Nyugat-magyarországi Egyetem Faipari mérnöki kar
Munkaterv Cziráki József Faanyagtudomány és Technológiák Doktori program
Név: Doktori iskola: Doktori program: Témavezető: Képzési forma:
Richter Zoltán Cziráki József Faanyagtudomány és Technológiák Vezetője: Prof. Dr. Winkler András DSc. Fafeldolgozási technológiák Vezetője: Prof. Dr. Kovács Zsolt CSc. Dr. Vityi Andrea egyetemi docens Dr. Magoss Endre egyetemi docens levelező
Tanulmányi terv 1. félév
Alkalmazott matematika: Horváth Jenő DSc. Kutatási módszertan: Winkler András DSc. A faforgácsolás elmélete: Sitkei György MTA rendes tagja 2. félév
Méréselmélet: Mentes Gyula DSc. Kísérletek tervezése és értékelése: Csanády Viktória PhD 3. félév Tudományos munka formai és tartalmi követelményei: Bejó László PhD Felületkezelés fizikája, mechanikája: Kovács Zsolt CSc. 4. félév
A fahasznosítás ökológiai és műszaki alapjai: Winkler András DSc., Molnár Sándor DSc.
Kutatási terv A téma címe: A nád (Phragmites australis) pelletálás útján történő energetikai hasznosításának optimalizálása
Célkitűzések, módszerek Jelenleg Magyarországon a megújuló energiák felhasználásának növekedése stagnál. A megújuló energiaforrásokon belül a legnagyobb részt (mintegy 80%-ot) képviselő biomassza felhasználás esetén némi visszaesés mutatkozott. Ugyanakkor Az Európai Parlament és Tanács Magyarország számára 2020-ra – jogilag kötelező módon - minimum 13 százalékban határozta meg a megújuló energiaforrásból előállított energia bruttó végső energiafogyasztásban képviselt részarányát. Magyarország 2020-ra a megújuló energiaforrások 14,65 százalékos részarányát tűzte ki célul az előállított energia bruttó végső energiafogyasztásában. Ezen okok miatt, és az erdőkészleteink kimeríthetősége miatt az eddig kevésbé hasznosított nád energetikai hasznosítása kiemelkedő fontosságú. Az európai energetikai célú pelletgyártás jelenlegi helyzete: - Kereslet: kb. 10 millió tonna/év fapelletre van igény Európában - Kínálat: az európai termelés a keresletnek a felét sem tudja kielégíteni, a többit tengerentúli importból fedezik - Alapanyaghelyzet: az európai fapellet-termelés a gazdaságosan hasznosítható alapanyag hiánya miatt mára elérte a csúcsát – eddig az új üzemek létesítése volt a jellemző, idén viszont már Nyugat-Európában is egyre több üzemet zárnak be - Közép- és Kelet-Európa: a térség országaiban, így hazánkban is a fapelletüzemek indulása szinte egybeesett a gazdasági válság kezdetével, a létesült üzemek nagy része el sem indult, bezárt, vagy tervezett kapacitás töredékével üzemel többnyire veszteségesen
-
Agripellet: a felhasználási korlátok kezdenek csökkenni, de még mindig csak töredéke a termelés a fapelletének
A nád, mint lehetséges energetikai alapanyag: - A nádasok hasznosítása jelenleg töredéke a lehetségesnek – pl. Fertő-tavi Nádgazdaság: lehetséges 50.000 tonna/év – tényleges 3-5.000 tonna/év, de hasonló a helyzet a Kis-Balatonon, vagy a Duna-deltában is - A nád fűtőértéke a fáéhoz hasonló, ugyanakkor magasabb hamutartalommal és alacsonyabb hamu olvadásponttal rendelkezik, mely esetenként tüzeléstechnikai problémákat okozhat. - Energetikai hasznosításra elszórtan történtek próbálkozások, de átfogó és részletes vizsgálat (betakarítás műszaki megoldási lehetőségeitől a nádból előállított pellet tulajdonságainak meghatározásáig) még nem készült a témáról A felsoroltak alapján látható, hogy a nád energetikai hasznosítása komoly lehetőséget jelent a biomassza-alapú energiaforrások arányának növelésére és kitörési pontot teremthet a bajban lévő pelletüzemeknek. Kutatásom fő célja egy olyan energetikailag optimalizált eljárásrend (betakarítás – előkészítés – logisztika – pelletálás) kidolgozása, amely lehetővé teszi az európai pelletigény jelentős hányadának kielégítését nádpellettel logisztikailag, műszakilag, energetikailag racionalizált módon. További cél, hogy a nádból megfelelő minőségű pellet készüljön a lehető legkisebb energiabefektetés révén, ezáltal egy jó energiamérleggel rendelkező energetikai terméket kapjunk. Fontos megjegyezni, hogy a fapellethez hasonló szabványok és irányelvek (pl: ENplus) nem léteznek agripelletre vonatkozóan (illetve az agripelletet nem tárgyalja külön egyik szabvány sem). Ettől függetlenül fontos az nádból készült pellet tulajdonságainak megismerése, a fapelletekkel történő összehasonlítása.
Kísérletek leírása 1. A téma hazai és nemzetközi szakirodalmának összegyűjtése, tanulmányozása 2. Az eddig elért gyakorlati eredmények összegyűjtése, értékelése 3. Aprítási kísérletek, részecske méreteloszlás vizsgálata; 4. Pelletálhatósági vizsgálatok, tömörödés vizsgálat 5. Termelési folyamat optimalizálását elősegítő kutatási lépések: - Betakarítás gépesítésének optimalizálása - Terepi előkészítés - Logisztikai optimalizálás: - Tárolás - Szállítás - Pelletálás: - Üzemi előkészítés:
- Aprítás - Tisztítás - Szárítás - Préselés: - Egyes frakcióméretek esetén a tömörödési jellemezők vizsgálata - Nedvességtartalom hatásának vizsgálata a pellet tulajdonságaira, különös tekintettel a finomhányad keletkezésére. - Optimális matrica-jellemzők meghatározása - Hűtés 6. Nádpellet tüzelési technikával összefüggő tulajdonságainak vizsgálata, értékelése - Hamutartalom - Hamu-olvadáspont - Egyéb 7. Javaslattétel megfogalmazása komplex, energetikailag optimalizált nádból előállított pellet előállítására vonatkozóan. 8. A kutatás eredményeinek publikálása és gyakorlati hasznosítás
Az értekezés készítésének vázlatos ütemezése 1. év Szakirodalmi feldolgozás, továbbá a nádbetakarítás elemző vizsgálata, alapkutatás: aprítási kísérletek, méreteloszlás vizsgálat végrehajtása. 2. év Elméleti vizsgálatok és a kísérleti eredmények alapján, pelletálási kísérletek végzése. Gyárthatóság meghatározása, pelletálási technológia tervezése. 3. év Nádpellet, mint késztermék elemzése (tűzeléstechnikai-, mechanikai vizsgálatok). Javaslattétel megfogalmazása komplex, energetikailag optimalizált nádból előállított pellet előállítására vonatkozóan
Tanulmányutak Felhasználandó irodalom Jelek és rendszerek méréstechnikája / Schnell László Budapest: Műszaki Kvk., 1985. - 1112 p. Megmunkálás közben végzett és aktív mérések a gépiparban / Boda Béla Budapest: KGM MTPI., 1962. - 213 p. Mérési eredmények értékelése matematikai statisztikai módszerekkel / Kemény Sándor. Budapest: BME., 1980. - 176 p. Méréstechnikai kislexikon / Helm László Budapest: Műszaki Kvk., 1976. - 688 p.
Záradék 1. A programvezető véleménye 2. A témavezető véleménye
Mellékletek 1. 2. 3. 4. 5.
Jelentkezési lap Idegennyelvtudást igazoló okiratok másolata A kutatási témát művelő tanszék befogadó nyilatkozata a jelölt kutatási terve alapján A szakterület legalább egy elismert szaktekintélyének írásos véleménye A büntetlen előéletet igazoló erkölcsi bizonyítvány
Sopron, 2013. július 4. Richter Zoltán
