A BIOMASSZA ÉS FELHASZNÁLÁSA Bevezetés Gödöllő 2013.

Az előadások a következő témára: "A BIOMASSZA ÉS FELHASZNÁLÁSA Bevezetés Gödöllő 2013."— Előadás másolata:

1 A BIOMASSZA ÉS FELHASZNÁLÁSA Bevezetés Gödöllő 2013

2 A BIOMASSZABÁZISÚ ENERGIATERMELÉS INDÍTÉKAI Az energiaellátás biztosságának fenntartása A klímaváltozást kiváltó CO2- emisszió csökkentése Az energiagazdálkodás társadalmasítása Az energiatermelés decentralizálása Az energiaforrások komplex hasznosítása

3

4 Energiák, energahordozók Az energiák folyamatosan jelen vannak, illetve áramlanak. Elvileg közvetlenül hasznosíthatók Az energiahordozók energiát tartalmazó hordozó közegek, melyekben az energia kémiai-, fizikai- vagy egyéb módon kötöttek, lényegében energiatárolók, és belőlük az energia fizikai-, kémiai- vagy energiacsere-folyamatok során nyerhető ki. Energiák-energiahordozók Kozmikus eredetű energiák (külső energiák) Földi eredetű energiák (belső energiák) Kozmikus eredetű energiák A nukleáris energiák A gravitáció Mágneses terek Egyéb jelenleg nem ismert energiák –A kozmikus eredetű energiák közül jelenleg a Nap-energia és a gravitáció (ár/apály) a számottevő. Földi eredetű energiák: A nukleáris energia (földhő) A gravitáció A mágneses tér A földi energiahordozók: a nukleáris energiákra (földhő) visszavezethető termálvíz, a nukleáris anyagok, a napenergiára visszavezethető fosszilis energiahordozók (kőolaj, földgáz, szén) és a napenergiára visszavezethető biomassza.

5 Energiaforrások Megújuló Fás szárú növények Lágy szárú növények Biogáz Biodízel Bioetanol Nap Szél Víz Geotermikus Fosszilis Szén Kőolaj Földgáz Olaj- és gázpala Biomassza

6 A megújulók értékelése NapSzélVízGeotermiaBiomassza Helyhez kötött 11011 Napszakhoz kötött 02222 Évszakhoz kötött 11122 Bővíthető 21021 Hull. hasznosítás 00002 Földhasznosítás 00002 Szállópor 22220 Együtt 675910

7 Többlet CO2- emissziók fosszilis energiahordozók felhasználásakor (t/TJ) –Tüzelőolaj78 –Földgáz52 –Koksz104 –(Biomassza0 )

8 Szén-dioxid- kibocsátás a világon (hazánk is) Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 59. k. 9. sz. 2009. p. 56-65. 2008-ban 30,178 Mrd t (+1,8%)

9 A szén-dioxid-kibocsátás „jövője” Forrás: BWK – Brennstoff-Wärme-Kraft, 59. k. 3. sz. 2007. p. 52. elkerülési eset alapeset

10

11 ENERGIANÖVÉNYEK / Hatások CO 2 megkötés A CO 2 - kereskedelemben bevétel-bővítés Tartós Carbon-megkötés (talajban) Fosszilis energiahordozók kiváltása A lokális energiateremtés lehetővé tétele Az energiaellátás biztonságának növelése Energiahordozó-import csökkentése A növényi melléktermékek energetikai hasznosítása A hulladékgazdálkodás segítése A racionális földhasznosítás segítése A hatékony agrárstruktúra kialakításában részvétel Munkahelyteremtés A vidékfejlesztés segítése A helyben-maradó hozzáadott értékek megteremtése

12 Megújuló energiaforrások Magyarországon (PJ/év) 2008

13 az ország teljes energiafelhasználásának 36,5 %-át lehetne megújuló forrásokból kielégíteni. Elsősorban a hőtermelésben van lehetőség az alternatív energiatermelés bővülésére, azon belül is a szabad- felhasználású biomassza- és a geotermikus/geotermális- energia kaphat elsőbbséget.

14 Megújuló energiák és energiahordozók Magyarországon % PJ % PJ Bio-hajtóanyag21,110,519,5 biogáz, biometán10,556,712,5 Geotermikus energia63,36,111,3 Vízenergia10,550,50,9 Szélenergia10,553,36,1 Napenergia10,550,91,7 Hulladékból energia31,651,83,3 Biomassza8546,7570,2130,6 Összesen10055100186,0 2007 év (55 PJ)2020 év (186 PJ)

15

16 Magyarország, 2020.

17 A biomasszák létrejötte, csoportosítása 1. A biomassza fogalma A biomasszák csoportosítása a keletkezés illetve a felhasználás szerint történhet. Keletkezésük szerint: Primer-, szekunder- és tercier biomasszákat, Felhasználásuk szerint: Tüzelhetők(égethető)-, elgázosítható- és hajtóanyagként közvetlenül hasznosítható A biomassza fajtái –Primer biomasszák –Szekunder biomasszák –Tercier biomasszák

18

19 A biomasszák létrejötte, csoportosítása 2. Elsőleges (Primer) biomasszák a növények –létrejöttük alapja a fotoszintézis –A folyamat jellemzője: a légkör CO2-jének felhasználásával, a napenergia hasznosításával energia-tartalmu szénhidrogén létrejötte –Eredménye: az energiatartalmú lignocellulózok létrejötte (18-24 MJ/kg) –Jellemző képviselői: növények, növényi részek, termések, stb. –létrejöttük alapja a fotoszintézis 6CO2 + 12 H2O + 2828 x 10³ J = C6H12O6 + 12 H2O + 6 O2 1 kg tömegű primer szervesanyag előállítása esetén 1,071 CO2 + 1,253 H2O + 11 849 x 10³ J = C6H12O6 + 0,599 H2O + 1,185 O2

20 A szilárd biomasszák forrásai Primer biomasszák –Melléktermék biomasszák Erdőgazdálkodás Fafeldolgozás –Primer fafeldolgozás (kéreg, fűrészpor, darabos fűrészelési hulladékok) –Szekunder fafeldolgozás (fapor, forgács, darabos hulladék) Mezőgazdaság –Lágyszárú melléktermékek (szár, szalma, stb.) –Fás melléktermékek (nyesedék, venyige, agroerdészet, stb.) –Feldolgozási melléktermékek (maghély, csutka, stb.)

21 Melléktermék biomasszák 1. Primer melléktermék biomasszák: –Erdőgazdálkodás, fafeldolgozás. Főtermék: ipari rönk, egyéb ipari fa Melléktermék: tűzifa, vékonyfa, feldolgozási hulladékok (por, forgács, kéreg) Hazai erdősültség: 20%, élőfakészlet: 380 Mm3 Erdészeti biomassza: 13 Mm3/év fatermés: 11 Mm3/év Szakmailag indokolt kitermelés: 9 Mm3/év Ténylegesen kitermelt: 7,1 Mm3/év Nettó fanyersanyag: 6 Mm3/év értékes ipari fa: 2,5 Mm3/év tűzifa, alternatív hasznosítású fa: 3,5 Mm3 (2,7 Mt/év) A fa a leginkább környezbarát tüzelőanyag.

22 A hazai erdők élőfa-készletének változása

23 Erdőgazdálkodásunk Az elmúlt évek átlaga: 2,9 millió m 3 tűzifa

24 Melléktermék biomasszák 2. Primer melléktermék biomasszák: –Mezőgazdaság. Főtermék: mag Melléktermék: szár, szalma, nyesedék, stb. Főtermék: primer agráripari termék Melléktermék: csutka, maghély, présmaradványok Főtermék: szőlő, gyümölcs Melléktermék: gally, venyige, egyéb A lignocellulózok környezetbarát tüzelőanyagok.

25 Mezőgazdasági melléktermékek és felhasználásuk A mezőgazdaságban keletkezett melléktermékekből takarmányozásra kerül5, 1% alom6,9% tüzelő3,2% gyökér és tarlómaradvány15,8% földeken marad63,3% egyéb5,7% A melléktermékek mennyisége közel: 29 millió t/év Forrás: KSH 2008

26 SZEKUNDER BIOMASSZÁK Növényi szeparátumok (olajok, zsírok, stb.) Állati testalkotók és termékek Testalkotók: hús, zsiradékok, szaru (szőr, toll, stb.) Termékek : tej, tojás, stb. Szeparátumok: tej, állati zsírok, Energetikai hasznosítás: élelmiszer, takarmány, kis mértékben hajtó- és üzemanyagok)

27 A biomasszák létrejötte, csoportosítása 4. Harmadlagos (tercier) biomasszák a primer vagy a szekunder vagy kever biomasszák feldolgozása vagy hasznosítása közben keletkező melléktermékek, hulladékok. –Létrejöttük alapja a primer ill. szekunder biomasszák elfogyasztásán átalakításán alapuló átalakítás –A folyamat jellemzője: kevert szervesanyagok létrejötte a primer és szekunder biomasszák felhasználása közben –A folyamat eredménye: az energiatartalmú melléktermékek és hulladékok létrejötte 5-40 MJ/kg energiatartalommal –Jellemző képviselői: trágyák, iszapok, élelmiszeripari hulladékok, stb.

28 Melléktermék biomasszák 3. Tercier melléktermék biomasszák: –állattartás. Főtermék: hús, tej, stb (secunder biomasszák) Melléktermék: trágya, állati hulla, –szennyvízkezelés Főtermék: tisztított szennyvíz Melléktermék: szennyvíziszap –Élelmiszeripar: Főtermék: élelmiszerek Melléktermék: kevert szerves hulladékok, selejtek –Kommunális szektor Főtermék: működő társadalom Melléktermék: kommunális szerves hulladékok A tercier biomasszákból környezbarát energiahordozó: Biogáz, biometán, pirogáz, piroolaj

29 Termesztett biomasszák

30 A biomasszák termesztésének indokai –Nincs elegendő melléktermék –Olcsóbb a termesztett TBm mint a melléktermék –Lehetőség nyílik a más célra nem alkalmas termőterület hasznosítására –A decentralizált hasznosító tevékenységébe illeszthető (erőmű) (termesztés+felhasználás) –Hagyományos technológiában túltermelés A biomassza-termesztés előnyei –Jelentősen nagyobb hozamok (erdő 3 t/ha.év, faültetv. 20 t/ha.év) –Nagy anyagkoncentráció a betakarításkor (venyige 2 t/ha, faültetvény: 50 t/ha) –A hasznosítással történő optimális összehangolás

31 ENERGIANÖVÉNYEK / jósági paraméterek Felhasználási területek Elégetés Gázosítás Hajtóanyag Energetikai szempontból meghatározó jellemzők: C - tartalom K – tartalom Ca - tartalom S – tartalom Cl – tartalom Hamutartalom w - víztartalom

32 Termesztett biomasszák Erdőgazdálkodás Állomány-átalakítás Energiaerdő Energetikai faültetvény Mezőgazdaság Agroerdészet Fásítások Energetikai ültetvények Fásszárúak (cserjék, faalakúak) Lágyszárúak alternatív mg. növények, nem évelő energianövényekkel évelő növényekkel

33 Erdőgazdálkodás –Átmeneti v. kényszer-hasznosítás (ártér, zöld rekultiváció) –Energiaerdő ( jogi értelemben nem létezik, de létrehozható ) Állományok átminősítésével Célzott telepítéssel –Energetikai faültetvény Sarj-üzemmód 1-2 éves rotáció 2-4 éves rotáció 10 évnél hosszabb rotáció Újratelepítéses üzemmód

34 Termesztett energetikai biomassza. Mezőgazdaság: –Hagyományosan termesztett magok –Hagyományosan termesztett teljesnövények (búza, triticale, stb) –Alternatív olajnövények (repce, napraforgó) –Energianövények: Egynyáriak (cukorrépa, cukorcirok) Évelők: –Lágyszárúak: energianád, energiafű –Fás növények energiaültetvényhez (cserje, faalakú)

35 Termesztett energetikai biomassza. Mezőgazdaság, agroerdészet –Energiaerdő (6-10 t/ha/év hozammal) Gyorsannövő fafajokkal speciális állományok telepítése, rövid vágásfordulóval kezelés, betakarítás erdészeti technológiákkal energetikai célra. Erdő- művelési ágban. –Energetikai faültetvény (12-25 t/ha/év hozammal) (szántó művelési ágban) Újratelepítéses üzemmód Sarjaztatott üzemmód

36 Ültetvény-technológiák vizsgálata (új lágyszárú növényekkel) A cukorcirok és a cukorrépa Igen hatékony felhasználási lehetőség a bio-hajtóanyag és a biogáz előállításánál.

37 ENERGETIKAI FAÜLTETVÉNYEK

38

39 Energianövények 1. A sugárzás-intenzitás jellemző napállandó a légkör határán Io = 1353 W/m2 A növények a napenergiának csak töredékét képesek megkötni. Az algák és a trópusi eredetű „C4”-es növények (pl. kukorica, cukornád) 1-3 %-os hatásfokkal a mérsékelt égövi („C3”-as) növé-nyeknél (pl. gabonafélék) a fotoszintézis energetikai hatékonysága csupán 0,1-1 %, A hatékonyabb fotoszintézis miatt a C4-es növények napi tömeggyarapodása is jóval nagyobb, mint a C3-asoké, Magyarországon nagy mennyiségben termesztik a kukoricát, amely C4-es növény. A klímaváltozás egyik fontos hatásaként Magyarországon azzal is számolhatunk, hogy a C4-es növények szerepe egyre nagyobb lesz, ezért az energia-növények között is megjelentek a C4-es növények (Pl.:Miscanthus Sp., vagyis az energianád) is.

40 Az energetikai ültetvények jellemzői: Telepítési hálózat és tőszám db/ha (soros, ikersoros, sortáv, tőtáv, sorköz) Vágási ciklus Üzemmód (sarjaztatás, újretelepítés, nyesés) Betakarítási technológia (járvaaprítással, erdészeti technikával) Hozam betakarításkor (t/ha, GJ/ha) Fajlagos hozam (t/ha*év, GJ/ha*év) Energiamérleg (Eoutp/Einp) Teljes költség (Ft/ha) a teljes üzemidőre Teljes bevétel (Ft/ha) a teljes üzemidőre Fajlagos költség (Ft/t, Ft/GJ)

41 Energetikai faültetvények hozamadatai (Kísérleti eredmények adattáblája) OrszágFafajtő/haVágásford uló (év) Hozam (t/ha/é v) GJ/ha/év NémetországPopulus2220026-23108-414 FranciaországPopulus3030715270 Eucalyp tus 1250713234 Nagy-BritanniaSalix20400314252 ÍrországSalix1670033-1554-270 Populus16700312-15216-270 KanadaPopulus35000216288 Populus400058144 Új-ZélandEucalyp tus 21501030540 SvédországSalix20000315270 USAPlatanus675027-12126-216 Populus695027126 Salix2780028144 MagyarországSalix14 000313-21234-378 Robinia24-1272-216 Populus13 30047-23126-414

42 Az ültetvényekkel elérhető előnyök: környezetbarát energiahordozók és új ipari nyersanyagok termelése és hasznosítása, a napenergia megkötése, és költségmentes tárolása, a légkör CO2 tartalmának stabilizálása, illetve csökkentése, az üvegházhatás mérséklése, a levegő minőségének javulása a fosszilis energiahordozók felhasználásakor jellemző kéndioxid, elégetlen szén-hidrogén, szénmonoxid, salak, stb. kibocsátás csökkentésével, talaj és vízvédelem, az élőhely minőségének javulása, a hagyományos mezőgazdasági hasznosításból kivont területek, racionális hasznosítása, a decentralizált energiatermelés alapjainak megteremtése, a helyi nyersanyagbázis hasznosítása, a helyi munkaerő foglakoztatásának növelése, a hazai munkaerő és a honi előállítású termékek felhasználásával az energiatermelésben a hozzáadott-érték arányának növelése, az import energiahordozók felhasználásának csökkentése, az energiahordozó- import arányának csökkentésével az importfűggőség csökkentése, az energiaellátás biztonságának növelése, költségmegtakarítás, stb.

43 Agroforestry A rendszerek osztályozása 1. Mezőgazdasági erdőművelés (Agrisilviculture) 2. Legelő-erdő rendszer (Silvo-pastoral) 3. Mezőgazdasági legelő-erdő (Agro-silvopastoral) 4. Többcélú erdészeti rendszer (Multipurpose forest tree production) 5. Kertészeti erdőművelés (Forest garden)

44 Egyéb fásítások Mezővédő erdősávok Vonalas létesítményeket kísérő erdősávok Vízfolyásokat kísérő erdősávok Védelmi erdősávok (hófogók, szélvédelem, zajvédelem) Zöldfolyósók

45 Mezőgazdasági legelőerdő erdősáv Vetett legelő

46

47 Egyéb fásítások Mezővédő erdősávok Vonalas létesítményeket kísérő erdősávok Vízfolyásokat kísérő erdősávok Védelmi erdősávok (hófogók, szélvédelem, zajvédelem) zöldfolyósók

48 MIÉRT FA ? A fa mint tüzelőanyag jól ismert, a tüzeléstechnika kiforrott Tüzeléstechnikai tulajdonságai a legjobbak Hamutartalma kicsi, a hamu termékként hasznosítható) Kicsi a S, Cl, K tartalom A legkülönbözőbb termőhelyhez választható megfelelő fajta (száraz, üde, nedves, vizes) Többféle technológia alkalmazható (sarjüzem, újratelepítés) A betakarításnál sokféle megjelenési forma (apríték, hasáb, darabosfa, hengeresfa) Problémamentes tárolhatóság Környezet- és természetvédelmi szempontból problémamentes (pollenhatás kizárható)

49 A szilárd biomasszák forrásai 3. Szekunder biomasszák –- Tercier biomasszák: –mezőgazdasági Komposztok Iszaptömörítvények Trágyák –Hulladékgazdálkodás Papírhulladék öregfa