajtóanyagot. Most azt feltételezzük, hogy a hagyományos agrártevékenység anyagait használják fel, azaz többlet biomassza nem keletkezik. Ha energianövényeket termesztenek ilyen célra, akkor a hagyományos mez_gazdasági növények helyett termelnek energianövényeket, a hagyományos melléktermékek mennyisége csökken, helyükbe az energianövényekb_l a hajtóanyag-termelés során visszamaradó melléktermékek kerülnek. Következtetésünk szerint a biomassza-bázis így változatlan marad. A biomassza-bázis becslésénél számításba vettük azt, hogy Magyarországon a hagyományos vagy EU kvótákkal korlátozott mez_gazdasági tevékenységhez gazdaságosan nem hasznosítható területeken alternatív növénytermesztést (energianövények termesztése) vezetnek be. Feltételeztük azt is, hogy a jöv_ben jelent_sen b_vül a szennyvíztisztító kapacitás és meghatározó arányban bevezetésre kerül a szelektív hulladékgy_jtés, azaz a szerves hulladékok nem kerülnek depóniára, hanem egy részük komposztálással, másik részük rothasztással (biogáz-termelés) kerül ártalmatlanításra.
6
A potenciál 30%-os mérték_ kihasználása 2015-ben lehet_vé tenné a hazai energiaigény 59%-ának biomassza-bázison történ_ el_állítását, és a 2015-re elvárható 12%-os arány is teljesíthet_ a potenciál 40 – 70 %-os kihasználásával. ÖSSZEFOGLALÁS: A megújuló energiák és energiahordozók magyarországi felhasználása jelenleg alig éri el a 3,6%-ot. Az ország energiapolitikájában a megújulók szerepe n_. 2010-ig a villamos áram-termelésben a 3,6%-ot (jelenleg 0,7%), a teljes energiafelhasználásban a 6-7 %-ot tervezik elérni. Ehhez mindenek el_tt a biomasszák energetikai hasznosítása szükséges. Korábban csak az els_leges biomasszák (fa, mez_gazdasági növényi melléktermékek) felhasználása volt a jellemz_. A jelenlegi elemzésekben már a másodlagos és a harmadlagos biomasszák is szerephez jutnak. Az elemzések azt mutatják, hogy a szilárd biomassza-bázis igen jelent_s, s_t a készletek az energianövények (fa és egyéb) termesztésével fokozható is. Emellett igen nagy potenciál áll rendelkezésre a másodlagos és a harmadlagos biomasszákból. Várható, hogy a hulladékhasznosítást is eredményez_ technológiák (biogáz-termelés) a korábbinál lényegesen nagyobb szerephez jut. A készletek már a jelenlegi szinten is lehet_vé tennék azt, hogy a biomassza-bázisú energiák a hazai energia-felhasználásban elérjék a 12%ot, de hosszabb távon 17-20% sem lehetetlen. Irodalomjegyzék: MAROSVÖLGYI B. - RÉDEI K. (1996): Black locust GROWING IN HUNGARY.) Bpest. 23-26. p.
Energy-Forest. (in: F.S.E.: BLACK LOCUST
MAROSVÖLGYI B. at al. (1999): Poplars as biological energy sources in Hungary. Biomass and Energy 16 (1999) 245-247 PERGAMON/USA MAROSVÖLGYI, B (1999.): The role of agriculture in the energy Small-Scale generation. Biomass Burning. (Inco Cop. Proj.) Int. Sem. Proc. 47-53. p. MAROSVÖLGYI, B. – Mészáros E. – Jakab E. – Várhegyi G.(2001): Thermal Behaviour of Biomass Plant Materials. Research Laboratory of Materials and Environmental Chemistry, Chemical Research Centre, Hungarian Academy of Sciences, Institute if Energetics, University of West Hungary MAROSVÖLGYI, B et al.:A biomassza felhasználása. MgK. Budapest 2002 MAROSVÖLGYI, B -Kovács J- T. Lukac (2003): Az energetikai Fanyersanyag-bázis b_vítésének m_szaki fejlesztése. MTA-AMB Konf. Proc. 2003 MAROSVÖLGYI, B. – Vityi A. – Ivelics R.(2003): Experiments on briquettizing and firing energy plants. Consultation theme. In: 4th International Symposium „Materials from Renewable Resources”, Erfurt, Germany,. MAROSVÖLGYI, B.-Vityi, A.(2003): Energieproduktion aus Biomasse in Ungarn. Int. Konf. Leipzig. MAROSVÖLGYI, B –Vityi A -Ivelics R – Sz_cs Szabó L (2003): Increasing the raw materiel basis of Biobriquette production by using new materiels. Int. Konf. Basel. MAROSVÖLGYI, B.(2003): Fafeldolgozási melléktermékek és hulladékok brikettálása. Faipar 2003/03 MAROSVÖLGYI, B, E. Mészáros, G. Várhegyi, E. Jakab (2004): Thermogravimetric and reaction kinetic analysis of biomass samples from an energy plantation. Energy Fuels, 18 (2004) 497-507.
7
MAROSVÖLGYI, B. – Ivelics R. – Püski J (2004): New results of utilization and mechanization of harvesting of short rotation coppice. Presentation. In: 26th International Conference of CIGR Technical Section IV „Eletricity and Energy in Agriculture”, Budapest, Hungary. MAROSVÖLGYI, B. – Ivelics R.(2004): Research Report on wood-chips and energy wood production experiments. I n : Energy Forest Project, Hungarian Experiments, Budapest. In:www.energyforest.com/szovegek/tat_exp.pdf) MAROSVÖLGYI, B. - Vityi A. - Ivelics R. - Püski J.(2004): Experiments on the mechanization of harvesting of short rotation coppice in Hungary. 2nd World Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry, and Climate Protection. Palazzo dei Congressi Rome, Italy.
8
