Melengető biomassza. Mit? Mennyiért? Gál Balázs Sándor Miskolci Egyetem – Miskolc - Magyarország
1
Melengető biomassza. Mit? Mennyiért? Absztrakt A fejlődő világunkban a fenntarthatóságnak fontosabb szerepet kellene betöltenie, mint amilyet jelenleg elfoglal. Ez a szemlélet a környezetvédelemben és a klímaváltozás elleni tevékenységben is jelentősebb figyelmet kaphatna, többek között a széndioxid koncentrációjának és emissziójának csökkentése során. A növekvő hőenergia szükséglet kielégítésére javarészben még mindig a fosszilis energiát használó erőművek biztosítják, jelentős széndioxid emisszió mellett. Bár a megújuló erőforrásokra is egyre nagyobb figyelem fordítódik, de ezek részaránya a hazai energia mixben nem éri el a 10 százalékot. Az igények kielégítésére, napjaink technológiai, ökohatékonyságra irányuló újításai mellett már a megújuló erőforrásokra is egyre nagyobb figyelem fordítódik. Napjaink növekvő energia igényének kielégítése, véleményem szerint, csak a fenntartható fejlődés koncepciójának szem előtt tartása mellett lehetséges. A publikációmmal segítséget szeretnék nyújtani a szilárd biomassza hasznosítók számára, hogy az eltérő hasznosítási típusok közül eldönthessék, melyekbe érdemes befektetni. Kulcsszavak: fenntarthatóság, szilárd biomassza, hőenergia, költségek, összehasonlítás
Bevezetés Hazánkban a megújuló energiaforrások közül a biomassza a legjelentősebb. A biomassza a megújulók 75 %-át adja, de a teljes energiamixben 10 százalékot jelent. Fizikai megjelenésében rendkívül változatos formában fordul elő. Az összes felhasznált biomasszának, mintegy 90%-át a fa és egyéb szilárd hulladék, 8%-át bio üzemanyagok, 2%-át biogáz teszi ki.(KSH, 2010). Sok kritika is éri a biomassza alapú energiatermelést, mivel az energianövények az élelmiszertermelő területeket csökkentik. Azonban amikor a biomasszáról beszélünk, nem felejthetjük el, hogy nem csak az energianövényeket foglalja magába. Minden biológiai eredetű szerves anyagot biomasszának tekinthetünk, az Európa Parlament (2009) meghatározása szerint. Biomassza helyzete és háttere
2
Ahogy az 1.-es ábrán megfigyelhetjük, a leginkább hasznosuló megújuló potenciált, a biomassza adja. A fellelt adatok szerint a megújulók részarányában több mint 75%-át teszi ki a biomassza Ezekhez képest 2012-ben Magyarországon a szilárd biomasszából származó termelés részaránya, a primer energiatermelésben 1,4Mtoe, a hőtermelésben 1,1 Mtoe valamint a bruttó elektromos áram termelés 1,3 TWh volt. Ezzel az eredménnyel EU 27ben a 15. helyet foglaljuk el a termelési rangsorban (Eurobserv’er 2013). Ez a tény, jelentősen befolyásolhatja a megújulókhoz való, további hozzá állást. 3% 0% 2%
8%
1%2%
Vízerőművi villamos energia
5%
Szélerőművi villamos energia Fa, fahulladék, egyéb szilárd hulladék Geotermikus Biogáz Napenergiából előállított hőenergia (225TJ) Napenergiából előállított villamos energia (3TJ) Megújuló kommunális hulladék 79%
Bio üzemanyagok
1. ábra Megújuló energiaforrásokból termelt energia megoszlása Magyarországon, energiaforrások szerint (2010) [TJ] Forrás: Saját szerkesztés (ksh.hu adataiból) Véleményem szerint a jövő a megújuló erőforrásoké, de ez nem jelenti azt, hogy csupán egy fajtájával ki lehet elégíteni az összes energia igényt. A megoldást abban látom, hogy az összes megújuló erőforrást figyelembe véve, a környezeti adottságokhoz igazodva alakítjuk ki a megfelelő energia mixet. Így mind a környezetre, mind a gazdaságra pozitív hatást lehet gyakorolni. A környezeti vonatkozásban csökkenthető, sőt megszüntethető a fosszilis energiatermelésből származó emisszió. Gazdasági szempontból több pozitív hatás generálódhat, ha az energiát szolgáltató alapanyagot kisebb vonzáskörzetből sikerül beszerezni. A szállítási költségek csökkenése mellett pozitív hatás lehet a munkahelyek számának növelése, a helyi gazdák támogatása, a helyi infrastruktúra kiépítése. Környezeti hatások
3
2. ábra Savasodási potenciálhoz való hozzájárulás erőmű típusonként (kg SO2-Equiv) Forrás: Tóthné Szita (2012) A hőenergia előállítás esetén sok savasodást okozó anyag kerülhet a légkörbe. Ezek közül leginkább a kéndioxidot szokták megjegyezni. A 2. ábra a különböző energiaforrások használata esetén az egységnyi energiára jutó légkörbe került kéndioxid arányát mutatja. Példák a tüzeléses hasznosításra: Lágyszárú biomassza égetése Pécset szalmatüzelésű erőművel 31 ezer lakást és 450 intézmény hőigényének mintegy 60%-ban fedezi. Ez a teljesítmény kiegészül a faapríték alapú biomassza blokk által termelt hő mennyisséggel így. Pécs az első olyan nagyváros hazánkban, ahol a távfűtéshez szükséges hőenergiát, csakis biomasszából állítják elő. A szalma mennyiséget 80-100 km-es körzetből vásárolják, ami csupán a megtermelt 7 millió tonna mezőgazdasági mellékterméknek a 3,5%-a. (Pannon Power 2011) Fás szárú biomassza égetése Miskolcon üzembe helyezett 3MWos teljesítményű erőmű éves szinten 4500 t fa aprítékot használ fel, ezzel 1100 lakás éves hőenergia mennyiségét
4
tudja fedezni. Ez földgázban 1000000 m3-t jelentene fűtésszezononként. A beruházás összköltsége 780 millió Ft volt. 85%-os névleges hatásfokkal rendelkezik, a távhő vezeték hossza 0,85km. (Méhn 2010)
Fás szárú biomassza: Szállítás Letermelés
Szárítás
Szállítás
Tüzelés
Aprítás Lágy szárú biomassza: Letermelés
Szárítás
Tömörítés
Szállítás
Tüzelés
Szekunder biomassza: Tömörítés Összegyűjtés
Szárítás
Aprítás
Szállítás
Tüzelés
3. ábra Biomassza típusok, energiatermelésre való előkészítésének leggyakoribb eljárás folyamatai. Forrás: Saját szerkesztés Tüzelőanyag választás A megfelelő tüzelőanyag kiválasztása függ a felhasználásra való alkalmasság eléréséhez szükséges lépések és lehetőségek mennyiségétől. A 3. ábra, a teljesség igénye nélkül próbálja szemléltetni a leggyakoribb felhasználáshoz szükséges állomásokat. A legbonyolultabb hálózat a szekunder biomassza esetén figyelhető meg. Itt a legtöbb a választási lehetőség. A tüzelőanyag beszerzési ára jelentősen befolyásolhatja a végső döntést. Például a 30%-os nedvességtartalmú (tüzelésre kész) faapríték piaci ára 15000-35000 Ft/t között mozog (Treevolution Kft, www.agroinform.hu2014). Azonban ha van rá
5
lehetőség hogy saját részre előállítsák, jelentősen olcsóbb. Ahogy az 3. ábrán is látszik, a legegyszerűbb előállítási vonala a lágyszárúaknak van. 1. táblázat Költség kalkuláció, fás szárú biomassza betakarításra (2014) Fás szárú biomassza
Termésátlag élőnedves tömege t/ha betakarítás időpontjában
Átlagos betakarít ások ciklusa
Telepítés költsége faanyag nélkül Ft/ha
Szekunder
3,5
1/év
-
Sarjaztatásos tech.
100
2/év
500 (500m3) 225 (250m3)
Hengeres e. ültetvény (keményfa) Hengeres e. ültetvény (puhafa)
Kézi vágá s Ft/t *
Betakarít . gépi manuális Ft/ha
Aprítás Ft/óra (14m3/h)
Vég költség
-
-
10000 (0,25óra)
2500
220000
-
100.000
10000 (8 óra)
400000
15 évente
220000
2600
-
10000 (36 óra)
1880000
15 évente
220000
2900
-
10000 (18 óra)
1052500
Saját szerkesztés (Forrás: Silvanus Csoport Kft., Ivelics 2008, Juhász 2003)
A növényi eredetű biomassza felhasználás formái Az alapanyag igen változatosak lehetnek eső sorban erre a célra leginkább a speciális energetikai célra keresztezett fajták, az erdészetekben nevelt keményfák, erdészeti, kertészeti, mezőgazdasági növényi eredetű hulladék. Az 1. táblázat bemutatja a fás szárú biomassza, tüzeléshez való alkalmassá tételéhez szükséges legfontosabb lépések költségeit, közelítő jelleggel. 2014es adatok alapján, 1 hektár fásszárú energia ültetvény telepítése 220,000 Ft-ra jön ki. A faanyag költsége szándékosan maradt ki a felsorolásból mivel számos tényezőtől függ. Befolyásolja a piaci ár, a választott technológia mivel a tőszám e tekintetben, igen széles körben változhat. Ahhoz, hogy tüzelésre kész állapotra hozzuk a faanyagot minimálisan 30%-ra kell csökkenteni a nedvesség tartalmat, kemény fák esetében a sűrű fa szerkezet miatt 50%-os kiindulási nedvesség tartalommal számolunk, puha fák esetén, az átlagos víztartalom mintegy 60%, fás szárú szekunder és sarjaztatásos alapanyagnál pedig 40%-os a kiindulási nedvességtartalom (Silvanus Csoport Kft. 2014). A lágyszárú biomasszák között akárcsak a fás szárúaknál megkülönböztethetünk, primer illetve szekunder biomasszát. A primer lágyszárú biomassza tekintetében nincs akkora különbség a művelés folyamatok és a betakarított termésmennyiség között, mint a fás szárú esetén. Egyike a legjobban hasznosítható fűtőanyagoknak általában alacsonyabb nedvesség
6
tartalom jellemzi, mint a fás szárú biomasszákat. Szintén előnyt jelenthet, hogy igen gyorsan termelődhet újra. Általánosságban elmondható hogy egy hektár lágyszárú ültetvény kialakítása és fenntartása a legalapvetőbb eljárásokat figyelembe véve mintegy 87000Ft-ra jön ki. A kalkuláció során a bálázáshoz szükséges költségeket vettem figyelembe. A tüzeléses hasznosításhoz, nem szükséges a brikettálás, azonban bálázni a szállítás megkönnyítése miatt szükséges. 2. táblázat Kezelési költségek kalkulálása a lágyszárú biomassza esetén *
Termés átlag t/ha/év
Betakarítások száma
Kaszálás +Rendsodrás (betakarításonként) Ft/ha
Telepítési költség Ft/ha
NB. ** db/ha
NB Ft/ha
Összesen NBvel kalkulálva
Szántóföldi szekunder
4
1
4700 (rendsodrás)
----------
13
13000
17700
Energia fű (Szarvasi-1)
20
1
1x13000
87000
67
67000
166600
17
2
2x13000
87000
57
57000
170000
Energia nád
**NB = nagy bálává való összesítése: 300-700kg/bála (aláhúzottal számoltam)
Forrás: www.emergia.hu - www.energiafu.hu-www.peterkeszaki.hu
Mit, mennyiért? A számítás során, figyelembe vettem az átlagos hozamot (t/ha) valamint a betakarítás és az aprítékolás (ezt a lépést azért kell költségként, mivel a gyakran alkalmazzák viszont a tüzeléskor való hasznosításnak nem feltétele), költségeit. A számítás során minden esetben 1 hektáron képződő biomasszából indultam ki és Ft/tonna értékre kalkuláltam az egység árat a könnyebb összehasonlítás miatt. Az előállítás egységárának kalkulálására a következő számítást alkalmaztam: [𝐸𝑁𝑇(𝑡)] × [𝐵𝑘(𝐹𝑡⁄𝑡 𝑣𝑎𝑔𝑦 𝐹𝑡/ℎ𝑎)] + [𝑇𝑘(𝐹𝑡)/𝐵𝑠𝑧] + 𝐸𝑘 (𝐹𝑡) 𝑇𝑏 𝑡ö𝑚𝑒𝑔(𝑡) = 𝑇𝑏 (𝐹𝑡⁄𝑡/ℎ𝑎) ENT = Élőnedves tömeg (hektáronként betakarítható mennyiség) Bk = Betakarítás költségei Tk = Telepítés költségek (1. és 2. táblázat alapján) Bsz = Betakarítások száma újratelepítés nélkül (db) Ek = Egyéb költségek (bálázás, aprítás, művelési költségek) Tb = Tüzelhető biomassza
7
A költségek jobb összehasonlíthatósága miatt, a költségeket Ft/MJ-ra is átszámítottam. Fás szárúak költségei Szekunder biomassza esetén: ~800Ft/t 0,053Ft/MJ az előállítás költsége. Nem kell figyelembe venni, az előzetes telepítési költséget, a munkadíjat, mivel nem az energiatermelés az elsődleges cél, és ezeket a feladatokat mindenképpen szükséges elvégezni. Kevés technológiát igényel. Egy területen viszonylag kevés biomassza keletkezik, így a szükséges mennyiség előállításához nagyobb terület szükséges. Ez a legolcsóbban előállítható tüzelő anyag. Sarjaztatásos technológia: 90 t a hektáronként, keletkezett tüzelhető anyagmennyiség (30%-os nedvesség tartalom) ~4400Ft/t 0,29Ft/MJ az előállítás költsége. Folyamatos ellátottság jellemzi ezt a típusú biomasszát. A nem hasznosított vagy művelés alól kivont illetve alkalmatlan területek hasznosíthatóvá válnak. Hátrányban van a hengeres ültetvények jó faanyag/kéreg arányával szemben. Hengeres kemény energiafa ültetvény: A várható a tüzelésre alkalmas hengeres keményfamennyisége 400 t hektáronként, ez 4700 Ft/t 0,31Ft/MJ egységárat jelent. Jó a kéreg: faanyag arány, betakarításonként nagyjából hatszoros anyagmennyiségre lehet, számítani, mint a sarjaztatásos technológiánál, elég lehet az alacsony gépesítés. Nem szükségszerű aprítani (pl.: lakossági felhasználás esetén.) Hengeres puha energiafa ültetvény: 157,5t tüzelésre alkalmas apríték várható ~6700 Ft/t 0,45Ft/MJ az előállítási egységár. Lágyszárúak költségei Szántóföldi melléktermék: ~4400Ft/t 0,31Ft/MJ egységár mellett ez az egyik legolcsóbban előállítható tüzelőanyag. A mennyisége területegységenként változó lehet, mivel ismertek olyan eljárások, amelyek során a szántóföldi biomassza hulladékot, baktériumos átalakítás után tápanyag utánpótlásra használják. Energiafű: ~8300Ft/t 0,48Ft/MJ nagyon sok pozitív tulajdonsága mellet, meg lehet említeni negatívumot is, ilyen többek között, hogy a hamu szerkezetének köszönhetően szűkülést illetve lerakódásokat okozhat a kazánokban. Energianád:~10000Ft/t 0,6Ft/MJ Alkalmas arra, hogy a rendszeres vagy időszakosan vízben álló területeket energetikailag hasznosíthatóak legyenek.
8
A legstabilabb ellátást az a lágy szárú szekunder biomassza, az energia fű és a sarjaztatásos technológia biztosítja. A legköltségesebb termelési ág a felsoroltak közül, a hengeres puhafás energia ültetvény, azonban költségek szempontjából megegyezik a piaci árakkal.
Összegzés A technológia és tüzelőanyag megválasztását nagy körültekintéssel kell végezni. Rengeteget számít a környező területek minősége és mezőgazdasági beállítottsága. Amennyiben lehetséges, szükséges a leendő beszállítókkal szerződést kötni a folyamatos ellátást szem előtt tartva. véleményem szerint a jövő energiaigényének jelentős részét a biomassza valamilyen formája fogja adni. Azonban a teljes ellátottsághoz szükséges az összes megújuló erőforrást kiaknázni. Ennek az energia mátrixnak egyik szeletét próbáltam bemutatni. Felhasznált szakirodalom Agroinform. 2014. Apróhirdetés http://www.agroinform.com/aprohirdetes/Erdogazdalkodas-egyeb-faanyagstb/k46 (2014-03-07) Az Európai Parlament 2009. 2009/28/EK Irányelve a megújuló energiaforrásból előállított energia támogatásáról, valamint a 2001/77/EK és a 2003/30/EK irányelv módosításáról és azt követő hatályon kívül helyezéséről; Az Európai Unió Hivatalos Lapja 2009/6/5 27. oldal Dr. Ivelics Ramon.. 2008. Energetikai faültetvények telepítésének és betakarításának gépesítése; Pusztamagyaród; http://www.mapellet.hu/images/page/content/file/energetikai_fatvek.pdf (201401-26) EurObserver. 2013. The http://www.eurobserv-er.org/
state
of
renewable
energy
in
Europe
Gold Brikett Kft. 2014. Faapríték árlista; http://www.goldbrikett.hu/faapritekarlista (2014-03-04) INNTEK Nonprofit Kft. Lágyszárú energianövények; http://www.emergia.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=75&Ite mid=121 ; (2014-02-05) Juhász György. 2003. Nyesedékek energetikai potenciálja Debrecen agglomerációjában, MSZET kiadványai No 2. DEMFK Általános Géptan Tanszék; Debrecen
9
Központi Statisztikai Hivatal 2010. Megújuló energiaforrásokból termelt energia, energiaforrások szerint (1995–) http://www.ksh.hu/docs/hun/xstadat/xstadat_eves/i_ui012b.html (2014-02-26) Méhn Imre. 2012. Megújuló energia a távhő jövője - A biomassza hasznosításának gyakorlati tapasztalatai, lehetőségei; MATÁSZSZ szakmai konferencia: http://mataszsz.hu//?s=mehn+Imre Pannonpower Holding Zrt. 2011. Magyarország legnagyobb szalmatüzelésű erőműve; Pécs; Pannonpower Holding Zrt. Silvanus Csoport Kft. 2014. Betakarítás; http://silvanusforestry.com/expresszfuz-betakaritas.html (2014-03-07) Tóthné Szita Klára 2012. Az energiatermelés- és fogyasztás környezeti összefüggései in: Buday_Malik A., Győrffy I., Nyiry A., Roncz J., Szép T., Tóthné Szita K., Energiagazdálkodás és fenntarthatóság. Miskolci Egyetemi Kiadó Treevolution Kft. Faapríték 2014. http://favago.hu/faapritek (2014-02-07) VM ASzK Pétervásárai Mezőgazdasági Szakképző iskolája és kollégiuma 2012. Gépi Bérmunkák szolgáltatási díjai 2012. március 19-től; http://www.peterkeszaki.hu/index.php?option=com_content&view=article&id= 66:mezgazdasagi-szolgaltatasok&catid=37:szolgaltatasok&Itemid=81 (201402-05)
10
