BIOMASSZA ÉS FELHASZNÁLÁSA BIOMASSZÁBÓL ENERGIA Gödöllő 2013

Biomasszából energia 1. A szilárd biomassza mint energiahordozó: Legfontosabb jellemzők: Kémiai összetétel Víztartalom (w%) –ASZ abszolút száraz 0% –Légszáraz ( %) –Betakarítási nedvesség: »Vágáskor »Renden Energiatartalom –Égéshő (w = 0 %) h (MJ/kg, GJ/t) –Fűtőérték (w > 0% Hamutartalom (%) (0,2-12 %) Illóanyag (%) 45-70% Gázosodási hőmérséklet –Tmin 135 C –Tmax 600 C

A fa szárazanyagának kémiai (elemi)összetétele ElemMérték (m / m) Érték Carbon (C)g/kg450 Hidrogén (H)g/kg60 Oxigén (O)g/kg440 Nitrogén (N)mg/kg900 Kén (S)mg/kg120 Klór (Cl)mg/kg  0,01 Kadmium (Cd)mg/kg0,11 Cink (Zn)mg/kg14,57 Réz (Cu)mg/kg1,3 Fluór (F)mg/kg  0,01 Ólom (Pb)mg/kg0,98 Króm (Cr)mg/kg0,94 (Nussbauer 1994)

Vegyi összetétel A fontosabb fafajok vegyi összetétele ( % ) Fafaj PentozánCellulózLigninEgyéb Lucfenyő11,3057,8428,292,57 Erdeifenyő11,0254,2526,358,38 Bükk24,8653,4622,460,78 Ny  r 27,0745,3019,568,07 Nyár23,7547,1618,2410,85 Cser

A fa tüzeléstechnikai szempontból fontos alkotói (Fafaj: bükk) MegnevezésMértékegy ség Érték Illóanyagokm/m %81,3 Szilárd éghetőkm/m %18,1 Hamum/m %0,6 (Nussbauer, 1994.)

Energiatartalom Az égéshő a széntüzelésre kidolgozott képlet felhasználásával számítható. A képletbe az éghető elemek %-értékeit írjuk) Fo = f (C, H, S, N, O) Fo’ (kcal/kg) = 8100*C *(H – O/8) *S Fo (kJ/kg) = 0, 239*Fo’ A fűtőérték az égéshő és a nedvességtartalom függvénye. F’u ( kcal/kg) =  (Fo – 600*(u+9H)  / (1+u) Fu = 0,239 x Fu (u a nedvességtartalom %/100 –ban)

A fa és más lignocellulózok fűtőértéke légszáraz állapotban: MegnevezésA légszáraz melléktermék fűtőértéke GJ/t Szalma13,0-14,2 Kukoricaszár10,5-12,5 Napraforgószár8,0-10,0 Erdei apríték12,0-14,5 Faipari hulladék13,0-16,0 Szőlőnyesedék10,5-12,5 Gyümölcsfanyesedék10,0-11,0 Erdei apríték12,0-14,5 Faipari hulladék13,0-16,0

A fontosabb mezőgazdasági melléktermékek energetikai jellemzői Energiahordoz ó alapanyag Energia- output fajtája Nedvessé g- tartalom % Biomasz- sza- hozam t/ha Fűtőérték MJ/kg Nettó hőérték kgOE/ha* Nettó energiahoza m kgOE/ha Gabona-szalmaHE * Rizs-szalmaHE NapraforgószárHE Kukorica-szárHE * Fa (erdőgazdál- kodás teljes) HE Fa ü ltetv é ny HE Energianád ültetvény HE Szilázs (biogáz) HE RepceolajmagHA repce-szalmaHE összesenHA+HE Bio-ethanolHA Forrás: Barótfi, Marosvölgyi, HA hajtóanyag, HE hőtermelés,

Hamutartalom Tiszta fa0,2 – 0,5 % Tiszta fakéreg3,5 – 5 % Vonszolva közelített fa kérge6,0 –14 % Keménylombos fa gally-anyaga2,5 – 3,5 % Ültetvény dendromassza1,9 - 3,2% Nemesnyár levél9,8 –11,5 % Fontos hamujellemzők: –Lágyuláspont (Cº) –Olvadáspont (Cº) –A vízben oldható hányad –A térfogati sűrűség –A hamualkotók, különösen a K, S, Ca, Cl, S, C, nf

K ü l ö nb ö ző t ü zelőanyagok é s hamuk ö sszet é tele, energetikai jellemzőik [61] „ A ” fapellet 6 mm „ B ” fapellet 12 mm Miscanth us pellet 8mm Szalma pellet 8 mm nedvess é gtartal om % 8,16,27,36,8 C4747,945,740,7 H6,136,025,935,5 N0,2030,7520,6780,596 S0,02030,05010,1110,151 O46,344,24441 Cl0,01220,04210,2250,368 LHV MJ/k g 15,716,715,614 SiO 2 % 0,03900,2151,217,13 Al 2 O 3 0,00,05490,09750,0897 Fe 2 O 3 0,00,08460,04630,0534 CaO0,1180,2240,1840,48 MgO0,01510,05650,1290,114 Na 2 O0,000,02160,03820,0313 K2OK2O0,03540,04590,8772,07 P2O5P2O5 0,00,01380,1790,118

Biomassza t ü zelőanyagok hamuj á nak olvad á spont m é r é si eredm é nyei Megjegyz é s SABCD ̊ C Szalma pellet hamuoxig é n k ö zeg Agripellet hamuoxig é n k ö zeg Kukorica pellet hamuoxig é n k ö zeg Vegyes faapr í t é k hamu oxig é n k ö zeg n.d. Fenyőpellet hamuoxig é n k ö zeg n.d. S - Szintereződ é si hőfok A - Deform á ci ó s hőfok B - G ö mb ö s ö d é si hőfok C - F é lg ö mb ö s ö d é si hőfok D - Foly á si hőfok

Biomasszák termikus átalakítással történő hasznosítása

A fontosabb anyagok kiválásának hőmérséklettartománya faszenítésnél 450********* 400********* 350********* 300******* *** ********* 250******* *** 200******* *** 150 ********* 100 ********* 50 Hőmérséklet ( ºC ) vízCO, CO2 Ecetsav Fakátrány, stb. Faszén

Levegőtől elzárt pirolizáló

Ipari pirolizáló, levegő-bevezetéssel

A fontosabb anyagok aránya (%) faszenítésnél (légszáraz fából) Víz22 – 28 Faszén35 – 38 Gázok14 – 16 Ecetsav Metilalkohol 1 - 2

Gyors pirolízis esetében a konverzió alacsony szintű, gázok, folyékony termékek és reagálatlan carbon képződik elléktermékként. Ha főterméknek a pirolízisolajat tekintjük, akkor az ehhez beállított pirolízis során 1000 kg fából: 210 kg szén 70 kg víz 130 kg gáz 590 kg bio-nyersolaj nyerhető. A bio-nyersolaj fűtőértéke MJ/kg.

Pirolízisgáz előállítása

Generátorgáz A megoldás főleg hasábfa felhasználása esetén működik jól, de faaprítékkal is használható. Egy kísérleti berendezéssel elért eredmények: A gázhozam 2,3- 3,0 Nm3/kg A gáz fűtőértéke: 3,8- 4,6 MJ/m3 A gázalkotók tf%/szárazgáz CO CO H CH C2H40,2 - 1 N Fejlettebb műszaki megoldás a cirkuláló fluidizált ágyas elgázosító. Az ágy hőmérséklete kb. 820 C,

Szintézisgáz (kísérleti adatok) A gázhozam 1,1 - 1,40 Nm3/kg A gáz fűtőértéke: MJ/m3 A gázalkotók tf%/szárazgáz CO CO H CH C2H N A gázhozam és a gázjellemzők egy 150 kg/h folyamatáramú rendszerre jellemző Szintézisgáz állítható elő úgy is, hogy elgázosító reagensként oxigént alkalmazunk. Oxigénes eljárásnál a cirkuláló fluidizált ágyas rendszer a legmegfelelőbb. A folyamat jellegzetessége az 1300 C hőmérsékletű második elgázosítási lépcső. Ennek következménye a különösen alacsony metán- és kátránytartalom

Biomasszák energetikai hasznosításával kapcsolatos elemzések Az első szakasz: a biomassza termelésével és a hasznosításhoz történő előkészítésével összefüggően felhasznált energiák összességét határozzuk meg, és ezt az értéket használjuk fel  1 meghatározásához. A második szakaszban a hasznosításhoz szükséges műveletek energiaigényét és a hasznosítás hatásfokát vesszük figyelembe. Az összesített hatásfok  ö =  1 *  2

A szakirodalomban gyakran találkozunk az energiatöbbszörössel, mint energetikai mutatóval ET = Eoutp / Einp Minden esetben a primer energiákkal számoljunk ET értéke néhány biomassza-eredetű energiahordozónál: Repceolaj1,41 RME1,17 RME+repcedara 1,47 RME+dara+glicerin1,78 Etanol búzából + mellékterm. 1,1 Etanol cuk.répából+mellékterm. 2,7 Teljesnövény(triticale) 9,0 Energ.faültetvény 14 Energiafa21 az energiamérleg jelentősen javítható a melléktermékek hasznosításával, előnyös a kevés műveletet (teljesnövény) tartalmazó, vagy a nagyobb energiakoncentrációt (energia fából) eredményező technológia.

A gazdaságosság vizsgálata: a gazdaságosságot meghatározó alapösszefüggés, nevezetesen HA = Kért -Kterm HAhaszon Kért = az értékesítési ár Kterm = termelési és logisztikai költség csak abban az esetben érvényes, ha az energiaárakat az eladó és a vevő kapcsolata határozza meg. A gyakorlatban azonban a kiváltott energiahordozó árát harmadik fél (állam) határozza meg, amely sok esetben a valós ártól jelentősen eltér. Ez az ár lehet az indokoltnál alacsonyabb (pl.: az energiahordozó árát szociális szempontok is befolyásolják-gáz), és lehet magasabb. Ebben az esetben az energiahordozó iránti keresletet adókkal befolyásolják, vagy adókkal veszik figyelembe a felhasználásuk során okozott környezeti károkat (energiaadó, SO2-adó, CO2 adó)