Megújuló nyersanyagok a növénytermesztésben. A növénytermesztés tradicionális feladata mellett (élelmiszer, takarmánytermesztés, ökológiai feladatok)

Az előadások a következő témára: "Megújuló nyersanyagok a növénytermesztésben. A növénytermesztés tradicionális feladata mellett (élelmiszer, takarmánytermesztés, ökológiai feladatok)"— Előadás másolata:

1 Megújuló nyersanyagok a növénytermesztésben

2 A növénytermesztés tradicionális feladata mellett (élelmiszer, takarmánytermesztés, ökológiai feladatok) egyre nagyobb szerepet kapnak a más irányú felhasználási módok, amelyeket a technikai és tudományos fejlődés tett lehetővé, továbbfejlesztve a már régóta gyakorolt technikákat. -kenő és zsírozó anyagok, -festék anyagok, -panelek, szigetelő anyagok, -gyógyszer alapanyagok, -műanyaggyártás, -biológiai átalakítás, kemikáliák előállítása, -bioenergia, -biogáz, -biomassza (faanyagok hasznosítása), -hajtó- és üzemanyagok – új trendek

3

4 Még 2050-ben is a fosszilis energiahordozóké lesz a főszerep. Az elemzők szerint a kormányok elsősorban saját országuk energiaigényének fedezésével törődnek, és csak végső kényszer – az energiahordozók drágulása vagy hiánya – miatt döntenek összehangolt akciók, például a klímavédelmi egyezmény továbbfejlesztése vagy a fogyasztás drasztikus csökkenése mellett. Még az sem változtat látványosan az energiahordozók arányán, ha a közeljövőben felgyorsul a nemzetközi együttműködés, és a fogyasztást csökkentő megoldások kapnak elsőséget.

5 A tanulmány szerint a fogyasztáscsökkentő változatban 13 százalékkal kevesebb energiával is elműködik a világ, de a megújulók aránya – bár majdnem a háromszorosára nő – még mindig csupán 30 % körül lesz. A nagyobb fogyasztást feltételező első esetben a világ több megújuló energiaforrást vesz igénybe, de az arány így sem lesz magasabb 37 százaléknál. A szénhidrogének aránya a mainak a felére (28 % százalékra) zsugorodik, miközben megnő a széné. A nem megújuló – szén-dioxid – kibocsátásuk miatt globális felmelegedéshez hozzájáruló – fosszilis források részesedése mindkét változatban lényegében azonos (63, illetve 64 %). A takarékos verzióban azonban nagy szerepet kap a szén-dioxid elnyeletése – például kimerült gázlelőhelyekbe való pumpálása – aminek nyomán 15-20 százalékkal kevesebb üvegházhatású szén-dioxid kerülhet a légkörbe.

6

7

8 Megújítható energiaforrások

9 A megújítható energia- források közül az ember energetikai céllal a biomasszát hasznosítja a leghosszabb ideje és erre épültek első társadalmai is. De még napjainkban is, mintegy 2 milliárd ember fő energia-forrása a tűzifa.

10 A biomassza energetikai átalakításának célja és módja - A biomassza energetikai átalakításának célja: közvetlenül hasznosítható energiahordozó nyerése. Ezen belül a cél lehet hőtermelés, villamosenergia termelés vagy motor hajtóanyag előállítása. - Minél kevesebb lépésben történik az átalakítás, annál nagyobb a biomassza nettó energia hozama, viszont ezzel együtt annál helyhez kötöttebb a nyert energia felhasználása. Ellenben minél több lépcsős az átalakítás, annál kisebb a nettó energia hozam, de annál kisebb fokú a felhasználás helyhez kötöttsége is. - Az átalakítási módok közül a legegyszerűbb a tüzelés, amelyet drágít a brikettálás. Ez azonban csökkenti a szállítás költségeit a tömörítés révén és a tüzelés automatizálásában is előnyt jelent. - Bonyolultabb és fajlagosan költségesebb berendezéseket kíván a gázosítás és a biogáz termelés.

11 - A legtöbb átalakítási lépcsőt a metanol-, etanol-, alkohol-, növényi olaj termelés tartalmaz. Ennek a nettó energia hozama a legkisebb, ám az így létrehozott energiahordozó hasznosítási lehetősége a legszélesebb és a felhasználási helyhez kötöttsége is a legkisebb fokú. -Környezetvédelmi szempontból kiemelendő a biogáz termelés, amely hozzájárul a hulladékok ártalmatlanításához és így kifejezetten csökkenti a környezetterhelést. Kifejezetten a hazai biomassza égetéssel és biogáz- erjesztéssel történő hasznosításra helyeztük a hangsúlyt.

12 A megújítható erőforrások termelésének szabályozása az Európai Unióban - Földkivonás - Termelési támogatások Közvetlen kifizetések Agrár-környezetgazdálkodási kifizetések, valamint Kedvezőtlen adottságú területek kompenzációs kifizetése Magyarországon kb. 35.000 Ft hektáronként A pihentetett terület nagysága a támogatott terület 10 %-a.

13 Az EU és Magyarország biomassza-hasznosítási vállalásai 2003-ban2010-ben EU összes megújuló 6 %12 % EU zöld áram14 %22 % Mo. összes megújuló 3,5 %7 % Mo. zöld áram0,5 %3,6 %

14 Az EU energiapolitikájának céljai -A kiotói célok megvalósítása: A CO 2 kibocsátás 8 %-os csökkentése 2008-2012 között az 1990-es szinthez viszonyítva. -A megújítható erőforrások arányának 6 %-ról 12 %- ra való növelése az összes energiafelhasználáson belül 2010-re. -Az energiahatékonyság növelése. -Az energiaellátás biztonságának fenntartása

15 A biomassza hasznosítását segítő hazai támogatási rendszerek -Nemzeti Energiatakarékossági Program (NEP) 2004 - Nemzeti Fejlesztési Terv Környezetvédelem és infrastruktúra Operatív Program Agrár és vidékfejlesztési Operatív program - Erdőtelepítési támogatás Befejezett erdőtelepítések ápolási és állomány- nevelési (tisztítási) munkáinak normatív támogatása - Befejezett erdőtelepítés ápolása a befejezetést követő öt évig hektáronként 23.000 Ft - Befejezett erdőtelepítés tisztítása a befejezést követő hat és tíz év között hektáronként 14.000 Ft. Az erdőtelepítés műszaki befejezése után végzett erdőtelepítés ápolási, tisztítási munkák a beruházás részét képezik, amelyeket az üzemtervbe be kell vezetni.

16 - Erdőszerkezet-átalakítás Szerkezetátalakítási támogatás Az erdőszerkezet-átalakítás előtti állapot, készültségi fok Célállomány típus az erdőszerkezet-átalakítás után Tölgy és bükk Ft/ha 1. Az első kivitel évében (T és B sarj kivételével) 100.000 2. Befejezéskor a.) akác (mag és sarj), valamint ártéri nemesnyárasok 240.000 b.) sarjeredetű bármely fafaj 200.000 c.) mageredetű bármely lomb 120.000 d.) fenyő70.000 Ültetvénytelepítési támogatás Az FVM 30.000 Ft/ha állami támogatásban részesítette a „Szarvasi-1” nevű energiafű magtermesztés céljából történő telepítését.

17 Országos és erőműi kibocsátási határértékek szigorodása SO 2 500 kt/év NO x 198 kt/év NH 4 90 kt/év 2004. dec. 31-ig SO 2 380 kt/év 2005. jan. 1 után SO 2 250 kt/év 2004. dec. 31-ig NO x 137 kt/év 2005. jan. 1 után NO x 90 kt/év

18 Az összes megújuló energiaforrás a hazai energiatermelésből 3,38 %-kal részesedik. Ez az adat becsült adat és az összes megújítható energiaforrásra vonatkozik, melyekből a tűzifa 83 %-kal részesedik. Ebből 10,9 MJ/kg hőértékkel számolva 2,7 millió t a hazai tűzifa felhasználás. Az erdőterület megoszlása elsődleges rendeltetés szerint (%) Forrás: ÁESz, 2002. I.1.

19 Az erdők hozamai világviszonylatban Földrész és ország Erdőproduktum, m 3 /ha fenyőlombosegyütt Ázsia8590 Afrika5545 Észak-Amerika10590100 Közép Amerika708580 Dél-Amerika140190185 Óceánia945860 Európa958090 Magyarország82157115

20 Hasznosítható mezőgazdasági melléktermékek Mezőgazdasági melléktermékek t/évHasznosítható % Felhasználható t/év Kukoricaszár és csutka 12.000.000303.600.000 Szőlővenyige200.000100200.000 Gyümölcsfa- nyesedék 500.000100500.000 Kalászosok szalmája 8.000.000544.320.000 összesen4.300.000 Forrás: Barótfi, Kocsis 1999 58-60 – Vass 1999, 8-9)

21 A rendelkezésre álló biomassza mennyisége Forrás: Állami Erdészeti Szolgálat 2004, DEFRA a, b, saját kalkuláció

22 Magyarország biomassza egyenlege Össz- kereslet Össz- kínálat Kereslet a kínálat %- ában Csak tűzifa2.943.0003.780.00078 Csak tűzifa és ipari fa5.943.0008.640.00069 Biomassza csak égetésre3.022.54718.590.000 16 Csak biomassza hulladék 79.5477.432.0001 Összes biomassza6.022.54725.050.00024

23 A klímaváltozás hatása a kereslet-kínálat egyenlegére Össz- kereslet Össz- kínálat Kereslet a kínálat %- ában Csak tűzifa2.843.0001.890.000150 Csak tűzifa és ipari fa5.843.0004.320.000135 Biomassza csak égetésre2.922.54714.270.000 20 Csak biomassza hulladék 79.5475.866.0001 Összes biomassza5.922.54719.650.00030

24 Megújuló erőforrásokból termelt áram termelésének összes mennyisége ill. aránya nem növekszik, hanem csupán strukturálisan átrendeződik. Vagyis a lakossági vagy más közvetlen felhasználási lehetőségek helyett a rendelkezésre álló faanyag mennyiségeket az erőművek áramtermelésre hasznosítják. A növekvő fa értékesítési árak azt eredményezhetik, hogy a lakosságnak az a rétege, amely számára eddig a fa jelentette az alapvető energiaforrást, a kényelmi szempontokat is figyelembe véve versenyképesnek fogja ítélni az egyéb energiaforrásokat. Veszélybe kerülhet a fenntartható erdőgazdálkodás. A jelenlegi szabályozás indokolatlan többlet jövedelmeket biztosít az erőműveknek és részben az erdőgazdaságoknak. Ez esetben a meglévő erdőkből származó faanyagból, vagy azok bizonyos minőségi féleségeiből termelt áramot ki kell venni a „megújítható forrásból származó” minősítés alól.

25 A megújuló forrásokból származó áram árát tovább kell emelni. A meglévő erdők fatermelésének hasznosítását ez esetben még inkább külön kell kezelni mint megújuló erőforrást (valószínűleg ki kell vonni ebből a körből). Az áram ára ill. a támogatás valószínűleg lényegesen csökkenthető, ha az állam részletesebb elemzésekre építve beavatkozik (támogatást nyújt) az egész energialáncolatba.

26 Megújítható energia MTA-TAKI alapján 2007.

27 A biogáztermelés helyzete napjainkban Az erjeszthető nyersanyag mennyiségét tekintve – bár a mezőgazdasági termelés visszaesésének következtében (állatlétszám drasztikus csökke- nése) valamivel kevesebb áll rendelkezésre, a hazai energiaszükséglet akár mintegy 8 %-át képes lenne fedezni. Hulladék20002005 Mezőgazdasági és élelmiszeripari (millió t)5,0 Települési szilárd hulladék (millió t)2,32,4 Települési folyékony hulladék (millió t)5,55,2 Szennyvíziszap (millió t)0,71,1 Mezőgazdasági és erdőgazdasági maradványok (millió t) 28,030,0 Összesen (millió t)41,543,7 Ebből termelhető biogáz (milliárd m 3 )6,66,9 Nyerhető összes villamosenergia (milliárd kW) 13,214,8 Az erjeszthető hulladék mennyisége és az ebből előállítható energia Forrás: Országos Hulladékgazdálkodási Terv alapján Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft. 2003.

28 Trágyából előállítható biogáz Forrás: Saját felmérés és kalkuláció

29 Az energiafüvek biogázüzemben való hasznosításáról tudnunk kell, hogy míg az égetése esetében a nedvességtartalom csökkenésével javul a hatásfok, addig a biogáz termelés esetén a biogáz hozam a nedvességtartalommal együtt nő. Az alkalmazandó növény beltartalmi jellemzőit illetően a biogáz termelésre leginkább alkalmasak a könnyen bontható, magas szénhidráttartalmú növények. Ezért a lignocellulóz tartalmú növények metánhozama csekélyebb. A leginkább alkalmas ún. biogáz energianövények a következők: - nádképű csenkesz, - óriás keserűfű, - szudáni fű, - zöld pántlikafű, - olasznád, - Szarvasi energiafű

30 A magyarországi elterjedés korlátai, a lehetséges kitörési pontok Általánosságban elmondható hogy a megújuló energiák elterjedését: - a társadalmi környezettudatosság hiánya, -az alacsony vagy egyáltalán nem létező állami támogatás -a fosszilis energiahordozók viszonylag alacsony ára és a megújuló energiaforrások hasznosítását lehetővé tevő eszközök – kis forgalomból adódó –a magas fajlagos költsége okozza (Móczár 2003, 60). A biogázüzemek létesítésekor, ahhoz, hogy a technológia magas ára és a viszonylag kis energiasűrűségű erőforrás mellett is jövedelmező beruházást valósítsunk meg, figyelembe kell venni a gáz hasznosításának lehetőségeit, melyek az alábbiak lehetnek: -üzemen belüli hasznosítás: pl. saját hőtermelés gazdasági épületek fűtésére -gázmotorokban történő villamos energia termelés és értékesítés, esetleg kapcsolt hulladékhő hasznosítással, -külső megrendelők részére közvetlen hőtermelés, hőértékesítés.

31 Javaslat A biogázüzemek létesítése az alábbi feltételek mellett indokolt: Az üzem közvetlen közelében keletkezik kellő mennyiségű és nedvességtartalmú szerves hulladék, melynek ártalmatlanításáról a biogázüzem hiányában más módon kell gondoskodni. A kiterjesztett szerves anyag szántóföldi, ültetvényi vagy tógazdasági kihelyezésének jogszabályi feltételei adottak és a kihelyezés hosszú távra biztosított. A kierjesztett szerves anyagot befogadó közeg (földterület, víztömeg) megfelelő méretű, mely szavatolja a nitrát direktíva betartását. A megtermelt biogáz gázmotorokban történő hasznosítására lehetőség van és az így termelt villamos áram hosszú távú értékesítése biztosított. A gázmotorok működése közben keletkezett hulladékhő hasznosítása helyben van mód, hő illetve melegvíz előállításán keresztül, mellyel kommunális és/vagy ipari szükségleteket elégítenek ki. A jelentős kezdeti beruházási költségek meghatározó része (40-80 %-a) fedezhető vissza nem terítendő támogatásból vagy kamat- kedvezményes hitelből.

32 Energetikai célú biomasszatermelés szántóföldön A hazai erdőállomány adatai és a középtávon (1-3 éven belül) várható energetikai biomassza igény alakulása alapján számított biomassza mérleg egyértelműen mutatja az ültetvényszerű energetikai biomasszatermelés megvalósításának szükséges- ségét. Mindezek után csak azon mezőgazdasági területeket kell meghatározni, ahol mind ökológiailag, mind gazdaságilag biztonságosan termelhetőek energianövények. Természetesen ehhez a megfelelő, termőhelyi adottságokhoz és a növény igényeihez igazodó termesztéstechnológia is szükséges.

33 Energiaültetvények termesztésének gazdasági jellemzői fás szárú rövid vágásfordulójú (4 év) ültetvények lágy szárú rövid vágásfordulójú (4 év) ültetvények lágy szárú egy éves növények A fás szárú ültetvények esetében az ültetvény életkora 20 év és vágásfordulója 4 év. A lágyszárú ültetvényeknél 15 éves élettartammal számoltunk, amellett hogy évente történt betakarítás. Az egyéves növények a vetésforgóba illesztve évről évre a gazdaság más-más területein termeszthetők.

34 Fásszárú ültetvények várható hozamai 4 éves vágásfordulónál, energiatartalmuk és szaporító anyag szükségletük Forrás: Marosvölgyi 1998, Führer et al. 2003., Bai 1999, Bai et. Al 2002, DEFRA (a), Gergely 1988 Lágyszárú ültetvények várható hozamai éves vágásfordulónál, energiatartalma és szaporító anyag szükséglete Forrás: DEFRA (b), Barcsák et al. 1989, Janowszky 2002 Lágyszárú egyéves növények várható hozamai, energiatartalma és szaporító anyag szükséglete Forrás: Iványi, Barcsák et al. 1989

35 Fásszárú ültetvények eredményei

36 Lágyszárú ültetvények eredményei Egyéves lágyszárú növények eredményei

37 Az éghető szerves hulladékok hasznosításának kérdései Az ún. iparszerű mezőgazdaság kialakulása előtt a melléktermékek csaknem 100 %-os hasznosítása természetszerű volt és szükségszerűségként jelentkezett. Ennek okai röviden a következőkben foglalhatók össze: - az alkalmazott állati igaerőre és kézimunkára épülő technológiák alkalmazása szükségessé tette a hulladékok eltávolítását a földekről, - olcsó munkaerő és állati vonóerő. Ezek a feltételek ma már nem állíthatók vissza. Az egyedi felhasználás igénye és lehetősége megszűnt. - a melléktermékek és hulladékok koncentrált hasznosításához nincs megadva a szükséges anyagi erőforrás, - a mezőgazdasági technológiák és a vidéki életforma átalakulásával párhuzamosan kiépültek az alternatív energiaellátó rendszerek (villany, gázhálózatok). A hálózatok létrehozásában a lakosság is nagy áldozatokat vállalt.

38 - a mezőgazdasági melléktermékek és hulladékok energetikai hasznosításához a megfelelő műszaki- technikai lehetőségek gyakorlatilag rendelkezésre állnak, tehát a műszaki megoldások kutatására, fejlesztésére az amúgy is szűkös pénzügyi erőforrásokból nem érdemes költeni. Épülő rendszerekben kiegészítő forrásként hasznosulhatnak, illetve olyan esetekben, amikor előírás kötelez valamely hulladék kezelésére, megsemmisítésére (pl. szerves trágya, állati eredetű hulladékok, fehérje, zsírok). Nem tisztázott továbbá az sem, hogy az összes melléktermék vagy hulladék betakarítása milyen mértékben növelné meg a mezőgazdaságban tápanyag-utánpótlási igényeket és milyen káros hatást gyakorolna a talajok humusz ill. szervesanyag-tartalmára és szerkezetére.

39 A valóban gazdaságosan hasznosítható mezőgazdasági melléktermék és hulladék kapacitások felméréséhez figyelembe kell venni az alábbi szempontokat: - A mezőgazdaság várható szerkezeti változásai (kötelező földkivonás, extenzifikálás, az agrár- környezetvédelmi programokban való nagyobb mértékű részvétel, stb. - Az egyes körzetek lakosságában bekövetkező várható változások (természetes csökkenés, elöregedés, elvándorlás stb.) - A más energiaellátó rendszerek további fejlesztései (pl. a gázhálózatok további kiépülése). - Más energiaforrások árának várható alakulása, stb. - A mezőgazdaságban uralkodó sok tulajdonosra épülő földtulajdonlás mellett a melléktermékek hasznosítása is bonyolult szervezési és koordinációs feladatokat jelent.

40 A hasznosítás környezeti ártalmai

41 Az energiaültetvények környezet- és természetvédelmi jelentősége -Csökkenti a termőterület szél- és vízerózióját. -A gyökérmaradványok növelik a talaj szerves anyag tartalmát (1,1 Mg C/ha/év növekedés) és a kedvezően hatnak a talajéletre (Gebhart megjelenés alatt, Bransby et al. 1996). -A hosszabb vágásfordulóval művel ültetvények jobban biztosítják a fauna zavartalanságát és növelik a biotópok sokféleségét (Cook, Beyea 2003). -Endemikus növényfajok alkalmazásával megőrizhető a terület biodiverizitása. -Oxigént termel és széndioxidot fogyaszt, ezáltal kedvező hatása van a Föld klímájára (1 kg fa elpőállítása 1,06 kg oxigén felszabadulásával jár együtt ezáltal javul a levegő minősége)

42 Magas napenergia-megkötési hatásfok: amíg a hagyományos erdőben a fotoszintézis által a napenergia megkötés hatásfoka 1,7 %, addig ez nemesített növényekkel illetve C4-es növényekkel 4,5 %-ig növelhető. A fosszilis energiahordozókhoz képest a biomassza elégetése kisebb kén-, és hamutartalom miatt kevésbé szennyezi a környezetet. A fahamu bizonyos feltételek mellett alkalmas a talaj tápanyag utánpótlására.

43 Erdészeti produkcióból tüzeléshez felhasználható rész Mezőgazdasági primer produkcióból tüzeléshez felhasználható rész

44 Energia növény ültetvényről tüzeléshez felhasználható rész (terv) Primer mezőgazdasági produkcióból folyékony energiahordozónak

45 Szekunder (háziállatok), tercier (állati trágya) mezőgazdasági produkció Magyarország megújítható (biomassza) energiaforrásainak összege

46 A hazai biomassza mennyiség A DDKKK Innovációs Zrt. Környezetipari Osztálya 2007- ben egy hároméves, agrárenergetikai berendezések kialakítására vonatkozó fejlesztési programot fogalmazott meg. A teljes biomassza-felhasználás eléréséhez javasolt fejlesztési modulok Szilárd, biomassza alapú tüzelőanyag előállítása, tüzelése Növényi tüzelőanyagok (apríték, pellet, brikett) előállítási technológiájának kialakítása. Biomassza-tüzelésű kazánok (BTK) fejlesztése. BTK-t felhasználó szemes termény-szárító fejlesztése. BTK-t alkalmazó melegházak kialakítása. BTK fűtésű lakótelepek kialakítása. Biogáz, biotrágya, biometán előállítása, felhasználása BTK-t felhasználó termofil fermentor kialakítása, biogáz előállítása. Biogáz tisztítása, hálózatra feladás, palackozás. Biometán blokkfűtőműves felhasználása. Biometán mikroturbinás felhasználása. Biogáz üzemű tömegközlekedési eszközök.

47 Keményítő és cukor bázisú bio tűzelő és hajtóanyagok előállítása, felhasználása Növénytermesztés folyékony biotüzelő- és – hajtóanyagok számára. BTK-t felhasználó nyersszesz kisüzem, szeszmoslék feldolgozással kombinálva. Pervaporációs finomítás, bioetanol, biobutanol kisüzemi előállítása. Bioetanol mikroturbinás felhasználása. Alkohol üzemű tömegközlekedési eszközök. Olajos magvú növényekből tüzelő- és hajtóanyagok előállítása, felhasználása Olajos magvú növények termesztése folyékony biotüzelő- és -hajtóanyagok számára Sajtolás préselményeinek tüzelés útján történő felhasználása. Préselt olaj, biodízel felhasználása mezőgazdasági munkagépekben. Biodízel blokkfűtőműves felhasználása. Biodízel üzemű folyami közlekedési eszközök kialakítása.

48 Jövőkép A DDKKK Innovációs Zrt. a felsorolt lehetőségek megvalósítását a szükséges műszaki berendezések összehangolt kifejlesztésében és magyar érdekeltségű gyártások intenzív beindításában látja. Ezzel jelentős lépéseket tehetünk a posztfosszilis korszakba való átmenet irányába. Mindez új ágazatok, tevékenységek és életformák megvalósulásához vezet: energia- és élelmiszer-termelő, környezetgazdálkodó mezőgazdaság-ipar; decentralizált urbanizáció"; foglalkoztatásvezérelt innováció; autonóm ellátás a mezőgazdasági termelő körzet és a városi települések között; országosan szükséges összenergia legalább 18-20%- ának megtermelése; a biomassza formák mindegyikének figyelembevételével széles körben pályázati források (GOP, KEOP, T ÁMOP, DDOP) elérése tudásközpontok (Szeged, Gödöllő, Veszprém, Debrecen, Sopron, Pécs, Budapest) összekapcsolásával. Létrehozhatók és elterjeszthetők 2013-ra Új bioüzemanyagok alkalmazására fejlesztett mikroturbinás vagy motoros rendszerek; újszerű üzemanyagokat alkalmazó járművek; új típusú elektromos energiatermelő berendezések: aRC, Stirling-motor, Spilling-motor; üzemanyagcella, felkészülhetünk a hidrogéngazdaságra.