Légköri erőforrások A biodízel, biodízel, a bioetanol és a biogáz
Biogáz A biogáz a szerves hulladék egy részének átalakítása anaerob erjesztés révén gáznemű energiahordozóvá. Oxigéntól elzárt térben, un. Metánbaktériumok jelenléte esetén a biogáz képződés önmagától végbemegy. Biogáz előállításra alkalmas anyagok: szerves trágya, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok, növényi maradványok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek Kivétel: a szerves vegyipari termékek
1
BioBio-olajok
Hasznosítási technológiák
Bio-olaj Szuperkritikus gázfejlesztés
Hő
Elektromos energia
Hajtóanyag
Kémia anyagok
Pirolízis Gázosítás kazánok kombinált égetés
Bio-olaj előállítás Biogáz Égetés Működő
Diesel motorok Turbinák Stirling bojler
Demonstrációs fázis
Hidrogén Metanol, FisherTropsch hajtóa.
trágya ecetsav ízesítő szerek ragasztó vegyipari alapanyagok
K+F
Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.
Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.
Gázosítás
Biogáz-gyártási eljárások:
Biomassza gázosítása: zárt térben, magas hőmérsékleten szilárd biomasszából éghető gáz nyerhető A keletkező gázkeverék alkotói: metán, CO2, CO, H2, vízgőz, nitrogén, valamint kevés szén, hamu és kátrány.
– Anaerob módon (mikrobák segítségével): Nedves (sz.t. sz.t. 2– 2–8%, sz.a. sz.a. 40– 40–60%) Félszáraz (előre elkészített recept)
– Pirolízis Autoterm (levegő) Alloterm (gőz)
(típusai: pirolízispirolízis-, szintézisszintézis-, generátorgáz)
Az előállítás hőmérsékleti tartománya: +4 - +98°C tartományai: – pszichofil zó zóna, kö környezeti hő hőmérsé rsékleten üzemelő zemelő biogá biogáz technoló technológiá giák, – mezophil zó zóna, a +28 - +36 °C, – termophil zó zóna, a +48 - +53 °C kö között
Biogáz Ezek a hulladékok levegőtől elzárt, úgynevezett anaerob körülmények között, 38 °C °C-os hőmérsékleten baktériumok segítségével fermentálódnak. A fermentáció során nagy mennyiségű biogáz (CH4, CO2) keletkezik, melynek energiatartalma, mintegy 2/32/3-a (23 MJ/m3) a földgáznak. A biogáz gázmotorban elégetve villamos és hőenergia termelésre hasznosítható. A fermentáció során a patogén baktériumok és gyommagvak elpusztulnak, így a mezőgazdaság számára kiváló, tápanyagban gazdag biotrágya jön létre. Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.
2
Pirolízis
A pirolízis során a szerves anyagok az elégetéshez nem elegendő levegő jelenlétében, 450-600 OC –ra hevítve, az atomok gyors mozgásának következtében szétesnek
Elsődleges termékek Gázok
kondenzáció biomassza
Szerves gőzök
Bio-olaj
kátrány
Faszén
A keletkezett biogáz átlagos fűtőértéke: 22 MJ/kg összetétele: – CH4 (60(60-70%), CO2 (30(30-40%), mellékgázok (H2; CO – 4%, H2S, O2, N2) – A kinyerhető metán mennyiségét befolyásoló tényezők: – a kiindulá kiindulási szerves anyag összeté sszetétele tele, – a biogá biogáz-erjesztő erjesztő berendezé berendezés mű műszaki szí színvonala nvonala, – az alkalmazott erjeszté erjesztési technoló technológia gia, – a szá szárazanyagrazanyag-tartalom, – az erjesztő erjesztő tér hő hőmérsé rséklete klete és – egyé egyéb mikrobioló mikrobiológiai felté feltételek.
Szuperkritikus gázosítás A „szuperkritikus vizet”: 221 bar feletti nyomáson 374 oC hőmérséklet feletti vízből kapunk. Ilyen körülmények között a víz oxidáló hatásúvá válik és megváltoztatja szubsztrát szerkezetét: • A víz molekulák O atomjai a szubsztrát C atomjaival CO2-ot képeznek • A víz és a szubsztrát H atomjai H2 – t képeznek A biomassza szuperkritikus vízben történő kezelése a szerves anyagok üzemanyagokká alakíthatóak és könnyen elválaszthatók a vízfázistól szobahőmérsékletre történő hűtéskor. Az előállított magasnyomású gáz igen gazdag hidrogénben.
Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.
Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.
BiogázBiogáz-előállító telep felépítése
Minden egyes biogázbiogáz-telep alapvetően három részből áll: - Fermentáló: A biológiai folyamat „színtere”. Légmentes lezárása után üzemihőmérsékletre kell melegíteni (többnyire 3535-40°C). - Gáztározó: A biogáz felfogására és közbenső tárolására szolgál. Itt általában megtörténik a biogáz részleges tisztítása is. - Gázhasznosító: A biogázt fűtőkazánokban, ill. blokkfűtőblokkfűtő-kazánokban lehet felhasználni.
3
A biogáz hasznosításának lehetőségei
– településen belül: fűtés, főzés, melegvízmelegvíz-előállítás, stabil munkagépek közvetlen hajtása, villamosenergiavillamosenergia-termelés, és a termelt áram felhasználásra, világítási célokra, vagy ipari munkagépek hajtására
– nagy gáztermelő telepeken: felhasználás közvetlenül gázenergiagázenergia-formában, eltüzeléssel, gázból villamosenergiavillamosenergia-termelés, gáztisztítás és mosás után a földgázhálózatba való betáplálás, folyékony motorhajtó üzemanyag (metanol) előállítása – településen lévő ipari hasznosítás: istállók fűtése,
mezőgazdasági hűtőberendezések üzemeltetése, terményszárítás, növényház, üvegház, fóliasátor fűtése, élelmiszeripari üzemek energiaellátása
– – – – –
biogáz földgáz minőségűre történő átalakítása biogázbiogáz-tárolás végrehajtása robbanó motor hajtása villamosáramvillamosáram-termelés a termelt biogáz egész évi optimális szétosztása
Gazdasági
előnyök:
sokoldalú sokoldalú hasznosí hasznosítási lehető lehetőség,
jelenté jelentéktelen az emisszió emisszió,
hulladé hulladékok és mellé melléktermé ktermékek hasznosí hasznosítására ad lehető lehetőséget,
hulladé hulladéktá ktároló rolókná knál, szennyví szennyvíz-telepeken képző pződő gázok hasznosí hasznosítása,
A nyírbátori üzem paraméterei Környezetvé rnyezetvédelmi
elő előnyö nyök:
Felhasznált alapanyag: 300 t/nap Fermentáció: • 38 oC-on 24 nap • 55 oC-on 24 nap
Hulladé Hulladéklerakó klerakóink tö többsé bbsége alkalmatlan
Biotrágya tárolás: 120 nap
biogá biogáz-termelé termelésre,
Összes műtárgy térfogat:
Igen magas befekteté befektetési kö költsé ltségek,
Keletkező biogáz mennyiség: 10 000 m3/nap
Rövid tá távon nem nyeresé nyereséges, ges,
Villamos energia termelés: kW/nap
Energiatartalma alacsony
Így épült!
27 000 m3
21 000
Példa Magyarország biomassza potenciáljára: A hulladékképződés várható alakulása (Országos Hulladékgazdálkodási Terv) alapján az ebből előállítható biogáz és villamos energia mennyisége Hulladék típusa
2000.
2005.
Mg.Mg.-i és élelmiszeripari
5,0
5,0
2008. 3,0
Települési szilárd hulladék (≈ (≈ 50 %)
2,3
2,4
2,6
Települési folyékony
5,5
5,2
4,6
Szennyvíziszap
0,7
1,1
1,5
Mg.Mg.-i és erdőgazdasági maradványok
28,0
30,0
32,0
ÖSSZESEN (millió t)
41,5
43,7
43,7
6,6
6,9
6,9
13,2
14,8
14,8
Biogáz termelés (milliárd m3) Nyerhető összes villamos energia(milliárd kW) Értéke (milliárd Ft) Erőművi kapacitás (MWh ) (MWh)
238
266
266
1500
1690
1690
Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.
4
Folyékony biogén energiahordozók
Alkoholok magas cukortartalmú növényi
alapanyagokból
(cukor, keményítő)
Fajtái: – alkoholok – olajok, zsírok
legtöbbször etilalkohol v. metilalkohol
előállítása történhet – Cukor kivonásával és fermentációval, – Keményítő hidrolízisével és fermentációval,
Felhasználási terület – fűtőanyagok – hajtóanyagok
– Cellulóz hidrolízisével és fermentációval
Termesztéstechnológia
Éghajlat
Alapanyagok: – Cukornövények: cukorrépa, cukornád, melasz, maláta, édescirok – Keményítő tartalmú növények: burgonya, kukorica, rozs, búza, zab, rizs, árpa, csicsóka – Cellulóz alapanyagú melléktermékek: napraforgóhéj, kukoricacsutka, búzaszalma, fahulladékok
Megfelelő (csapadékmenny. kevés)
Korszerű
Rendelkezésre áll
A termőterület növelése
Burgonya
Megfelelő
Kidolgozott, jó színvonalú
Kukorica
Jó (az aszályos évek kivételével)
Magas színvonalú
Magas színvonalon megoldott Magas színvonalú
Jelenleg főleg nagyüzemi méretekre szabott A termőterület növelése
Búzaárpa-rozszab
Jó
Magas színvonalon megoldott
Megfelelő
Talajerő-utánpótlás növelése; értékesítési gondok megoldása
Édescirok
Kukorica termesztésére alkalmatlan, gyengébb termőképességű talajokon lehetséges. Aránylag kis ráfordítással kinyerhető az alkohol, a visszamaradó növényi rész pedig takarmányként hasznosítható. Jelenleg csak kísérleti jellegű technológia.
Rizs
A termelés feltételei csak kis területen megoldottak, nagy ráfordítást igényel, így nem versenyképes. A termelés növelésének nincs reális lehetősége
Növényi olajok, zsírok
Korlátozó
tényezők: Motorok szerkezeti átalakítása Kisebb energiatartalom – nagyobb mennyiség Σ :
önmagá nmagában nem, csak benzinnel elegyí elegyítve haszná használható lható
– Biometanol Csak
benzinnel keverve használható Csak ott termelhető, ahol sok a mg. hulladék, és kevés a fosszilis energiahordozó
További lehetőségek
Cukorrépa
Végtermék - motorhajtóanyagok: – Bioetanol
Gépesítés
olajosnövényekből, olajosnövényekből, vegyi átalakítással nyerhető üzemüzem- és fűtőanyagok fűtőértékük magas: 36,436,4-43,6 MJ/kg
a keletkező melléktermék is hasznosítható
5
napraforgó -> napraforgóolaj repce -> repceolaj, repcemetilészter
szója
egyéb
Felhasználás
- előállítás:
– Motorhajtóanyagként: – Vegyi átalakítás után – Adalékolva + hidegkeveréses eljárással
Környezeti előnyök
– csö csökkenő kkenő közlekedé zlekedési eredetű eredetű károsanyagrosanyag-emisszió emisszió – a városi levegőminőség javulása
– Hagyományos hajtóanyaghoz keverve
Gazdasági előnyök megú megújuló juló energiaforrá energiaforrás, rendszeres és biztos termelé termelés, általá ltalában olcsó olcsóbb, mint a fosszilis üzemanyagok, rövid tá távon is profitot termel, magas termé termésátlag, hagyomá hagyományok, a mező mezőgazdasá gazdaság prioritá prioritása, a termelé termelés és hasznosí hasznosítás terü területileg integrá integrálható lható, a kapcsoló kapcsolódó ipará iparágakra (vegyipar (vegyipar,, mező gépgyá mezőgazdasá gazdasági pgyártá rtás, stb.) gyakorolt pozití pozitív hatá hatás, vidé vidékfejleszté kfejlesztés
Hátrá trányok
termelé termelése korlá korlátozott - veté vetésforgó sforgó
motorok átalakí talakítása szü szüksé kséges,
konkurrencia más energiaforrá energiaforrásokkal
hiá hiányzik a megfelelő megfelelő kormá kormányzati támogatottsá mogatottság,
ismertsé ismertsége viszonylag alacsony,
NOx-, esetenké esetenként a COCO-kibocsá kibocsátás magas
6
Villamos energia (TWh)
Nemzetközi tendenciák
1990
Európán kívül – Brazília – Közösségi tűzifatűzifa-programok
Tényleges MtOE
Tervezett
1995
2010
2010
1995
1995
- kis erõmûvek
1995
2000
2005
2010
1.07
1.10
1.11
1.13
1679
1710
1759
1783
0.31
1.20
5.63
9.69
0
140
545
822
988
Mg. száraz
1.96
2.85
5.00
7.50
8.73
367
534
938
1407
1637
Mg. folyékony
0.03
0.03
0.03
0.04
0.04
7
7
7
7
7
Bio-hajtóanyag
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0
0
0
0
0
BIM összesen:
3.04
4.26
7.33 14.28 19.59
1717
1779
1908
2006
2065
191.0 217.7 251.1 274.2 289.8
2089
2274
2563
2918
2988
82.3
78.2
74.4
68.7
69.1
2010
%
MtOE
%
TWh
TWh
MtOE
MtOE
1583.0
100.0
2366.0
2870.0
..
..
5.44
182.00
11.50
337.0
675.0
38.7
80.0
0.02
6.90
0.44
4.0
80.0
0.0
0.0
23.20
1.70
25.80
1.63
270.0
300.0
0.0
0.0
3.20
0.23
4.75
0.30
37.0
55.0
0.0
....0.0
Vízierõmûvek: - nagy erõmûvek
1990
0.00
Hõenergia
2010
100.0
Összes energiaigény 1366.0 (EU-15): Megájuló energia (EU- 74.31 15): Szélenergia 0.35
2010
1.05
MEF összesen:
Villamosenergia
Hõenergia termelés (ezer tOE)
2005
Erdészeti hulladék Energia erdõk
BIM/MEF,%
1995
2000
Támogatás nélküli alaphelyzet (EU-12):
biomasszabiomassza-felhasználás EUEU-15 – Ausztria – Németország – Franciaország – Dánia
1995
Napenergia: - napelemek
0.002
0.00
0.26
0.02
0.03
3.0
0.0
0.0
- kollektorok
0.26
0.02
4.00
0.25
0.0
0.0
0.26
4.0
- passzív szolár
0.00
0.00
(35.0)
(2.20)
0.0
0.0
0.0
(35.0)
Geotermikus: - villamosenergia
2.10
0.15
4.20
0.27
3.5
7.0
0.0
0.0
- hõenergia
0.40
0.03
1.00
0.06
0.0
0.0
0.4
1.0
Biomassza
44.80
3.28
135.00
8.53
22.5
230.0
38.0
75.0
Ország
1.6
2.0
3.5
5.2
Megújuló energia részaránya 1995 2010 %
6.7
Ország
%
1802
Megújuló energia részaránya 1995 2010 %
%
Svédország
24.7
25.4 Olaszország
5.3
5.5
Ausztria
22.1
24.3 Németország
1.7
1.8
Finnország
18.9
21.3 Írország
1.6
2.0
Portugália
17.6
15.7 Hollandia
1.3
1.4
Görögo.
7.1
7.3 Luxemburg
1.3
1.4
Dánia
6.4
7.3 Belgium
1.0
1.0
Franciao.
6.4
7.1 Egyesült Királyság
0.5
0.7
Spanyolo
6.7
5.7 EU-15átlaga
5.0
5.3
7
