Fogalma

  Biomassza: biológiai eredetû szervesanyag-tömeg, egy biocönózisban vagy biomban, a szárazföldön és vízben található élõ és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) testtömege;  biotechnológiai iparok termékei; és a különbözõ transzformálók (ember, állatok, feldolgozó iparok stb.) összes biológiai eredetû terméke, hulladéka, mellékterméke. Az ember testtömegét nem szokás a biomassza fogalmába vonni. A biomassza elsõdleges forrása a növények asszimilációs tevékenysége. Keletkezésének folyamata a produkcióbiológia fõ témája. Ennek felmérését szolgálta a Nemzetközi Biológiai Program (IBP) világméretû akciósorozata, amelyben hazánk is részt vett. A növényi biomassza a fitomassza, az állati biomassza a zoomassza. A termelési-felhasználási láncban elfoglalt helyük alapján a biomassza lehet elsõdleges, másodlagos és harmadlagos. Az elsõdleges biomassza a természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdõ, rét, legelõ, kertészeti növények, vízben élõ növények. A másodlagos biomassza az állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés fõtermékei, melléktermékei, hulladékai. A harmadlagos biomassza a biológiai eredetû anyagokat felhasználó iparok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetû szerves hulladékai. A biomassza hasznosításának fõ iránya az élelmiszertermelés, a takarmányozás, az energetikai hasznosítás és az agráripari termékek alapanyaggyártása. Az energetikai hasznosítás közül jelentõs hasznosítási mód az eltüzelés, brikettálás, pirolizálás, gázosítás, és biogáz-elõállítás. Az aerob biológiai szennyvíztisztításnál a mikroorganizmusok rohamos elszaporodása megy végbe a rendelkezésre álló tápanyag, a víz oxigén tartalma és a hõmérséklet függvényében. A biomasszát az elpusztult mikroszervezetek testtömege képezi, amit ülepítéssel vagy flotálással lehet eltávolítani (eleven-iszap). A biomassza-képzõdés oxigénmentes közegben anaerob mikroorganizmusok (anaerob szervezetek) révén is végbe mehet, de lényegesen kisebb sebességgel. A biomassza képzõdés másik formája a fõleg élõvizekeben, (hûtõvizekben) lejátszódó algavirágzás. Hazánkban 1981-83 között Láng István, akadémikus vezetésével nagyszabású felmérés történt a biomassza helyzetének és lehetõségeinek feltárására. Az eredményeket 1985-ben publikálták, "A biomassza komplex hasznosításának lehetõségei" címmel. Hazánkban évente kb. 53 millió tonna szerves anyagot termelnek a vadon élõ és gazdasági növények (szárazanyagban), amelynek több mint fele melléktermék, illetve hulladék. Ezek hasznosítására igen sok lehetõség kínálkozik: talajjavítás, trágyázás, energianyerés, takarmányozás, biotechnológiai hasznosítás, kémiai átalakítás (ipari nyersanyagként) stb. ezek jobb kiaknázása a következõ idõszak kulcsfontosságú feladatai közé tartozik. (Környezetvédelmi Lexikon)

Története

  Napjainkig a tüzelõanyagok történelme lényegében a biotüzelõanyagok történelme volt. Eltekintve a forrásoktól, a tengerpartokon illetve a felszínre bukkanó szénrétegeknél talált széntõl, a 17. századig a biomassza volt az egyetlen hõforrás a Napon kívül. Ebben az idõben a világításban az állati és növényi olajok, valamint a faggyú gyerták égetése játszott nagy szerepet.
  A legkorábbi bioenergia az igavonó állatok erejébõl származott és még ma is hasznosított energiaforrás, a legnagyobb arányban a fejlõdõ országokban, ahol leginkább a kis farmokon ez a legelérhetõbb energiaforrás, 80-90%-ban Afrikában és Ázsiában ez a legjellemzõbb.
Ha feltételezzük, hogy minden egyes állat napi 8 órát dolgozik, 100 napot egy évben, akkor a teljes energia termelés, 90 TWH vagy 320 PJ/év, csak egy kis töredéke a növények által közvetlenül termelt energiának.
  Az ipari forradalom elején a fát felváltotta a szén. Az ipari fejlõdést általában három egymással ellentétes dologgal magyarázzák:

- A növekvõ jólét a kívánt technikai innovációnak kedvezõ alapfeltételeket biztosított. Ez vezetett a gépek növekvõ használatához, amelyhez a szén sokkal jobb üzemanyag volt, mint a fa.

- A tudományos találékonyság széleskörû technológiai változást eredményezett, a fát felcserélõ szénbõl származó energia hasznosításával. A növekvõ jólét csak egy következménye volt az iparosodásnak.

- A népességnövekedés, a szegénység és a fa növekvõ ára késztette a szén elõtérbe kerülését, amely sokkal kisebb készletben állt rendelkezésre. A külszíni szén készletek hamar kimerültek és szükségessé vált a mélybányászata, illetve a víz mélybõl történõ kiszivattyúzása.

Nepál és Etiópia összenergia szükségletét csaknem teljesen biomasszából elégítik ki
Kenyában 75%
Indiában 50%
Brazíliában 25%-ot állítanak elõ biomasszából.

  A fejlõdõ országok közel 4 milliárdos népességével több, mint 3 Gt (lég-szárított) biomasszát hasznosítanak évente. Az iparosodott nemzetek esetében is a bioüzemanyagok hasznosítása nem elhanyagolható, a fejenkénti átlag 1/3 tonna/év, ami 3%-os elsõdleges energia fogyasztást jelent.

  A megújuló energiaforrások alkalmazásával foglalkozó kutatások az 1970-es évek végén a második energiaár-robbanást követõen kezdõdtek el. A kifejlesztett, korszerû nagyüzemi biomassza tüzelési rendszerek az egyes országok agrártermelési, helyi ipari, illetve kommunális szféráiban széles körben elterjedtek. A bonyolultabb és költségesebb technológiák kifejlesztése azonban megtorpant, mivel az energiaárak alacsony szinten stabilizálódtak a nemzetközi piacon. Az elmúlt évtizedekben azonban újra fokozottan elõtérbe kerültek a megújuló energiaforrásokat hasznosító technológiák fejlesztése, a világszerte egyre nagyobb gondot okozó környezetvédelmi problémák miatt. A fejlesztések elõtérbe-kerülésének másik oka a Nyugat-Európában termelésbõl kivont termõterületek hasznosításának és a falusi lakosság helyben tartásának célja volt. Jelenleg az európai agrár ágazatok hozzávetõleg 1,7 millió tOE megújuló energiát használnak fel, melynek legnagyobb részét a tûzifa és az erdészeti, valamint faipari melléktermékek teszik ki 1,2 millió tOE mennyiséggel, ezen kívül a szalma 0,3 millió tOE közvetlen tüzeléssel történõ hasznosítása.

  Egyes források szerint az EU területének egy tizedét lehetne energetikai rendeltetésû biomassza termelésre hasznosítani. Ez körülbelül évi 80 millió tOE-nak felel meg, amely a régió jelenlegi villamos energia szükségletének 20 %-át fedezné. Európában a fa energetikai célú felhasználása évi átlagban 2,3 %-os növekedést mutat.
  Ausztria alternatív energia hasznosítása igen jelentõs. Stájer tartományban a biomassza energetikai hasznosítása a primer energiafelhasználáson belül 1980-ban még csak 7% volt, míg a fosszilis energiahordozóké 79%. Ekkor még egyetlen biomassza hasznosítású fûtõmû sem volt, 1985-ben pedig már 74 mûködött. Az összes alternatív energia felhasználás 1992-ig 23%-os részarányt ért el, és ezen belül a biomassza 15%-ot tett ki.

Elméleti háttere

  Bioenergia: az élõ szervezetekben és elhalásuk után a belõlük származó szerves anyagokban lévõ kémiai energia, amely a zöld növények által, a fotoszintézis útján megkötött napenergiából származik. A bioenergia a Föld legfontosabb megújuló energiaforrása. Fontos eszköze az üvegházhatás csökkentésének, mert CO₂  semleges. A fosszilis energiaforrások szintén bioenergia eredetûek, de nem megújulóak. Közelgõ kimerülésük sürgeti a bioenergia racionálisabb és széles körû felhasználását: biogáz fejlesztés, termikus konverzió, cellulózbontás biokonverzióval, gázosítás és egyéb módszerek segítségével. (Környezetvédelmi Lexikon)

A Földön föllelhetõ élõ anyag teljes tömege a nedvességtartalommal együtt 2000 milliárd tonna.
Néhány a biomassza mennyiségével kapcsolatos adat az Open University alapján:

A szárazföldi növények össz-tömege: 1800 milliárd tonna.

Az erdõk teljes tömege: 1600 milliárd tonna.

A világ népessége (1993): 5,5 milliárd fõ.

Az egy fõre jutó szárazföldi biomassza: 400 tonna.

A szárazföldi biomasszában raktározott energiamennyiség: 25 000 exajoule, 3000 EJ/év (95TW).

A nettó évi szárazföldi biomassza produkció: 400 000 Mt/év.

1 Exajoule (EJ) = 1 millió megajoule.

1 Terawatt (TW) = 1 millió megawatt.

Az összes energiafogyasztás (minden fajtáját beleértve): 400 EJ/év (12TW).

Biomasszából származó energiafogyasztás: 55 EJ/év (1,7 TW).

Táplálékból származó energiafogyasztás: 10 EJ/év (0,3TW).

 A teljes napsugárzásnak csak kis része éri el a Föld felszínét és ennek csak a töredékét hasznosítják a növények a fotoszintézis révén.
A fotoszintézis azon folyamatok összessége, amelynek során a növényi szervezetek és egyes baktériumok a fényenergiát kémiai energiává alakítják, melynek segítségével szerves anyagot termelnek.

Jelentõsége:
                  - A fotoszintézis során átalakított fényenergia adja az energiát az egész élõvilág energia
                    igényes folyamataihoz.

                  - A Föld mai légkörének az összetétele a fotoszintetikus folyamatok eredménye (teljes
                    oxigéntartalma fotoszintetikus eredetû, a fotoszintetikus úton asszimilált szén mennyisége
                    egyes becslések szerint eléri a 44 milliárd tonnát!)

Lényege:
   A zöld növények azon képessége, hogy a zöld színtestek és napfény segítségével vízbõl, ásványi anyagokból, szén-dioxidból képesek felépíteni saját szerves anyagaikat. Olyan redox folyamat, melynek során egy elektrondonorról úgy jut át egy elektron az akceptorra, hogy ahhoz a redoxpotenciál különbségek miatt szükséges energiát a fény szolgáltatja.

A fotoszintézis általános egyenlete:

                                                           H₂D+A=>H₂A+D

ahol a H₂D  a hidrogén/elektrondonor,
az A a hidrogén/elektronakceptor.

 A baktériumok kivételével a fotoszintetizáló szervezetek a CO₂ redukálásához általában a vizet használják. A folyamat során O₂ szabadul fel a víz oxidációja miatt.

A fotoszintézis konkrét egyenlete:

                                                           2nH₂O+nCO₂=>(CH₂O)+nH₂O+nO₂

A folyamatban az elektrondonor a H₂O , míg az elektronakceptor a CO₂ .
A folyamat során O₂ szabadul fel.
Egy mol CO₂ redukciójakor 112 Kcal szabad energiaváltozás lép fel, amely kémiai energia formájában kötõdik meg.
  A növényekben raktározott energia számos kémiai fizikai átalakulási folyamat során hasznosítódik a növényekben, a talajban, a környezõ atmoszférában, az élõlényekben, míg végülis kisugárzódik a Földrõl, alacsony hõmérsékletû hõ formájában, kivéve persze azt a részét, amely az idõk folyamán tõzeggé, vagy fosszilis energiahordozóvá alakul. E körfolyamat jelentõsége számunkra abban rejlik, hogy ha beavatkozunk és kizsákmányoljuk a biomassza egy részét, abban az állapotban, amelyben kémiai energiaraktárként létezik, egy energiaforrást nyerünk.
A biotüzelõanyagok közé az energiaforrások széles skálája tartozik ide a fa egyszerû elégetésétõl a városi hulladékégetõ multi-megawattos erõmûig.
A biotüzelõanyagok halmazállapota lehet: szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, eredetét tekinve pedig szerves anyagokból, ipari, mezõgazdasági, kommunális és háztartási hulladékokból származó.

Fizikája

  A biomassza energia hasznosításának az alapja az égés, amely hõenergia felszabadulással járó folyamat. Az alábbi reakció egyenlet tartalmazza az égés folyamatának legfontosabb lépéseit, a metán példáján keresztül. Minden egyes metán molekula egy szén és négy hidrogén atomot tartalmaz, képlete: CH₄ . Az égés során a reakció partnere a kétatomos oxigén molekula: O₂ .
Minden egyes metán molekula az égése során két oxigén molekulával lép reakcióba:
 
 

Az olaj, szén vagy más tüzelõanyagok még komplexebbek a metánnál, de az égésük hasonlóképpen megy végbe.

  A világ negyedik legelterjedtebb energiaforrása a szén, a kõolaj és a földgáz után a biomassza. A biomassza energia fedezi a felhasznált energia 14%-át világátlagban, míg a fejlõdõ országokban 34%-át.

Biomassza energiaforrásnak az alábbiak tekinthetõk:

- mezõgazdasági termények melléktermékei, hulladékai (szalma, kukorica-szár/csutka, stb.)

- energetikai célra termesztett növények (repce, cukorrépa, különbözõ fafajok)

- állati eredetû biomassza (trágya, stb.)

- erdõgazdasági és fafeldolgozási melléktermék illetve hulladék (fa apríték, nyesedék, forgács, fûrészpor, háncs, stb.)
 

A biomassza, mint energiahordozó jellemzõi:

- megújulása a fotoszintézisnek köszönhetõ

- az energia tárolása az által valósul meg, hogy a fotoszintézis során a növényekben létrejövõ szerves anyagokban kémiai energia formájában raktározódik el a napfény energiája

- az energetikai hasznosítást úgy lehet megvalósítani, hogy nem növeljük a légköri szén-dioxid mennyiségét

- nagyban elõsegíti az ásványkincsek megõrzését

- jelentõsen kisebb a káros anyag emisszió (CO₂, CO, SO₂, C_xH_x) a fosszilis energiahordozókhoz képest

- az élelmiszer-túltermelés következtében felszabaduló földterületek reális alapot adnak a racionális hasznosításnak

- kedvezõ hatással van a vidékfejlesztésre, a munkahelyteremtésre

Felhasználási lehetõségei

A biomassza, mint energiaforrás a következõképpen hasznosítható:

1. Közvetlenül:

- tüzeléssel, elõkészítés nélkül, vagy elõkészítés után

2. Közvetve:

- kémiai átalakítás után (cseppfolyósítás, elgázosítás), folyékony üzemanyagként vagy éghetõ gázként
 

- alkohollá erjesztés után üzemanyagként

- növényi olajok észterezésével biodízelként

- anaerob fermentálás után biogázként.

A biomassza energiahordozók kis- és közepes teljesítményû decentralizált hõ- és villamos energiatermelésre, valamint motorhajtóanyagként hasznosítható viszonylag alacsony energiasûrûsége miatt.

Felhasználási lehetõsége Magyarországon

  A biomassza energetikai célú hasznosítására elsõsorban a hagyományos agrártermelési ágazatokban keletkezõ mezõ- és erdõgazdasági melléktermékek és hulladékok hasznosításának, az energetikai erdõgazdaság (energiaerdõk) és az energetikai célú növénytermesztés (energianövények) keretén belül van lehetõség. Ezen források hasznosítására hazánkban reális lehetõségek kínálkoznak. A fejlett ipari országokban az élelmiszer-túltermelés következtében felszabaduló földterületek igen jól hasznosíthatók energiaerdõk telepítésére, vagy energianövények termesztésére, és az adott térség munkanélküliségbõl adódó problémáit is enyhíti, egy megújuló energiaforrás termelése történik, valamint az energiahordozókra kiadott pénz a térségben marad és annak további fejlõdését szolgálja.
Az élelmiszertermelésbõl kivont szántóterületek aránya a fejlett ipari országokban eléri a 20%-ot. Magyarország EU csatlakozása esetén 50 000 - 1 000 000 ha termelésbõl kivont termõfölddel lehet számolni.
  Az alternatív energiaforrások hasznosítása egyre fontosabb feladatunk lesz, hiszen hazánk is csatlakozott a Rioi Egyezményhez, amelyben tagországok arról nyilatkoztak, hogy a  CO₂ - emissziót 2000-ig az 1990. évi szintre csökkentik, majd szinten tartják.

  Hazánkban a megújuló növényi biomassza mennyisége szárazanyagban kifejezve a fõ- és melléktermékekkel együtt 55-58 millió tonna. Energetikai célra megfelelõ körülmények között 6-8 millió tonna szerves anyag lenne hasznosítható (minimálisan pedig 3-4 millió t) a 25-26 millió t mezõgazdasági, valamint 1-2 millió t erdõgazdasági melléktermékbõl. Ahhoz, hogy ez a hasznosítás nagyobb arányú illetve hatékonyságú legyen, megfelelõ ökológiai, gazdasági és mûszaki feltételeknek kell rendelkezésre állniuk. A hasznosítható 6-8 millió t biomassza össz energia készlete kb. 1,5-2,0 millió tOE-re tehetõ.
500 000 ha energia erdõ 0,8-1,0 millió tOE bio-tüzelõanyagot, 300-400 000 ha bio-hajtóanyag termelõképessége hosszú távon 0,5-1,0 millió tOE-t is elérhet. Magyarországon az energia mérlegben a tûzifa 0,32 millió tOE értékkel, az egyéb biomassza energiaforrások kb. 0,1 millió tOE értékkel szerepelnek és az ország össz energiafelhasználásának alig több, mint 0,14%-át tették ki a 90-es évek elején. (KOCSIS et al., 1993).

A szilárd halmazállapotú biomassza hasznosítása

  A mezõ- és erdõgazdaság évente igen nagy mennyiségû mellékterméket produkál. Ezen melléktermékeket számos célra lehet felhasználni, mint például talajerõ visszapótlásra a növénytermesztésben, az állattartásban, ipari felhasználásban, illetve energiatermelésre.

  Ma sajnos a keletkezõ mennyiség 10%-át sem használják fel tüzelési/energiatermelési célra. Energiatermelésre a gabonaszalma és a fahulladék a legalkalmasabb, a kukorica- és a napraforgószár csak nehezen hasznosítható energetikai célra, de annál alkalmasabb talajerõ visszapótlásra. A gyümölcsfa ültetvényeken keletkezõ igen nagy mennyiségû nyesedék hasznosítására alig-alig kerül sor, általában energia pazarló és környezetszennyezõ módon elégetik, noha aprítására és tüzelésére megfelelõ berendezések állnak már rendelkezésünkre.
  Az erdõgazdaságban az összes kitermelt faanyag 22%-a tekinthetõ mellékterméknek. A nettó fakitermelés 41%-a tûzifa, és az 59%-a ipari fa. Az ipari fa feldolgozása, megmunkálása során szintén nagy mennyiségû melléktermék, hulladék keletkezik, amelyet szintén jól lehetne energetikai célokra hasznosítani. A keletkezõ faforgácsot, fûrészport, fakérget szárítása után brikettálják, amely aztán könnyen hasznosítható. A fakitermelés melléktermékeit is csak részben hasznosítják energia termelési célra, vagy lakossági igényeket elégítenek ki vele, vagy faaprítékként használják fel, illetve eladják. KACZ-NEMÉNYI, 1998 szerint 250-300 000 t fakitermelési és feldolgozási hulladék, illetve melléktermék hasznosítására lenne hazánkban lehetõség, amely 90 000 tOE-et jelent.
  Az energetikai célú növénytermesztés irányulhat alternatív motorhajtóanyag-termelésre (alkohol, repce-metil-észter stb.), tüzelõanyag ellõállításra (biobrikett, energiaerdõ, repceolaj).
A biomassza termelésének nettó hõ-energia hozama a mezõgazdasági éas erdészeti melléktermékek esetében mintegy 0,3-1,3 tOE/ha között, míg az e célra létesített energiaerdõk esetében 1,7-2,6 tOE/ha között változik (KOCSIS et al., 1993).
Az energetikai célú növénytermesztésnek KACZ-NEMÉNYI, 1998 szerint számos akadálya van:

a.) Nehéz termelõi-társadalmi elfogadtatás

b.) Feldolgozó módszerek nehéz beilleszthetõsége a meglévõ agrártechnológiákba.

c.) Az átalakító berendezések kis energetikai hatásfoka.

d.) Az átalakítás gyenge energetikai input/output hatékonysága.

e.) A biomassza hasznosításának nagy a beruházási igénye.

  Energiahasznosításából az alábbi növények jöhetnek számításba:

a.) Különbözõ fafajok (energiaerdõk - nyár, fûz, akác).

b.) Magas cukortartalmú haszonnövények (cukorcirok, cukorrépa).

c.) Magas olajtartalmú növények (napraforgó, repce, szója).

  A magas olaj-, illetve cukortartalmú növények a hagyományos növénytermesztési technológiákkal termeszthetõk, míg az energiaerdõk telepítése, gondozása, letermelése különbözik a hagyományostól.
Az energiaerdõk telepítésének az a célja, hogy a lehetõ legrövidebb idõ alatt, a lehetõ legkisebb költségekkel állítsanak elõ jól égethetõ tüzelõanyagot. Telepítésük elsõsorban a termelésbõl kivont, kevésbé jó termõképességû területeken jöhet szóba.
Hazánkban az energiaerdõk telepítése szempontjából a nyár, fûz, juhar, éger, akác jöhet szóba, melyek közül az akácot tekintik a legalkalmasabbnak, hiszen fiatal korában gyorsan nõ, jól sarjadzik, kicsi a nedvességtartalma és nedvesen is jól tüzelhetõ.
  A Dániában és Svédországban történt energiaerdõkkel kapcsolatos kísérletek során fûzfa telepítvényeket vizsgáltak, ahol 20 000 db/ha egyedsûrûségben ültették a klónokat és három évente termelik. A telepítés várható élettartamát 30 évre, vagyis 10 kitermelésre becsülik. Más külföldi, nyárfákkal végzett kísérletekkel ha-ként 10-13 t szárazanyagot értek el, háromnyomású, hétéves rotációval. A hazánkban végzett kísérletek eredményei igen változóak, fafajtól, vágásfordulótól függõen 3,5-20 t/ha szárazanyagot kaptak. Marosvölgyi (1996) szerint hazánkban 12t/ha/év szárazanyag (200-220 GJ/ha évi energia hozam) tervezhetõ a hagyományos fajokkal.
  A fa fûtõértéke függ:
- a víztartalmától (minél nagyobb a víztartalma, annál kisebb a fûtõértéke)
- a fafajtól (sûrûségtõl)
Minél több vizet tartalmaz a fa, a fûtõértéke annál kisebb lesz, mivel az égési folyamat alatt párolog el a víz, és a víz párolgásához hõ szükséges.
  A biotüzelõanyagok elégetése ritkán történik eredeti formájukban, fajtától függõen elõkezelést igényelnek, például: darabolás (aprítás, õrlés, szecskázás), tömörítés (bálázás, pogácsázás, pelletálás). A brikettálást, valamint a pelletálást általában szárítás követi, hiszen a biotüzelõ anyagok víztartalma magasabb a technológia által megköveteltnél (20% alatt kell lennie).
  A mezõgazdasági és erdészeti melléktermékek könnyû szállításához, hasznosításához szükség van kisebb-nagyobb tömörítésre.
A tömörítvényeknek két fõ fajtáját különböztetjük meg:
Pellet: 10-25 mm átmérõjû tömörítvény.
Biobrikett: 50 mm, vagy annál nagyobb átmérõjû, kör, négyszög, sokszög vagy egyéb profilú tömörítvények, amelyeket mezõ-, erdõgazdasági melléktermékekbõl állítanak elõ. Brikettet dugattyús és csigás présekkel állítanak elõ.
Általában kötõanyag felhasználása nélkül készítik. Gyakran célszerû a különbözõ melléktermékek összekeverése a szilárdság növelése érdekében, például a szalma briketthez fûrészpor, fenyõfakéreg.
Brikettálni csak a 10-15% nedvességtartalmú alapanyagokat lehet, tehát, ha a tömörítendõ anyag nagyobb nedvességtartalmú, szárítást igényel.

Elõnyei:

a.)  Fûtõértéke a hazai barnaszenekének felel meg (15 500 - 17 200 kJ/kg), de azoknál tisztább.

b.)  A szén 15-25%-os hamutartalmával szemben csak 1,5-8% hamut tartalmaz, melyet talajerõ visszapótláshoz lehet használni.

c.)  Kéntartalma maximálisan 0,1-0,17%, amely a szén kéntartalmának 15-30-ad része.

Hátránya, hogy nedvesség hatására szétesik, de nedvességtõl gondosan elzárt helyen korlátlan ideig tárolható.

  A mezõ- és erdõgazdasági melléktermékek tüzelõberendezései hazánkban az 1980-as években terjedtek el, így 1993-ban 50kW-4MW hõteljesítmény határok között már 500 ilyen berendezés mûködött.
A tüzelõberendezések fõbb részegységei KACZ - NEMÉNYI alapján:
- tüzelõanyag tároló a kitároló szerkezettel,
- tüzelõanyag-szállító rendszer,
- tüzelõanyag- és levegõadagoló rendszer,
- hõcserélõ (kazán),
- hamu/salak eltávolító berendezés,
- füstgáz elvezetés (kémény),
- szabályozó és védelmi berendezés.

A biomassza energetikai célokra történõ hasznosításának elõnyei:

a.) Kén-dioxid kibocsátás csökkenése. A tüzelési célokra hasznosított biomassza kéntartalma minimális általában 0,1% alatt van.

b.) Kisebb mértékû korom kibocsátás.

c.) Policiklikus aromás szénhidrogének kibocsátásának csökkenése.

d.) A szén-dioxid kibocsátás nullának tekinthetõ, hiszen az elégetett üzemanyag által az atmoszférába jutó szén-dioxid mennyiséget az elõzõ évben kötötte meg fotoszintézise során a termesztett magas olajtartalmú haszonnövény. A termelés, begyûjtés, elõkészítés, valamint a  szállítás során van bizonyos mértékû szén-dioxid kibocsátás.

Hátrányai:

a.) Nagyobb nitrogén-oxid kibocsátás (valószínûleg a levegõ nitrogénjébõl keletkezik a magasabb hõfokon történõ égés következtében).

b.) Az RME hosszabb idõ után megtámadja a lakk réteget, de ez a megfelelõ lakkfajta magválasztásával kiküszöbölhetõ.

c.) Egyelõre nincs rá állami támogatás.

A folyékony halmazállapotú biomassza hasznosítása

  Magyarországon a magas olajtartalmú növények közül az õszi káposztarepcének vannak alkalmas ökológiai adottságú területek, fõleg Nyugat-Magyarországon. E növény termesztéséhez hazánkban minden feltétel adott, és a kinyerhetõ repceolaj nemcsak üzemanyagként, hanem kenõ-, hidraulikaolajként, valamint tüzelõolajként is hasznosítható.
 A növényi eredetû biomasszából elõállított folyékony energiahordozók alkoholok, zsírok és olajok lehetnek, melyeket az alábbi módokon lehet hasznosítani:
a.) motorhajtóanyagként,
b.) hidraulika- és fékfolyadékként,
c.) kenõolajként,
d.) tüzelési célokra,
e.) vegyipari és élelmiszer-ipari alapanyagként.

Ezen energiaforrások tüzelési célokra történõ alkalmazása még nem jelentõs, pedig a fosszilis energiahordozók részbeni kiváltásánál jelentõs szerepet játszhatnak, legfõképpen a növényi olajok.
Motorhajtóanyagként az alkoholok és a növényi olajok felhasználhatóak:
a.) nyers formában,
b.) vegyi átalakítás után,
c.) hagyományos hajtóanyagokhoz keverve,
d.) adagolva.

  Az alkoholok közül az etil-alkohol (etanol) motorikus célú felhasználása a világon sokfelé elterjedt. Az etil-alkohol elõállítása nagy cukor-, keményítõ- vagy cellulóz tartalmú növényi biomasszából történhet fermentáció vagy hidrolízis és fermentáció kombinációja utáni folyamatos desztillációval.
Brazíliában a cukornádból, az USA-ban kukoricából állítanak elõ igen nagy mennyiségben etanolt.
Hazánkban az ipari alkohol elõállítására a cukorrépa, édes cirok, kukorica, kalászos gabonafélék és a burgonya a legalkalmasabb. Cukorrépából és cukorcirokból 3000-3500 l/ha, kukoricából 2000-2500 l/ha, kalászos gabonákból 1000-2000 l/ha, burgonyából mintegy2000l/ha alkohol nyerhetõ (KACZ-NEMÉNYI, 1998).
  Az etanol energiatartalma kisebb, mint a benziné, így azonos teljesítmény elérése érdekében 25-50%-kal többre van szükség. Így a tisztán etanollal üzemeltetett gépkocsi motorok üzemanyagtartályának nagyobbnak kell lennie, növelt paraméterekkel kell rendelkezniük a keverékképzésben résztvevõ szerkezeti elemeknek. A benzinhez kevert etanollal kedvezõ tulajdonságú üzemanyag nyerhetõ, hiszen nõ a keverék oktánszáma és oxigén tartalma, így javulnak az égés feltételei. 5-15% etanol hozzáadásával kapják a motalco, gasohol nevû üzemanyagokat, Brazíliában a 20-22% alkoholtartalmú benzint is használják.
  A metilaklohol (metanol) is alkalmas motor hajtóanyagnak, maximum 15%-ban hagyományos hajtóanyagokhoz hozzáadható komponensként, benzinhez történõ keverésnél elegyedési problémák merülnek fel, ezért etilalkoholos, metanolos benzinkeverék készítése a szükséges.
  A repce magja 38-45% olajtartalmú. Németországban hektáronként 3 tonnát tudnak termelni, ami 1,3 t olajat ad. A repcemagból az olajnak a felét mechanikusan préselik ki, majd a maradék olajat a felaprított pogácsákból oldószerrel (n-hexán) kivonják, a hulladékban mindössze 0,5-2%mennyiségû olaj marad.

A növényi olajok hasznosításának hátrányai:
a.) nagyobb lobbanáspont (nehezebb gyújtás)
b.) nagy viszkozitás (rossz porlaszthatóság)
c.) kokszosodási hajlam

  Ezeken a tulajdonságokon kémiai átalakítással lehet javítani (repceolaj zsírsavainak metanollal történõ átészterezésével repcemetilészter, RME nyerhetõ). A németországi olajütõ malmok feldolgozási kapacitása 1000-3000t/h között mozog, míg az évi feldolgozási kapacitás kb. 3,7 millió tonna. Egy hektárnyi repce termésébõl 1300 l repceolaj, ennek átészterezésébõl 1375 l RME kapható, melléktermékként 1774 kg, 30% fehérjetartalmú repcepogácsa nyerhetõ, ami takarmányként hasznosítható.
  A repceolaj-metilészter, valamint a napraforgó-metilészter elõállításakor, mint ismeretes számottevõ melléktermékként glicerin keletkezik. A vegyileg tisztított glicerint széleskörûen felhasználják:
a.) szilárd fûtõanyagnak (20% glicerinnel fûrészforgácsot kevernek össze és briketté sajtolják)
b.) trágyának (trágyalével keverik össze)
c.) semlegesítéssel tisztítják, majd mikrobás cukrosítással és erjesztéssel, desztillálással etanol nyerhetõ.

A különbözõ glicerin származékokat számos célra tudják hasznosítani:
a.) kozmetikumok
b.) fogkrémek
c.) gyógyszerek
d.) tápanyagok
e.) lakkok
f.) mûanyagok
g.) mûgyanta
h.) dohány
i.) robbanóanyagok készítésben
j.) cellulóz feldolgozásban (KACZ-NEMÉNYI, 1998).

  A repce olajtartalmának kinyerésére ma már korszerû berendezések állnak rendelkezésre, amelyek 90%-ot is meghaladó olajkinyerést biztosítanak. (Az egyik legalkalmasabb berendezés a KOMET csigás prés). Ezek a prések 2-5 kg mag/óra teljesítménytõl a 70-100 kg/óra teljesítményig állnak rendelkezésre. A csigás prés által kinyerhetõ olaj igen tiszta, szennyezõ anyagot elhanyagolható mértékben tartalmaz, 24 órás ülepítéssel ez a kis százalék is eltávolítható.
  Hazánkban a termesztett repce igen alacsony termésátlagú. Gyenge minõségû, homokos területen 1,5-1,7 t/ha, de kedvezõbb területeken sem éri el a 3 t/ha-os termésátlagot.
Növényi olaj elõállításával kapcsolatos kísérleteket a Bácska és Duna melléki Mezõgazdasági Szövetkezetek végeztek, 2,5 t/ha átlagot véve 37%-os olajtartalom mellett egy ha területrõl 832 kg (990 l) repceolaj, ezentúl 1660 kg 30% fehérjetartamú repcepogácsa állítható elõ.

e.) Azon országok számára, amelyek a kõolaj igényüket exportból fedezik, más országoktól való függõségüket ez úton tudnák csökkenteni.

A biomassza eredetû energiaforrások hasznosításakor arra kell törekedni, hogy:

- a melléktermékek, hulladékok hasznosítása keletkezési formájukban történjen a nagyobb költségek elkerülése érdekében,

- az eltüzelés elõkészítése csak a legfontosabb lépéseket tartalmazza, pl. darabolás, bálázás

- a szállítás ne történjen túl nagy távolságokra.

  A szilárd biomassza elégetésekor jelentõs hamu keletkezik, ami káliumtartalmánál fogva talajerõ-visszapótlásban hasznosítható. (A szén égetésébõl származó hamu magas kén tartalma miatt nem alkalmas ilyen célokra.)
A káros anyag emisszió nagymértékben függ a tüzelõberendezés mértétõl, üzemétõl (gépi táplálású berendezéseknél jobbak a mutatók), a teljesítmény-kihasználás fokától.

A biogáz hasznosítása

  A mezõgazdasági termék-elõállítás folyamataiban keletkezõ anyagokból gáz halmazállapotú energiahordozók is elõállíthatók.
  Biogáz-elõállítás: kevert kultúrával - alapvetõen két lépésben, savtermelõ baktériumcsoport közremûködésével - végzett anaerob eljárás (anaerob lebontás). Az elsõ lépésben a savas erjedés során a komplex szerves savakra lebontó mikroorganizmusok fejtik ki hatásukat. A második lépésben további baktériumcsoport ezeket az anyagokat bontja szén-dioxiddá, metánná és egyéb gázokká. A folyamat végeredménye a döntõen metánból és szén-dioxidból álló, energetikai célokra hasznosítható biogáz. A visszamaradó melléktermék a kirothasztott iszap, melyet szerves trágyaként használnak fel. E kétlépcsõs folyamatot költségcsökkentési okokból leginkább egy reaktorban valósítják meg, azonban az eljárás hatásfoka növelhetõ és szabályozhatósága is javul akkor, ha a savas és a metános bontási lépést külön reaktorban hajtják végre. A módszert már Magyaroroszágon is alkalmazzák a szennyvíztisztító telepeken a szennyvíziszap, valamint a mezõgazdaságban a hígtrágyák kezelésére, ill. az élelmiszer-ipari  (pl. cukoripar) szennyvizek tisztítására.

  Biogázkinyerõ kút: a rendezetten lerakott hulladékrétegbe függõlegesen telepített, alkalmasan kiképzett, rendszerint mûanyagból készített perforált csõ, amely a mélyebb rétegekben keletkezõ biogáz kinyerését teszi lehetõvé.

A kép forrása: Környezetvédelmi Lexikon
  Biogáztermelés hulladéklerakón: a települési hulladékokat befogadó rendezett lerakóhelyen döntõen anaerob körülmények között végbement biodegradáció, amelynek eredményeképpen metánban dús biogáz keletkezik, amit a hulladékba vízszintesen vagy függõlegesen elhelyezett gázkinyerõ csövek segítségével termelnek ki. A megszívott gyûjtõhálózat segítségével kitermelt biogázt tisztítást követõen energetikai célra hasznosítják. Az eljárást Magyarországon is (pl. a soproni rendezett lerakóhelyen) alkalmazzák.

  Biodegradáció: az az aerob vagy anaerob folyamat, amelynek során a talaj szaprofita mikroszervezetei feltárják, és a növények számára ismét felvehetõ szervetlen állapotba hozzák azokat a biogén elemeket, amelyek részt vesznek a szerves anyagok felépítésében, az energia raktározásába és transzportjában. A biodegradáció a szervesanyag-produkció szakadatlanságát biztosítja, mivel csak a holt szerves anyag degradációja és az ökoszisztémán belül az elemek körfogása teszi lehetõvé a korlátozott mértékben rendelkezésre álló elemek maximum kihasználását. Biotranszformációk körébe tartozó komplex fizikai, kémiai és biológiai folyamatok összessége végén a szerves anyagcseretermékek helyett is szervetlen vegyületek keletkeznek, a folyamatot mineralizációnak nevezzük. A biodegradáció sebessége nagy mértékben függ a molekulaszerkezettõl (policiklusos és halogénezett vegyületek rendkívül nehezen bomlanak), a környezeti tényezõktõl és az adott vegyület lebontására képes enzimekkel rendelkezõ mikroorganizmusok mennyiségétõl. A biodegradáció mértéke határozza meg egy adott ökoszisztémán belül az elemek körforgalmának sebességét. Tanulmányozása különös jelentõséggel bír a hulladékok kezelésében és ártalmatlanításában, a környezetszennyezések biológiai úton történõ eltávolításában. A folyamatot széles körben alkalmazzák a szerves települési és termelési hulladékok komposztálásakor, a szennyvizek biológiai kezelése (tisztítása) során, valamint szerves komponenseket tartalmazó szennyezett levegõ tisztításakor. (Környezetvédelmi Lexikon)

A gáznemû energiahordozók két fajtája:
- biokémiai (anaerob fermentációs) eljárások eredményeként képzõdõ
  biogáz
- termokémiai (pirolitikus és gázosítási) folyamatokban keletkezõ gázok.

  Biogáz: Szerves anyagok anaerob bomlásakor, illetve a biomassza zárt térben való elgázosításakor (erjesztés, rothasztás) baktériumok közvetítésével fejlõdõ gáz. Összetétele kb. 30%  szén-dioxid és 70% metán. Sertés hígtrágyából fejlesztet biogáz égéshõje kb. 23.000 kJ/m³ . Spontán keletkezik, sõt meg is gyullad mocsarakban, lápokban ("lidércfény"), trágyakazlakban, szeméttelepeken. A nyersanyag lehet kommunális hulladék, mezõgazdasági, vagy erdõgazdasági melléktermék. Egy m³ kommunális hulladékból 60-300 m³  biogáz termelhetõ. A biogázfejlesztés után visszamaradó erjesztett trágyát biotrágyának (biohumusz) nevezik, ami teljes értékû, jól kezelhetõ, szagtalan, kertek, parkok trágyázására jól használható anyag. Mesterségesen a 19. sz. eleje óta állítják elõ. Az elsõ biogáz generátort Indiában helyezték üzembe, 1856-ban. Azóta világszerte (fõleg Ázsiában) sok millió hasonló mûködik, többségük "családi" méretû, de vannak nagyüzemi, "erõmû" jellegû biogáz telepek is, amelyek egész városokat látnak el energiával. Az elsõ biogáz-elõállító üzemet 1959-ben létesítették az USA-ban. A biogáz közvetlenül is felhasználható fûtésre, fõzésre (a földgázhoz hasonlóan és ugyan azokkal a berendezésekkel) vagy elektromos energia termelésére, illetve jármûvek hajtására, robbanómotorok üzemanyagaként. A biogáz-generátorba mindenféle szerves hulladék, trágya, konyhai és élelmiszeripari hulladék, vágóhídi és kommunális szennyvíz, mezõgazdasági hulladék konvertálható biogázzá. A biogáz képzõdése közben a patogén szervezetek elpusztulnak, ami közegészségügy szempontból igen jelentõs. A visszamaradó komposzt minden értékes ásványi anyagot megõriz, és kitûnõ szerves trágyaként használható. Hazánkban is mûködik néhány biogáz reaktor, a "családi" méretû hazai típus fejlesztése folyik. Magyarországon az eddig készült biogáz fejlesztõk nagy része még kísérleti konstrukció, és kb. 1 t/h  vagy ennél kisebb kapacitású. A becslések szerint a világon mûködõ mintegy 9 millió biogáz fejlesztõbõl 7,2 millió Kínában van. A jövõ energiaforrásának lényeges alapja lehet a biogáz, ami rendkívül környezetkímélõ és fontos szerepet tölthet be az organikus mezõgazdaságban (szerves trágya visszapótlás). (Környezetvédelmi Lexikon)

  A biogáz - mely a két fenti energiahordozó közül a jelentõsebb - elõállítása történhet elsõdleges és másodlagos biomassza-forrásokból, vagyis a növényi fõ- és melléktermékekbõl, valamint bármilyen természetes eredetû szerves anyag (szerves trágya, fekália, élelmiszer-ipari melléktermékek, hulladékok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek és iszapjaik) egyaránt történhet.
Termelésének alapfeltétele a szerves anyag, a levegõtõl elzárt környezet,  valamint metánbaktériumok jelenléte. Ilyen körülmények között a metánképzõdés spontán is végbemegy. Az intenzív biogáz-termeléshez azonban állandó és kiegyenlített hõmérséklet, folyamatos keverés, kellõ mértékben aprított szerves anyag, metanogén és acidogén baktériumok egymással szimbiózisban tevékenykedõ törzseik megfelelõ aránya is szükségesek.
Biomasszából biogázt mezofil és termofil zónában történõ erjesztéssel lehet nyerni.

A mezofil hõfokú rendszer jellemzõi:
- 25+/-5 napos átfutási idõ,
-  35+/-2 ^oC hõmérséklet,
- kóros véglényekben szegény,
- viszonylag egyöntetû alapanyagból, nagyobb hely- és gázfelhasználási lehetõségek esetén célszerû használni.

A termofil hõfokú rendszer jellemzõi:
- 15+/-2 napos átfutási idõ,
- 56+/-2 ^oC hõmérséklet,
- káros kórokozók fordulnak elõ benne,
- gyors,
- nagy energiaveszteséggel jár.

  A biogázképzõdés során a szerves vegyületek egyszerûbb vegyületekre bomlanak (savas fázis), majd szétesnek alkotóelemeikre, metán gázra (kb. 60-70%)  és szén-dioxidra (kb. 30-40%) illetve a kiinduló anyagoktól függõen különbözõ elemekre (H, N, S stb.) (metanogén fázis).
A biogáz összetétele és fûtõértéke nagymértékben függ a kiindulási szerves anyagtól és az alkalmazott technológiától.
  A termelt gáz felhasználásánál arra kell törekedni, hogy a keletkezés helyéhez közel, legalább 95%-os mértékben fel kell használni. A gáz leggazadságosabb felhasználását a kazánban, illetve légelõmelegítõben történõ elégetés biztosítja, mert az elérhetõ hatásfok 80% körüli.

A biogáz hasznosítási lehetõségei:

a.)  termikus hasznosítás
     - gázmelegítõk
     - gázégõk

b.) komplex hasznosítás
     - elektromos és termikus: gázmotor/turbina generátorral és hõcserélõ
     - mechanikus és termikus: gázmotor/gázturbina és hõcserélõ

c.) mechanikus hasznosítás
     - gázmotor
     - gázturbina

  Ahhoz, hogy hazánkban is elterjedjen az energetikai célú növénytermesztés, meg kell teremteni a megfelelõ törvényi szabályozásokat, pénzügyi feltételeket, amelyek segítenék az e téren tevékenykedõ gazdálkodókat.

Felhasznált irodalom

A képek forrásai: www.nrel.gov/data/pix
Dr. Bai Attila / Zsuffa László: A biomassza tüzelési célú hasznosítása in Fûtéstechnika, megújuló energiaforrások 2001. IV. évf. február
Bohoczky Ferenc: Megújuló energiák alkalmazási lehetõségei és perspektívái in Fûtéstechnika, megújuló energiaforrások 2001. IV. évf. február
Christopher Flavin: Átmenet a fenntartható energiagazdaság felé in A világ helyzete 1992. World Watch Institute 1992
Kacz Károly - Neményi Miklós: Megújuló energiaforrások Mezõgazdasági Szaktudás Kiadó, Agrármûszaki kiskönyvtár 1998.
Göõz Lajos: Szabolcs-Szatmár Bereg megye természeti erõforrásai Nyíregyháza, 1999.

Vissza