Dr. Gyulai Iván: A biomassza dilemma  Energiapolitika 2000 Társulat Budapest, 2007. december 10.

Az előadások a következő témára: "Dr. Gyulai Iván: A biomassza dilemma  Energiapolitika 2000 Társulat Budapest, 2007. december 10."— Előadás másolata:

1 Dr. Gyulai Iván: A biomassza dilemma  Energiapolitika 2000 Társulat Budapest, 2007. december 10.

2 A globális környezeti problémák magyarázata A környezetvédelem a helyben jelentős környezeti hatásokat kívánja megelőzni, csökkenteni vagy kompenzálni A jelentéktelen hatásokkal nem foglalkozik Az emberi tevékenységek átalakítják és szétszórják a helyben koncentrált anyagot és energiát a globális szemetesbe (pl. talaj szerves-anyag készlete) Ez történik a geológiai raktárak kirablásakor, s a bioamassza ember általi felhasználása során is, legyen az élelmiszer, rost, vagy energetikai célú használat

3 Érvek a biomassza felhasználás mellett Túltermelés van mezőgazdasági árukból Szükség van környezetbarát energiaforrásokra Meg kell őrizni a vidéki emberek munkalehetőségét Élelmiszer túltermelés helyett termeljenek energetikai hasznosítást szolgáló biomasszát Meg kell akadályozni a klímaváltozás fokozódását, a biomassza felhasználás széndioxid semleges

4 Az Európai Unió célkitűzései Fehér könyv: 2010-re az összes energiafelhasználás 12% megújuló energiaforrásból származzon 2001/77 EK irányelv: megújulókból termelt villamos-energia részaránya 2010-re 22% 2003/30 EK irányelv: bioüzemanyagok részaránya 2010-re 5.75% a teljes üzemanyag-fogyasztásban

5 Hazai érvek Magas az ország energiafüggősége (olaj 86.1, földgáz 81.8%-ka importból származik) Nemzetközi vállalások, EU célok teljesítése (Kiotó 6%, bioüzemanyag részarány 2010-re 5,75%, megújulóból származó villamos- energia 3,6%, összes energiafelhasználás 7%-ka megújulóból) Mezőgazdaságban dolgozók jövedelmének megőrzése és bővítése Megújuló energetikai alapanyagok exportja

6 Kételyek Nincs elegendő terület arra, hogy egyszerre elégítsük ki az emberiség élelem, növényi rost, energia szükségletét (igényét). Területi vetélkedés kezdődik a felhasználói ágak között. A területi vetélkedésnek újabb élőhelyek esnek áldozatul.

7 Nincs elegendő terület Az összes cukor, keményítő és olajtartalmú, jelenleg termelt mezőgazdasági alapanyag az összes fosszilis üzemanyag alig több, mint 10%-át helyettesíthetné! Amennyiben az egész trópusi égöv természetes élőhelyeit átalakítjuk mezőgazdasági üzemanyag-termelés céljára, úgy a jelenlegi fogyasztás 30%- ka lenne kiváltható. 37,6 millió tonna olajt igényel a közlekedés jelenleg évente az Egyesült Királyságban 1 ha földterület 1.45 tonna biodízelt képes termelni repce esetében A jelenlegi fogyasztási szintet 25,9 millió hektáron lehetne kielégíteni Az Egyesült Királyságban csak 5,7 millió ha művelt terület áll rendelkezésre A 10%-kos célkitűzés 40-75%-át igényli a termőterületnek. A 20%-kos célkitűzés Európa szinte teljes mezőgazdasági földterületét felemésztené

8 Kételyek: Területi igények Az EU 2010-re 5.75%, 2020-ra 20%-os biológiai eredetű üzemanyag használatot ír elő a teljes üzemanyag fogyasztásban George Monbiot: 37,6 millió tonna olajt igényel a közlekedés jelenleg évente az Egyesült Királyságban 1 ha földterület 1.45 tonna biodízelt képes termelni repce esetében A jelenlegi fogyasztási szintet 25,9 millió hektáron lehetne kielégíteni Az Egyesült Királyságban csak 5,7 millió ha művelt terület áll rendelkezésre A 20%-kos célkitűzés Európa szinte teljes mezőgazdasági földterületét felemésztené

9 Kételyek: Területi igények Spanyolország: évente 27 000 millió liter dízelt fogyasztanak évente. A 2010-ig megkívánt 5%-kos helyettesítés biodízellel, évi 1,350 millió liter biodízel termelését igényelné. Évi, hektáronként 1 200 liter hozammal számolva egy millió hektár földterületre lenne szükség, amely a termékeny területek 5.5%-ka. Ehhez még hozzá kellene adni a benzin 25%-ának helyettesítéséből fakadó területigényt. Németország: a 2010-es célok teljesítéséhez 2 millió hektárra lenne szükség a két millió tonna biodízel előállításához. USA: Ahhoz, hogy a benzint kukoricából származó etanollal helyettesítsék a teljes földterület sem lenne elegendő (teljes üzemanyag fogyasztás 518 MD liter)

10 Kételyek: Területi igények Magyarországon 2 MD liter benzint és 2.8 MD liter gázolajat fogyasztottunk 2005-ben. Ennek helyettesítéséhez kb. 2 millió hektáron kellene kukoricát (etanol), és 2 millió hektáron repcét (biodízel) termelni. Összes hazai szántóföld 4,509 millió hektár. Idehaza max. 400 ezer hektárral számolhatunk, s kb. 500 millió liter bioüzemanyaggal, ez 10% körüli helyettesítés Export?

11 Kételyek: Területi igények Ha a teljes energiaigényt (1 152,3 PJ) szeretnénk kielégíteni akkor: Repcéből az ország egész területén (40MJ/kg – fűtőérték, 58 GJ/ha/év) 539,4 PJ energiaigény elégíthető ki. Ennek megtermeléséhez a fele energiamennyiséget be kell fektetni! Nagy intenzitású energetikai célú ültetvényeket az ország felén kellene ültetni, hogy kielégítsük a jelenlegi energiaigényt.

12 Területi vetélkedések Trópusi országokban pálmaültetvények, cukornád Az EU a világ legnagyobb növény olaj importőre (4,9 millió tonna pálmaolaj 2005- ben) – ld. Állítsuk meg a biodiverzitás csökkenését 2010-re! Repceolaj behozatal egy év alatt megtízszereződött (Amerikából, Ukrajnából, Oroszországból, Kínából)

13 Kételyek: Energiamérleg Pescovitz, D.: az etanol kinyerése hatszor több energiát igényel, mint a végtermék által leadott energia az autó motorban National Geographic: az etanol alig termel 25%-kal több energiát, mint amennyit az előállítása felemészt

14 Kételyek: - Energiamérleg Pimentel, D., Patzek, T.W, Kukoricából alkohol +29% fosszilis energia Fűből alkohol +45% fosszilis energia Fából alkohol +57% fosszilis energia Szójából dízel +27% fosszilis energia Napraforgóból dízel +118% fosszilis energia

15 Energia mérleg Schmitz, N., Henke,J., Előző szerzők elfogultak, elavult statisztikai adatokat használtak, nem veszik figyelembe a mezőgazdaság javuló hatékonyságát, az energia-feltárás technológiájának javulását, valamint a terménymaradványok energia tartalmát 12 új tanulmányt választottak ki, amelyek nettó energia nyereséget és széndioxid megtakarítást mutattak ki

16 Energia mérleg Energia nyerés módja Nettó energia nyereség etanol literenként ÜVHG megtakarítás 1l etanol egyenlő 0,647 l üzemanyag széndioxid egyenérték Széna/biogáz 15.7 – 20,1 MJ1.8 kg Növényi magvak/természetes hajtóanyagok 6.6 MJ0,7 kg Melasz/olaj 6,4 MJ0,8 kg

17 A terület-felhasználás mértéke, és az energiamérleg függ a növényi kultúrától, a termesztési technológiától és az élőhelytől Szója (északon) 375 liter/hektár Szója (délen) 900 Repcemag 1,000 Mustár 1,300 Pálma olaj 5,800 Alga 95,000 Benzinnel egyenértékű etanol termelés hektáronként (etanol energia értéke 66%-a a benzinnek) Kukorica (USA) 1,360 Cukornád (Brazil) 3,960

18 Energia mérleg Mit vesz számításba? Növénytermesztés Szállítás Konverzió (kizárólagos, vagy részleges fosszilis energia felhasználás) Üzemek létrehozásának energia igényei

19 Energia mérlegek Növénytermesztés Mechanikai talajmunkák Vetés, betakarítás Szállítás Átalakítás Növénytermesztés Szaporítóanyag Gépek Talajerő utánpótlás Növényvédő szer Másod, harmadlagos energia igények Átalakítás Másod, harmadlagos energia igények Szállítás

20 Kételyek: Energiamérleg Virtuális környezeti terhek Egy liter gázolaj mozgási energiává való alakítása látszólag egy liter gázolaj elfogyasztását, s égéstermékeinek környezetbe jutását jelenti. Ám az egy liter gázolaj előállításához, az olajt ki kellett bányászni, ahhoz bányát kellett nyitni, azt üzemeltetni kell, s fenn kell tartani, a kitermelt olajt el kell szállítani, fel kell dolgozni, a feldolgozót létre kell hozni, üzemeltetni, az elhasználódott struktúrákat majd le kell bontani, s a készterméket is el kell szállítani. Nem beszéltünk még egy csomó szükséges dologról, pl. a tárolási kapacitásokról, munkások közlekedéséről, járulékos anyagok előállításáról, szállításáról, az okozott környezeti problémák felszámolásának energiaköltségéről, az olajért vívott háborúkról. Pontosan kiszámíthatatlan, (mert hely, technológia, idő, stb. függő) hogy mennyi virtuális energiaigénye van egy liter gázolajnak. Ez csak a virtuális energiaigénye. Levezethető a víz, a terület, anyag igénye, s a hulladék hátizsákja is.

21

22 Kételyek: Ökológia Az energetikai ültetvények célja a magas produkció Ezt ültetvényekkel lehet elérni – élőhely? Ezt alacsony diverzitású rendszerekkel lehet elérni – faji diverzitás? A fajokat az előnyös tulajdonságra szelektálni kell – genetikai diverzitás? Nagy kiterjedést igényel – izoláció? Külső energia-bevitelt igényel – környezetterhelés?

23 Kételyek: Ökológia Fenntarthatók-e a kiterjedt monokultúrák, a nagy produkciójú rendszerek? A biogeokémiai ciklusok 30-40 elem részvételével zajlanak. A körforgásba geológiai tartalékelem raktárak iktatódnak, egyrészt gázfázisúak (C, N, O), másrészt üledékes kőzetekben (P,S) A gázfázisúak gyorsan, a szilárd fázisúak lassan mobilizálódnak, ezért egymást limitálják Az ökológiai rendszerek önszabályozó képességét ezek a limitáltságok jelentik. Pl. mineralizáció – immobilizáció, mint szabályozó antagonizmus (elemet felszabadít – elemeket leköt)

24 Kételyek: Ökológia Elégethető-e minden szerves-anyag, ami a föld felett van? 1 ha talajban 4-30 tonna tömegű élőlény, magas faj és egyedszámmal (1m 2 10 14 baktérium egyed) Az autotróf élőlények által termelt szerves-anyagból és egymásból élnek Minden talajba történő beavatkozás a mikróbák tömeges pusztulását jelenti, s megváltoztatja a talajdinamikát Ha nem marad a felszínen szerves-anyag tönkre megy a talaj szerkezete, a talaj pusztul

25 Kételyek: Széndioxid semlegesség Kijelentések: Annyi szenet köt meg a biomassza élete során, mint amennyi felszabadul elégetésekor Annyi szenet köt meg a biomassza, amennyit elégetünk égetése, megtermelése, szállítása során A biomassza felhasználása széndioxidot takarít meg, ha vele fosszilis energiaforrásokat helyettesítünk

26 Kételyek: Széndioxid semlegesség Nem lehet egy növényi részt kiragadni a növényből, (amit elégetek) s csak azt vizsgálni Nem lehet egy növényt kiragadni az ökoszisztémából, az ökoszisztéma egészének széndioxid egyensúlyát kell vizsgálni Nem lehet csak a széndioxidot vizsgálni a többi ÜVHG nélkül

27 Kételyek: Széndioxid semlegesség A fotoszintézis során évente 180 MD tonna biomassza keletkezik, s ennyi használódik el a légzés és mineralizáció során Élő biomassza szárazföldön 800 MD tonna szén – 20 év tartózkodási idő Élő biomassza óceánokban 5 MD tonna szén – 0,2 év tartózkodási idő Elhalt biomassza szárazföldön 1 200 MD tonna szén – 30 év tartózkodási idő Elhalt biomassza óceánokban 1 000 MD tonna szén – 30 év tartózkodási idő Atmoszférában 700 MD tonna szén „irreverzibilis” szénlerakódás tengerekben 0.5, talajban 0,1 MD tonna szén

28 Kételyek: Széndioxid semlegesség Az elhalt szárazföldi biomassza 30 év tartózkodási idővel 1 200 MD tonna szenet „raktároz” A mező, erdő, vízgazdálkodás, a talaj eróziója, s deflációja mobilizálja a szenet Talaj pórusokban a széndioxid koncentráció 6% (levegő 0,037) A talajművelés megnöveli az oxidatív folyamatok dinamikáját (pl. szántásnál a talaj átfordul, az eketalp tömörödik – ezt is szellőztetni kell) Évente kb. 1 MD tonna szén távozik a levegőbe (Stuvier 1978-ban figyelmeztet erre!)

29 Kételyek: ÜHG kibocsátás Nő a mezőgazdasági területek kiterjedése, a művelésbe vont területek szénkészletei felszabadulnak. - Délkelet Ázsiában duplájára nőtt a pálmaültetvények területe az őserdők helyén - Indonézia a világ harmadik legnagyobb ÜHG kibocsátója lett, az ember által okozott kibocsátás 8%-kát adja - A pálmaolaj termelés érdekében tőzeglápokat csapolnak le A tőzegben raktározott szén a kiszáradás következtében széndioxid és metán formájában távozik – évi 660 millió tonna A begyulladt tőzegből évi 1.5 MD tonna szén kerül a levegőbe (Wetland International)

30 Kételyek: Széndioxid semlegesség A talaj nitrogén műtrágyázásának egyik eredménye a dinitrogén-oxid A bejuttatott nitrogén alig több mint 10%-ka hasznosul a növény számára A fölösleges nitrogént a denitrifikáció eltávolítja, ha ezt levegőztetéssel gátolom, akkor pedig a szenet égetem el, a fölösleges nitrogén pedig a talajvízbe, élővízbe kerül. A túl sok széndioxid is limitáló tényező a talajban, gátolja a víz, kálium, nitrogén, foszfor, kalcium, magnézium felvételét, ezért sem mindegy, hogy mennyi szenet égetünk el a talajban.

31 Kételyek: Széndioxid semlegesség A széndioxid mérlegnél tehát az ökoszisztéma egészének anyagforgalmát, a termesztési vertikum egészének, a konverziónak látható és virtuális ÜVHG kibocsátását, és a talajdinamika megzavarásából származó ÜVHG kibocsátást is figyelembe kell venni.

32 Kételyek: Széndioxid semlegesség Válaszok a kérdésekre: Annyi szenet köt meg a biomassza élete során, mint amennyi felszabadul elégetésekor Csak a tüzelésre kerülő növényi részre igaz. Maga a növény többet köt meg, pl. gyökér. Ökoszisztéma léptékben lassabban kerülne a szén a körforgásba természetes úton, az égetés tehát ehhez képest felgyorsítja a mobilizációt

33 Kételyek: Széndioxid semlegesség Válaszok: Annyi szenet köt meg a biomassza, amennyit elégetünk égetése, megtermelése, szállítása során A „termelés és hasznosítási” út hossza szabja meg, hogy mekkora a többlet

34 Kételyek: Széndioxid semlegesség Válaszok: A biomassza felhasználása széndioxidot takarít meg, ha vele fosszilis energiaforrásokat helyettesítünk

35 Az energia lábnyom Mekkora területre van szükség egységnyi fosszilis tüzelőanyagból származó energia helyettesítésére, ha a megtermelt szerves anyagot etanollá alakítjuk át? Mekkora területre van szükség, hogy elnyelje a fosszilis energiahordozók elégetéséből származó széndioxidot?

36 Energia hordozóProduktivitás (gigajoule/ha/év) 100 gigajoule/év lábnyoma hektárban Fosszilis Etanol módszer Széndioxid elnyelés Vízierő (átlag) alsószakasz felsőszakasz Napkollektor Napelem Szélenergia 80 100 1,000 150-500 15,000 40,000 1000 12,500 1,25 1,0 0,1 0,2-0,67 0,0067 0,0025 0,1 0,008 Különböző energiahordozók produktivitása és lábnyoma

37 Területi versengés járulékos hatásai A mezőgazdaság intenzitásának növekedése Több külső energia befektetése, kisebb energia-kihozatal Több környezeti kibocsátás GMO-k bevetése Több nagytáblás monokultúra – izoláció

38 Lehetséges veszélyek A géntechnológiai módosítások előtérbe kerülése, a kockázatok elhanyagolása Második és harmadik generációs etanol és GM növények Az olajpálma genomjának feltárása, szárazságtűrő fajták létrehozása, területi kiterjedés növekedése

39 Szociális hatások „Ki lakjon jól? Az ember, vagy az autó?” Keresletnövekedés – árfelhajtó szerep 300 kg kukorica 100 liter etanol, vagy táplálék egy főnek másfél évig (ezer kilométer, vagy másfél év élet) Földtulajdon és életmód változás, pl. Indonézia

40 Kételyek: Magyarországi helyzet FVM 105-110 millió tonna/év biomassza termeléssel számol Magyarországon, ennek energiatartalma kb. 1200 PJ (élőnedves fa fűtőértéke 10 MJ/kg) 2005. évi energiafelhasználásunk 1153,2 PJ Ennek a számításnak az alapján az ország minden hektárján 11-12 tonna biomassza termelődne. Mennyi ebből a hasznosítható? Mennyi energia- bevitelt igényel a hasznosítás? Ha az egész ország természetes erdő lenne max. 186 PJ energiafelhasználási lehetőség adódna (1/6)

41 Kételyek: mennyi a mennyi? Dr. Grasseli Gábor: erdők fajlagos energiahozama 15-20, energiaerdők 100- 120, energetikai faültetvények 150-250 GJ/ha/év Prof. Dr. Marosvölgyi Béla: EU kutatás – 200-350 GJ/ha/év energetikai faültetvényekre Gergely Kinga-Varró László: (Öko 2004) erdők hozama 45 – 50 GJ/ha

42 Magyarországi helyzet A területekért vetekednek a biomassza felhasználási formák Hagyományos erdőgazdálkodás Energetikai célú ültetvények, fás és lágyszárúak, erőművi hasznosításra Szántóföldi „energia növény” termelés hajtóanyag termelés céljából

43 Igények és lehetőségek forrás: Kohlhéb-Porteleki-Szabó, 2007. FöldhasználatIgény (jelenlegi és létesülő kapacitások) Lehetőség (környezetbarát potenciál EEA szerint) Erdő27.58.3 Szántó139.350.2 Hulladék5.587.0 Összes172.3 PJ145.5 PJ

44 Magyarországi helyzet A 139.3 PJ energia termelésre alkalmas kapacitás kielégítéséhez: 7.5 millió tonna kukorica 1 millió tonna búza 1.3 millió tonna repce szükséges Stabilan rendelkezésre álló kukorica felesleg 2 millió tonna Évente termelt repce 0.2-0.3 millió tonna

45 Szántóföldi energia növény igény 1.6 millió hektáron elégíthető ki Zöld áram termelési kapacitás területi igénye 600 ezer ha Magyar népesség élelmiszerben elfogyasztott energia-igénye 3.9-5 millió hektáron elégíthető ki (búzára vetítve) 4.5 millió ha szántó van, ebből 3.9 millió ha jó minőségű, amely élelmiszeri és energetikai célú növénytermesztésre is alkalmas Összes művelt mezőgazdasági terület 5.8 millió ha Agrártárca szerint 800 ezer ha, EEA szerint 413 ha vonható be a termelésbe

46 A biomassza felhasználás feltételei Nemcsak a biomassza, de minden megújuló energiaforrás felhasználása csak akkor hozhat környezeti hasznot, ha a belőlük származó energiamennyiség helyettesíti a fosszilis tüzelőanyagokból származót, azaz nem járul hozzá maga is az energiafelhasználás növekedéséhez Állásfoglalás: Az energiafelhasználás szintjének azonnali befagyasztására, s tervszerű csökkentésére van szükség. Első tíz évben évi 1%, a hatékonyság növekedéséből, majd újabb tíz évig 0.5%.

47 A biomassza felhasználás feltételei A mindenkori energiafelhasználáson belül kell gondoskodni arról, hogy a megújuló energiaforrások egyre növekvő mértékben helyettesítsék a fosszilis energiaforrásokat. Évi 1%-kos helyettesítést tartunk reálisnak. A megújuló energiaforrások közül a nem kimeríthető forrásokat kell előtérbe helyezni

48 Forgatókönyv 1.

49 Forgatókönyv 2.

50 Forgatókönyv 3.

51 Epilógus Elégséges-e környezeti gondjaink megoldására, ha minden fosszilis energiaforrást helyettesítünk megújulókkal? Amennyiben a megszerzett energiával túlpörgetjük a rendszert, egy nagyobb produkció érdekében, úgy belebotlunk az ökológiai rendszerek limitáltságába. Ha az ökológiai rendszerek túlpörgetése lehetséges lenne, akkor a napsugárzás fölös mennyiségét kihasználva, a bioszféra már megtette volna!

52 15% népesség használja el az összes energia 60%-át Az energiafelhasználás csökkentésének nincs alternatívája Az energiagazdálkodás fő kérdése, hogy mire használjuk az energiát