Dr. Dióssy László c. egyetemi docens Biomassza Dr. Dióssy László c. egyetemi docens

Biomassza Definíció: Elhalt szerves anyagok tömegének összessége,melyek fotoszintézissel vagy organizmusok átalakító tevékenysége révén jönnek létre, illetve ezek melléktermékei, kivétel az emberi test. A megújuló energiahordozók legnagyobb bázisát jelentik

Biomassza használat előnyei és hátrányai Kéntartalma minimális, általában 0,1 % alatt van, sokkal kevesebb kéntartalmú gáz keletkezik, mint a szén égetésekor → csökkenthetők a savas esők Kevésbé környezetszennyezőek. Csak annyi CO₂-t juttatnak a légkörbe, amennyit a zöld növények előtte megkötöttek Kisebb az energiasűrűsége → begyűjtés, szállítás, tárolás jelentős költségtényező Égetőberendezések nagy beruházási költséggel járnak

Biomassza használat előnyei és hátrányai Hamutartalma 2-8 %, amely közvetlenül felhasználható talajjavításra, káliumtartalmánál fogva felhasználható a talajerő visszapótlásban Alkalmazásával elősegíthető a fenntartható fejlődés és kímélhető a Föld fosszilis tüzelőanyag tartaléka

Biomasszák csoportosítása Primer (lignocellulózok): Fotoszintézissel létrejövő anyagok (növények, fa) és azok hasznosításának melléktermékei (szalma) Szekunder (állati biomassza és termék): Primer biomasszák és élőszervezetek közreműködésével létrejövő szerves anyagok, állati zsírok, termékek (tej, tojás), hús(fehérjék) stb. Tercier: Primer és/vagy szekunder biomasszák hasznosítása során létrejövő anyagok (trágya, szerves hulladékok, szennyvíziszap, cefre, bőr, szőr, vér , élelmiszer maradvány stb.)

Biomasszák összetétele H₂O Szerves vegyületek (C, H₂), magas energiatartalom, melynek felszabadítása oxidációval, fermentációval, erjesztéssel, pirolízissel Ásványi anyagok

Fotoszintézis Az ökoszisztémában létrejövő szervesanyag-mennyiség a zöld növények által a fotoszintézis során a Nap sugárzó energiájából átalakított és megkötött kémiai energia→ transzformált napenergia

Lignocellulózok Fotoszintézis:

Primer biomasszák eredetük szerint Erdőgazdasági Mezőgazdasági Ültetvényi (pl. energia ültetvények)

Energetikai ültetvények Teljes lignocellulóz produktum energetikai hasznosításra kerül  Lágyszárú növények Egynyáriak (energiakender, triticale stb.) Évelők (energiafű és nád) Fás-szárúak Faültetvények Cserjék (energia fűz stb.) Nemesített fa(nemesnyár stb.) Energiaerdő gyorsan növő fafajokkal (akác, bálványfa)

Miscanthus energiaültetvény

Energianyár

Biomassza energetikai hasznosítása Termikus hasznosítás Tüzelés Pirolízis Biogáz előállítása

Legfontosabb anyagjellemzők a tüzeléshez kémiai, vegyi összetétel nedvességtartalom égéshő, fűtőérték hamutartalom

Jellemző nedvességtartalom fáknál (u%) Élőnedves 40-47 % Természetes száraz 25-30 % Légszáraz 15-20 % Szárított 9-12 % Abszolút száraz 0 %

Nedvességtartalom és fűtőérték A nedvességtartalom és a fűtőérték fordítottan arányos mennyiségek. Minél több vizet tartalmaz a fa, annál kisebb lesz a fűtőértéke, mivel a víz égési folyamat során elpárolog.

Égéshő, fűtőérték Éghető anyagok a biomasszában Égéshő: Fűtőérték: C, H, S Égéshő: 1 kg abszolút száraz tüzelőanyag tökéletes elégése során felszabaduló hőmennyiség (J/kg) Fűtőérték: 1 kg tüzelőanyag elégetése során felszabaduló hőmennyiség, csökkentve a tüzelőanyag víztartalmának elpárologtatásához szükséges hőmennyiséggel (J/kg)

Fa és más lignocellulózok fűtőértéke légszáraz állapotban Megnevezés A légszáraz melléktermék fűtőértéke GJ/t = MJ/kg Szalma 13,0-14,2 Kukoricaszár 10,5-12,5 Napraforgószár 8,0-10,0 Erdei apríték 12,0-14,5 Faipari hulladék 13,0-16,0 Szőlőnyesedék Gyümölcsfanyesedék 10,0-11,0

Hamutartalom A biomassza elégetése során visszamaradó ásványi eredetű anyagok összessége (a fa ásványi anyagaiból keletkező oxidok és a farészekben lévő szennyeződések). Értéke: 0,2 – 14 % H% = 100×H/A A = elégetett tüzelőanyag H = visszamaradt hamu tömege

Biomasszák energetikai hasznosításánál vizsgálandók Füstgázelemek képződése: SOx, NOx, HCl, PCDD Korróziót okozó emisszió: Al, Si, K, Na, Ca, Mg, Fe, P Aerosol emisszió: Ti, As, Ba, Cd, Co, Cu, Cr, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, V, Zn

Előkészítés tüzeléshez darabolás aprítás őrlés tömörítés bálázás kötegelés brikettálás pelletálás

Pellet Energetikai koncentráció 10-25 mm-es tömörítvény Nagy sűrűség, tömörség Fajtái: fapellet (fűrészporból, forgácsból) agripellet (szalmából, energiafűből) Hamutartalom: 1- 10%) Hőértéke: 16,5-18,5 MJ/kg 2kg pellet=1m³ földgáz

Biobrikett Energetikai koncentráció Sajtolt, henger vagy tégla alakú tüzelőanyag Alapanyaga: fűrészpor, faforgács, faőrlemény Hőértéke: 16-19 MJ/kg Hamutartalom: 1-2%

Biomassza tüzelés és a környezet kapcsolata

Tüzelőberendezések fajtái Kisteljesítményű lakossági célú készülékek kályhák, kandallók hőlégfúvók központifűtés-kiskazánok Közepes teljesítményű hőtermelők üzemi célra Kommunális hőszolgáltatók távhőszolgáltatáshoz és HMV szolgáltatáshoz kogenerációkhoz (kapcsolt hő és vill. en.) Biomassza bázisú erőművek

Kétaknás fatüzelésű kiskazán

Nagykazán tüzelőanyag-betoló primerlevegő ventillátora mozgórostély-tér salakürítő lap salakkamra terelőlap és szekunderlevegő - fúvókák hőcserélő

Alapvetések DE a biomasszás beruházási költség háromszorosa a gázénak Fűtőérték: Az a hőmennyiség ami 1 kg tüzelőanyagból kinyerhető 1 m³ gáz fűtőértéke 34 MJ 1 kg biomassza fűtőértéke 16 MJ 2kg biomassza= 1m³ gáz Ár: biomassza 15 Ft/ kg 30 Ft értékű biomassza kivált gáz 100 Ft/m³ 100 Ft értékű gázt DE a biomasszás beruházási költség háromszorosa a gázénak 100 kW pelletkazán ára: 1,5 millió Ft gázkazán ára: 0,5 millió Ft 1 MW biomasszakazán ára: 20-25 millió Ft 1 MW gázkazán ára: 6-7 millió ft  A biomassza fűtésnél igen jelentős elektromos áram és munkabér költségtöbblet jelentkezik   Átlagosan a biomassza fűtés 30-40 %-kal olcsóbb a gázfűtésnél

Alapvetések II. A mai korszerű gázkazánok hatásfoka 90-95%, ami igencsak jónak mondható. Hogyan számolják ezt ki? Minden anyagnak van egy úgynevezett égéshője, ami az adott fűtőanyag teljes hőenergiáját jelenti, valamint van fűtőértéke, ami az érzékelhető hőenergia mennyiségét jelenti. Égéshő > Fűtőérték A kazánok hatásfokát úgy számolják ki, hogy a fűtőértéket veszik alapul, az egyébként is eltávozó hőenergia mennyiségével nem számolnak. Pl.: Ha 1 egység tüzelőanyag égéshője 100, de az égés során óhatatlanul távozik felhasználatlan energia, mondjuk 15, akkor az adott fűtőanyagunk fűtőértéke 85 lesz. Ezt a fűtőértéket a kazánok hatásfokának számításakor 100-nak veszik! Tehát ha ezt a megmaradt 85-öt a kazán 90%-ban ki tudja használni, akkor értelemszerűen 90%-os hatásfokkal fűt. Igen ám, csakhogy a kondenzációs kazán az eltávozó hőt is megfogja, amivel eddig nem számoltak. Megforgatja még egyszer a fűtési rendszerben, kisajtolva belőle az utolsó csepp hőenergiát is. Így ha a 85-öt vesszük alapul úgy gondolkodva, hogy a 15 egyébként is elmenne, nos ehhez a számhoz képest a kondenzációs kazán akár 108%-os hatásfokot is elérhet. Ne csodálkozzunk tehát, ha egy prospektusban azt olvassuk, hogy a kondenzációs kazán több mint 100%-os hatásfokkal fűt. Forrás:: http://www.epitesiportal.hu/cikkek/kondenzacios-kazan_14.php

Beruházás Általános elv, hogy a biomassza tüzelésre alkalmas kazán bekerülési költsége mintegy 2,5 – 3,5-szerese az ugyanolyan hő teljesítményű földgázt használó kazán árának. A biomassza kazán tényleges bekerülését azonban befolyásolja: A szükséges hőhordozó (levegő, melegvíz,gőz) A tüzelőanyag fajtája (faapríték, lágyszárú bálafűtés, pellet, egyéb tüzelhető hulladék, esetleg kevert fűtés) A kazán kapacitása (A nagyobb kapacitású kazánok fajlagos - MW-ra, vagy kW-ra vetített költsége - általában alacsonyabb) A biomasszára való átállás a kazánon túl azonban még egyéb beruházást is szükségessé tesz: A fogyasztóhoz való csatlakozás kiépítése A tüzelőanyag előkészítő berendezései (bálabontó-aprító, esetleg szárító, adagoló) Tüzelőanyag tároló építmények Anyagmozgatás (bálák mozgatása) A hőhordozó eljuttatásához szükséges infrastruktúra (vezetékek) Esetleg hő leadó berendezések Elektromos csatlakozások kiépítése A beruházás teljes összege tehát a kazán árából és a kiegészítő berendezések bekerüléséből, valamint a hozzá kapcsolódó szerelési munkák ellenértékéből tevődik össze

Megtérülést befolyásoló tényezők A hőszükséglet jellege. A hektikusan változó hőszükséglet nehézzé teszi a szükséges kazán nagyság meghatározását. A telepítendő kazán kapacitásával arányosan (nem egyenes arányban) növekszik a kazán ára is. Amennyiben a maximális hőigényre méretezzük a kazánt az önmagában drága beruházást jelent, továbbá: Az üzemidő nagy hányadában csak a kapacitásának töredékével üzemel és emiatt: Növekszik a fajlagos tüzelőanyag fogyasztás így növekszenek az üzemeltetés költségei is Romlik a kazán emissziója, ami környezetvédelmi problémát is jelenthet Erősen változó hőigény esetén célszerű meggondolni, hogy ne törekedjünk a teljes hőigény kiváltására. A csúcsigényt (és a nagyon alacsony igényeket) ilyen esetekben célszerű lehet továbbra is gázzal biztosítani. A kazánt viszont úgy méretezzük, hogy az üzemidő alatt a kapacitásának legalább 55-60%-a mindig ki legyen használva. A beruházás összetétele. A kazán beállítása mellett mindig szükség van egyéb berendezésekre is. Az egyéb berendezések mennyisége (ára) nagyon különböző lehet attól függően hogy: Hány egységbe kell a hő szükségletet biztosítani. (csatlakozó berendezések) Kell e az alap hőhordozóból származó hőt „konvertálni” (hőcserélők beépítésére szükség van e?) Milyen távolságra kell az alap, vagy a másodlagos hőhordozót vezetni Mennyi új hő leadó berendezésre van szükség Milyen egyéb kiegészítő, vagy infratruktúrális berendezésekre van szükség (út, tároló épület kazánház, stb.) A helyi adottságok figyelembevételével a kazán értéke a beruházás összes értékéhez viszonyítva 28-70% is lehet. (az első érték azt jelenti, hogy a beruházás teljes bekerülése a kazán értékének közel négyszerese Ezek a tényezők a megtérülés szempontjából meghatározók.

Konklúziók A földgáz által előállított hő biomassza felhasználásával való kiváltásának gazdaságosságát sok tényező befolyásolja, de legnagyobb súlya a kazán teljesítmény kihasználtságának van. Általánosságban állíthatjuk, hogy amennyiben éves átlagban a kazán által szolgáltatható hőnek (egy műszakot kb. 3 000 órát alapul véve) legalább 40%-át nem használjuk fel, úgy a beruházás csak támogatottan lesz gazdaságos. A gazdaságosság szempontjából további jelentős tényező az, hogy az adott projekt egészéhez viszonyítva milyen arányt képvisel maga a kazán, mint termelő beruházás. Ha a kazán értéke a beruház egészéhez viszonyítva nem éri el a 40%-ot az a beruházás valószínűsíthetően csak támogatással lesz gazdaságos. Fontos tényező a felhasználni kívánt biomassza ára (önköltsége) illetve minősége (fűtőértéke). 16 000 Ft/t biomassza árnál magasabb, illetve 13 GJ/t fűtőérték alatti biomassza használata általában veszélyezteti a beruházás gazdaságosságát. A gazdaságosság szempontjából kedvezőtlen a hőigény nagy ingadozása. A földgáz kiváltása gazdaságossága szempontjából legkedvezőbb a nagy hő igényű folyamatosan működő feldolgozó üzem.

Biogáz Biohulladékok környezetterhelésének csökkentése a jelentős mennyiségű megújuló energiaforrás kihasználásával , Mo. biogáz potenciálja: 25-48 PJ/év Fermentáció: anaerob körülmények közötti biológiai lebontás baktériumok segítségével Fermentáció során keletkezik: Biogáz (64% CH4, 36% CO2) Energiatartalma: 23 MJ/m3 Maradék szilárd anyag A biogáz hőtermelésre, ill. gázmotorban elégetve villamos és hőenergia termelésre hasznosítható

Biogázgyártás alapanyagai kommunális hulladékok kommunális szennyvíziszap élelmiszer ipari hulladékok vágóhídi hulladékok szerves trágya és ezek kombinációi

Biogáz tisztítása A biogáz tisztítása a biogáz alkalmazásának lehetőségeit javítja, fűtőértékét növelik. A minőség javításában a metánon kívüli gázok eltávolítását kell megoldani. A gázt mosókon vezetik át a szén-dioxid és egyéb, főleg kéntartalmú gázok lekötése céljából.

Biogáztermelő akna

Nedves (sz.a.< 12%) biogáz-technológia

Kisteljesítményű gázturbinák (24kW) párhuzamos üzemmódban.

Biogáz előállítás technikai fejlesztése Alapanyagok optimális keverése Modulrendszerű biogáztelep építés Álló vagy döntött rendszerű fermentor alkalmazása

Bio üzemanyagok Olyan üzemanyagok, melyeket növényi vagy állati biomasszából állítanak elő Megújuló energiaforrások, CO₂ kibocsájtása az égetés során nem több mint ami a biomassza alapanyagban megkötésre került Fajtái: Biogáz Biodízel alapanyag repce, napraforgó Mo. 150 000 t/év Bioetanol alapanyag kukorica Mo. 128 000 t/év Hungrana Szabadegyháza, új üzem Dunaföldváron

Biodízel 250 kg repce vagy 500 kg szójamagból 100 kg olaj nyerhető A kisajtolt növényi olaj egyszerű kémiai reakcióval alakul át biodízellé, vagy kémiai nevén növényi metilészterré (PME). A növényi olaj feltárása katalizátor (pl. kálilúg) segítségével történik kb. 20% metilalkohol hozzáadása mellett.

Biodízel előnyei, hátrányai Előnyei: kipufogógáz összetétele kedvezőbb, mint a dízelolaj-emisszióé: kevesebb szénmonoxidot, 80%-kal kevesebb széndioxidot, kevesebb szénhidrogént és kormot tartalmaz, kéndioxidot (a savas eső egyik forrása!) gyakorlatilag nem, csupán nitrogénoxid-tartalma nagyobb. Hátránya: megtámadja a gumitömlőket, ezért a vele érintkezésbe kerülő vezetékeket polietilénre vagy fémre kell kicserélni.

Bioetanol=etil alkohol Előállítása során először egy enzimet adnak a betakarított, összeaprított növényekhez, hogy elinduljon az erjedés folyamata és fermentált cukorrá alakuljon az alapanyag. Ezután élesztőt adnak a masszához, aminek hatására a cukor alkohollá és szén-dioxiddá alakul. A folyékony fázis desztillálásával nyerik az etanolt. A bioetanol motorhajtásra benzinhez kevert 20 %-ig alkalmazható; az optimális arány 85:15.

Bioetanol A tiszta bioetanol is alkalmas üzemanyagként, de ehhez a belsőégésű motorokat át kell alakítani és az üzemanyagtartályt is meg kell növelni, mert az etanol energiatartalma kisebb a benzinénél (1 liter etanol = 0,65 liter benzin), ezért ugyanakkora távolság megtételéhez több etanol kell, mint benzin. Az etanol üzemű járműveknél azt is meg kell oldani, hogy az alkohol festék-, gumi- és műanyag-alkatrészekkel ne kerüljön érintkezésbe. Hagyományos kocsiba 5%-nál több bioetanol nem tankolható.

Bioetanol Mo-on 400 töltőállomáson E-85 árusítás Bioetanollal 20-30 %-os túlfogyasztás. E-85 ára 60-70 forinttal olcsóbb a benzinnél. Bioetanollal működő flexifuel járművek benzint és akár 100%-ban bioetanolt (E100) is tankolhatnak. Ford Focus flexifuel, Ford Mondeo flexifuel,Volvo, Saab Svédországban 15000 ilyen autó és 1000 E-85-ös kút

Legendás Ford T-modell 1908-1927-ig 15 millió darabot gyártottak Először alkohollal üzemelt, majd flexifuel lett, de a benzinárcsökkenés és az alkoholtilalom miatt váltás.

Bio üzemanyagok A jelenlegi szabályok szerint a bioüzemanyagok bekeverése kötelező, a forgalomba hozott bioüzemanyag energiatartalmának a motorbenzin energiatartalmának 3,1%-át, a gázolajénak 4,4%-át kell elérnie. Bioüzemanyagok kontra élelmiszerárak Második generációs vagy szintetikus bioüzemanyagok megjelenése