A biomassza és épületgépészeti hasznosításának lehetősége
2003/1-2. lapszám | Kónya Tamás | 4798 |
Figylem! Ez a cikk 22 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A biomassza biológiai eredetű szervesanyagtömeg. Biomasszán a jelenlegi szárazföldi és vízi, összes élő és elhalt szervezetek (mikroorganizmusok, növények, állatok) össztömegét értjük, továbbá az ezek feldolgozását végző ipari folyamatoknak, az állattenyésztésnek és az emberi településeknek összes biológiai eredetű szerves hulladékát, melléktermékét. Az ember testtömegét nem illik a biomassza fogalmán belül kezelni.
A biomassza épületgépészeti célú hasznosítása alatt ebben az összeállításban az energetikai, a fűtési célt tartjuk elsődlegesnek. A biomassza megújuló energiaforrás. A következőkben előzetesen áttekintjük a megújuló energiaforrások jellemző sajátjait.
A biomassza fogalma, az energetikai hasznosítás jellemzői
A biomassza biológiai eredetű szervesanyagtömeg. Biomasszán a jelenlegi szárazföldi és vízi, összes élő és elhalt szervezetek (mikroorganizmusok, növények, állatok) össztömegét értjük, továbbá az ezek feldolgozását végző ipari folyamatoknak, az állattenyésztésnek és az emberi településeknek összes biológiai eredetű szerves hulladékát, melléktermékét. Az ember testtömegét nem illik a biomassza fogalmán belül kezelni.
A biomasszát keletkezési helye, típusa alapján három nagy csoportra oszthatjuk.
- Elsődleges biomassza a természetes vegetáció, a szárazföldi növények, az erdő, rét, legelő és a vízben élő növények. Másodlagos biomassza az állatvilág, a gazdasági haszonállatok és az állattenyésztés melléktermékei és hulladékai.
- Harmadlagos biomassza az emberi települések szerves eredetű szilárd és folyékony hulladékai, illetve a biológiai eredetű anyagokat felhasználó iparok melléktermékei, hulladékai.
- A biotüzelőanyagok halmazállapota lehet szilárd, folyékony vagy gáz, eredetét tekintve pedig szerves anyagokból, ipari, mező- és erdőgazdasági, kommunális és háztartási hulladékból származó. Az épületgépészeti hasznosítás szempontjából potenciális biomassza energiaforrások a következők lehetnek. A mezőgazdasági termények melléktermékei, hulladékai (szalma, kukoricaszár, kukoricacsutka stb.), az energetikai célból termesztett szántóföldi energianövények (árpa, burgonya, búza, cukorrépa, zab, repce stb.). Az erdőgazdasági és fafeldolgozási melléktermékek, illetve hulladékok (fa apríték, nyesedék, forgács, fűrészpor, háncs stb.), energetikai célból telepített ún. energiaerdő (akác, nyár, fűz stb.), állati eredetű biomassza (trágya stb.). Kommunális szemétlerakón keletkező biogáz (depóniagáz), kommunális szennyvíztisztító üzemekben a szennyvíziszap-kezelés kapcsán keletkező biogáz, egyes ipari, mezőgazdasági és élelmiszeripari feldolgozó üzemekben keletkező melléktermék, hulladék (pl. cukorgyári melasz stb.).
A biomassza energetikai célú felhasználásának számos előnye van. Megtakaríthatók (a fosszilis energiahordozókra gondolva) a földtani kutatások és a bányanyitás költségei, rendszeresen és biztonságosan újra termelhető, újra képződik, termelése, gyűjtése és felhasználása során a balesetveszély kisebb, mint a fosszilis energiahordozók kitermelésekor. Szállítható nagyobb távolságra is, keletkezési helye alapján lehetőséget kínál a dekoncentrált hasznosításra, így a szállítási költségek csökkenthetők. Kicsi a salakképződés (a szénhez viszonyítva). Ésszerűen termelve és hasznosítva környezetkímélő (pl. hegyoldalak erózió elleni védelme). Elégetésekor kevésbé szennyezi a környezetet, mint a fosszilis energiahordozók (kénemissziója húszszor, negyvenszer kevesebb, mint a hazai széné, és nagyságrenddel marad el a fűtőolajé mögött is), hamutartalma 1/50-ede, ½00-ada a szén hamutartalmának, hamuja pedig talajtápanyagként hasznosítható. Nagy oxigéntartalma miatt kevés levegő szükséges égéséhez. Tömörített formában kereskedelmi áruvá alakítható (pl. fabrikett).
A föld megújuló energiaforrásai
A föld megújuló energiaforrásai között tartjuk számon a biomasszát, a geotermikus energiát, a napenergiát, a vízenergiát, a szélenergiát, az óceánok hullámzási energiáját és az ár-apály energiát. A biomassza által képviselt bioenergia a Föld egyik legjelentősebb megújuló energiaforrása. Nem más, mint az élő szervezetekben és elhalásuk után a belőlük származó szerves anyagokban lévő kémiai energia, amely a zöld növények által a fotoszintézis útján megkötött napenergiából származik. A biomassza mint megújuló energiaforrás a fotoszintézisnek köszönheti megújuló jellegét. Alkalmas hő- és villamosenergia termelésére, valamint motorhajtóanyagként is használható megfelelő technológiai átalakítások után. A biomaszszából a szükséges feltételek megteremtése esetén fejlődő biogáz felhasználható a földgáz mint tüzelőanyag kiváltására.
Ha az energetikai hasznosítást úgy valósíthatjuk meg, hogy tüzelőanyagként kezeljük, azaz elégetjük, akkor hő szabadul fel. Eltüzelése azzal a rendkívüli előnynyel jár, hogy nem növeljük a légkör széndioxid-tartalmát. Ezáltal fontos eszköze az üvegházhatás csökkentésének, ellentétben a fosszilis energiahordozók eltüzelésével. A fosszilis energiahordozók is biológiai eredetűek, de nem megújulóak.
A föld megújuló energiaforrásai között tartjuk számon a következőket:
- biomassza,
- geotermikus energia,
- napenergia,
- vízenergia,
- szélenergia,
- az óceánok hullámzási energiája,
- ár-apály energia.
Hasznosítható hazai biomassza- források és lehetőségek
Magyarország biomassza-termelési adottságai igen kedvezőek. Ennek döntő részben az az oka, hogy hazánk előkelő helyen áll a mezőgazdasági terület ország területhez viszonyított arányában és jók a klimatikus viszonyok.
Egyes irodalmi források szerint lehetőségünk volna évi 7 millió tonna mezőgazdasági és erdészeti melléktermék energetikai célú hasznosításra. Ez 1,5-2,0 millió tonna olaj egyenértéknek felel meg. Egy 1999-ben közölt adat szerint Magyarországon az energiatermelést tekintve a legjelentősebb biomassza technikai potenciál értékeit az alábbiak jelentik. A mező- és erdőgazdasági termelésben keletkező, energetikailag hasznosítható melléktermék és hulladék csoportjába tartoznak a szalmafélék, nád, kukoricaszár, kukoricacsutka, napraforgószár, napraforgóhéj, gyümölcsfanyesedék, szőlővenyige, erdei tűzifa és erdei apríték, és a faipari hulladék.
Biogáztermelés alapanyaga lehet az állati eredetű melléktermék, a szennyvíziszap és a kommunális hulladéklerakók „tartalma”. Hasznosítható a kommunális szerves hulladék (szemétégetés) és az energiaerdő, mezőgazdasági energiaültetvény is. Ezen források hasznosítására hazánkban reális lehetőségek kínálkoznak. Ennek ellenére a magyar felhasználási adatok jelentősen elmaradnak az elérhető potenciáltól, mely a következő okokkal magyarázható. A földgáz előnyös árral és kiterjedt vezetékhálózattal rendelkezik. A biomasszák esetében hiányosak vagy éppen hamisak a rendelkezésre álló információk. A korszerű technológiai színvonalat képviselő, többnyire külföldi eredetű technikák meglehetősen drágák a magyarországi árszínvonalhoz képest. Nem, vagy kis hatékonysággal működnek a biomasszán alapuló energiatermelést elősegítő közvetlen támogatási rendszerek. Erős ellenérdekű előítéletek léteznek a biomasszával szemben.
Szántóföldi energianövények
Energetikai faültetvények mellett szántóföldi energianövények termesztését sok fontos körülmény miatt célszerű szorgalmazni. A túltermelési válsággal küzdő mezőgazdaságban az energianövények termesztése alternatív megoldást jelent az élelmiszertermelő növények termesztésével szemben. Hazai környezetben szóbajöhető energianövény a kender, a repce, a napraforgó, a csicsóka, a nádak, a zöldpántlikafű.
Energiatermelés tüzeléssel
A biomassza tüzelés útján való hasznosításának feltételei, nehézségei között megemlíthető, hogy olyan tüzelőberendezések szükségesek hozzá, amelyek alkalmasak a változó víztartalmú anyagok jó hatásfokú elégetéséhez. A gazdaságosságra hatással van a tüzelőberendezések éves üzemideje. Törekedni kell a több területen történő hőellátásra, vagyis arra, hogy egy ilyen hőközpontból több létesítményt, több technológiát, pl. fűtőberendezést és HMV-termelőt üzemeltessünk. A fa elégetésének jellemző körülményeiről szólva a fa hamuadatai igen kedvezőek: 0,2-1,7%. Ugyanez a barnaszén esetében 50-80%-os, a kőszén esetében 10-50%-os. A fa elégetésekor a kénemisszió jelentéktelen értékű. Ugyanez nem mondható el a szén és a könnyű fűtőolaj elégetésekor. A fához hasonlóak más biomassza energiaforrások hamu- és kénemisszió értékei is. Az égő fa sugárzó hatása közepes értékű, közel azonos a földgázéval. Három kg fa fűtőenergia-tartalma közel egyenlő egy kg tüzelőolaj fűtőenergia-tartalmával. A tűzifa fűtőértéke 13-15 MJ/kg.
A biomassza átalakítása energiává
A szilárd tüzelés a növényi anyagok eredeti formájában, vagy műszaki előkészítését követően végezhető. Eredeti állapotban a növények vagy növényrészek akkor égethetők el, ha méretük viszonylag kicsi (pl. repcemag, napraforgómag), vagy a tűztér igen nagy, és így a teljes növény elfér benne. A legismertebb műszaki előkészítési módok a darabolás; a tűztérhez viszonyítva nagy növényrészek méretének csökkentése, pl. tűzifa, kandallófa, aprítás; a változatos méretű növényrészek viszonylag kis részekre aprítása (10-50 mm), az eltérő tulajdonságú növények homogenizálása tűztértápláló rendszerek automatizálásának biztosítása céljából.
Ide tartozik még a kötegelés; viszonylag kis méretű növények, pl. nád kötegelése az egyszerűbb anyagmozgatás céljából, és a tömörítés (bálázás nagyobb térfogati és energiasűrűség előállítása céljából, biobrikett és pellet előállítása).
Magyarországon a biobrikett gyártása az 1980-as évek első felében a fafeldolgozó üzemekben indult be száraz fűrészporból. Ezt követően létesültek üzemek a nedves fakéreg, a furfurol korpa, a szalma és egyéb hulladékok brikettálására. 1988-ban 28 db brikettüzem működött Magyarországon, és évente 28-35 000 tonna biobrikettet gyártottak különböző alapanyagokból.
Mára az 1980-as években működő biobrikett-üzemek száma jelentősen lecsökkent. Ennek oka, hogy kiépült az országos gázhálózat, a gázár viszonylag alacsony, megszűnt a biobrikettre a korábbi központi ártámogatás, a földgázzal való tüzelés lényegesen kényelmesebb. A biobrikett-gyártás újbóli felfutását nehezíti a gyártáshoz szükséges, megfelelő minőségű alapanyag beszerzésének bizonytalansága, annak más irányú értékesítése, például exportja, ipari felhasználása, közvetlen eltüzelése, almozási célú értékesítése, valamint hulladékként történő egyszerűbb elhelyezése.
A fatüzelésű berendezések fejlesztésének tendenciáit vizsgálva megállapíthatók a következők. Kezdetben a hatásfok javítása volt a jellemző, később a hatásfokjavítás mellett az üzemeltetéssel, a használattal kapcsolatos komfortigények kielégítése került előtérbe. Ezt követően, az előbbi fejlesztési célokat is megtartva, a lehető legkedvezőbb emissziók elérése volt a cél.
A kis fatüzelésű berendezések a működési elv alapján lehetnek kályhák egyaknás és kétaknás elrendezésben; kandallók nyitott tűztérrel, kazettás tűztérrel; kiskazánok levegő-, víz-, vagy termoolaj hőcserélővel.
A felhasznált tüzelőanyag megjelenési formája szerint az előbb felsorolt műszaki megoldásoknak több változata lehetséges: hasábfa, darabosfa, biobrikett, pellett, apríték és fapor tüzelő.
