Bioüzemanyagok.

Az előadások a következő témára: "Bioüzemanyagok."— Előadás másolata:

1 Bioüzemanyagok

2 Kőolaj világpiaci ára 1988-2007

3 Alternatív üzemanyagok
Kőolajválság Fosszilis energiától hajtóanyagtól való függés Globális felmelegedés Környezetszennyezés Megoldás Megújítható, biológiai eredetű, alternatív energiaforrások Biodízel Bioalkohol

4 A bioüzemanyag-előállítást a politika ösztönzi
Környezet: Kiotó és CO2 emisszió. A bioüzemanyag esetébens: növekvő szállítás és közlekedés (a CO2 kibocsátás 30%-áért, olajfelhasználás 70%-áért felel az EU-ban) cselekvést igényel Mezőgazdaság (terméktöbblet levezetése) Energiafüggőség csökkentése: importált fosszilis üzemanyagok (olajár…) csupán néhány energiaforrás esetében

5 A bioüzemanyagok termelési költsége a világban 2007-ben
Megnevezés Dollár/liter Bioetanol Brazíilia 0,33-0,35 USA 0,36-0,40 Kína 0,45-0,55 India 0,65-0,70 EU 0,80-0,85 Biodízel Brazília 0,50-0,90 0,90-1,10

6 Napraforgó és repce, mint biodízel alapanyag

7 Repce - Hazai viszonyok között a napraforgó és a repce vehető számításba, mint növényolaj alapanyag Ezen növények magja 44-55% olajat tartalmaz, melynek 85-92%-a nyerhető ki A többi a préselés után maradó olajpogácsában marad vissza

8 Repce Az olajos növények termesztése általában szokásos mezőgazdasági folyamat. A repcetermesztés folyamata a napraforgó, mint tavaszi vetésű növény termesztésétől jelentősen eltér. Hazánkban a repce termesztésének még kisebb hagyományai vannak, mint az olajos magvak közül a napraforgónak.

9 Repce Az őszi káposztarepce magja 40-50% olajat tartalmaz
A repceolaj színe aranysárga, nem száradó, a levegőn folyékony marad, viszont elég könnyen avasodik A repceolaj főleg telítetlen zsírsavakat tartalmaz. A repce felhasználhatóságát az olajban található erukasav mennyisége határozza meg. A nagy mennyiségben (45%) erukasavat tartalmazó fajták kizárólagosan ipari célra használhatóak

10 Repce Napjainkban az újabb nemesítésű fajták (ún. „00" duplanullás) már 1%-nál kevesebb mennyiségben tartalmazzák az erukasavat A repcemagból az olaj kinyerése után visszamaradó repcedara vagy repcepogácsa értékes fehérjéket tartalmaz, az egyik legkedvezőbb és legolcsóbb takarmány kiegészítő A repcemag (főleg a héj miatt) kb % nyersrostot is tartalmaz

11 Repce

12 Repce termése

13 Napraforgó A napraforgó olajtartalma 35-56%, az újabb hibridek már a 60%-ot is megközelíthetik A kaszatban lévő olajok nagy energiatartalmúak, az emberi szervezet számára nélkülözhetetlen esszenciális tápanyagok, zsírban oldható vitaminok vivőanyagai Az olaja telítetlen zsírsavakban gazdag, főleg olaj- és linolsavat tartalmaz

14 Napraforgó A napraforgó kaszat nyersfehérje-tartalma 17%.
Az olaj kinyerése után 100 kg kaszatból kb. 30 kg olajpogácsa marad vissza, ennek fehérjetartalma 50% A fehérje mellett zsírokat, ásványi sókat is tartalmaz, takarmányozásra használható A visszamaradó kaszathéj kérődzők takarmányozására alkalmas (nyersfehérje, nyersrost, ásványi anyag található benne)

15 Napraforgó

16 Növényi olaj előállítása hajtóanyagnak
A növényi olajok egyik felhasználási célja hajtónyagnak, vagy hajtóanyag kiegészítésnek való előállítása Motorikus alkalmazáshoz az olajat észterezik. Repce-metil-észter (RME) a repceolaj megbontásából keletkező növényi zsírsavak metil-alkohollal való átészterezésével készül A folyamat során a nagy repceolaj molekula, kisebbre bomlik szét. E technológia során a hidegen sajtolt repceolajat nátrium-hidroxidos metil-alkohollal keverik össze, majd ülepítik és alulról leválasztják a glicerines, felülről pedig a metil-észterezett részt

17 Növényi olaj előállítása hajtóanyagnak
A begyűjtött repcemagot présekkel kisajtolják, majd reaktorokban átészterezik metanol felhasználásával Utóészterezés után az ülepítőből kikerülő glicerinmentes repce-metil-észtert vízzel lúgmentesítik, majd beállítják a kívánt lobbanáspontot úgy, hogy a felesleges metil-alkoholt visszanyerik A préselésnél keletkező, ún. repcedarát lehet pelletálni is és takarmányként hasznosítható A felhasználás szempontjából fontos jellemző a viszkozitás, ill. annak változása A hőmérséklet növekedésével a viszkozitás rohamosabb csökkenése következik be, így a már üzemelő motor porlasztójában előmelegedve, a befecskendezési folyamatot kisebb mértékben zavarja

18 Biodízel előnyei Kipufogógáz: kevesebb CO, SO2, korom de: több NOx
CO2 semleges Biológiailag teljesen lebontható Hagyományos Dízel-motorokat nem, vagy csak kis mértékben kell módosítani Mind önmagában, mind gázolajjal elegyítve felhasználható Cetánszáma nagy (dízelmotorok hatékonyságának javítása, nitrátalapú adalékok helyettesítése) Biztonságosan kezelhető (nem képez robbanóelegyet) A motor hatásfoka gyakorlatilag nem változik, leadott teljesítmény többnyire azonos Bekeverés esetén javítja a dízelgázolajok kenőképességét Gázolajfogyasztás egy részének kiváltása Alternatíva a mezőgazdaság és a vidék számára (?)

19 Biodízel hátrányai Nagy víztartalom (biológiai lebomlás)
Korlátozottan áll rendelkezésre Nagy víztartalom (biológiai lebomlás) Metanoltartalom (méreg) Nagyobb hajtóanyag-felhasználás 5-10 %-os teljesítménycsökkenés Nagyobb viszkozitás (hidegindítási problémák) Üzemanyagszűrők eltömődését okozhatja Megtámadja a gumitömlőket (vezetékeket polietilénre/fémre kell cserélni) Tárolási problémák lépnek fel kb. 5 hónap után Nagy előállítási költség

20 A bioalkohol-gyártás jelentős
történelmi múltra tekinthet vissza: Franciaországban között 749 ezer hl alkoholt állítottak elő növényi eredetű alapanyagokból. Henry Ford a XX. század elején alkohollal üzemeltette első járműveit. A négyütemű (Otto, 1877) és a kétütemű (Benz ,1879) motorok kifejlesztése során is vizsgálták lehetséges hajtóanyagként az etanolt.

21 Az 1. világháborúban a benzinhiány miatt az európai hadseregek különböző alkohol/motorbenzin keverékeket alkalmaztak. Magyarországon 1927-ben kerzdődött meg a növényi eredetű anyagokból, fermentációval előállított alkohol felhasználása motorhajtásra (ezt az alkoholt 20%-ban keverték a benzinhez).

22 Az igen olcsó és stabil kőolajárak korszakában a bioalkohol, mint energiaforrás iránti érdeklődés jelentős mértékben csökkent, a gyártás gazdaságtalanná vált, megszűntették az alkohol-benzin keverék hajtóanyag forgalmazását. Franciaországban 1939-ben, Magyarországon 1942-ben fejeződött be a fermentációval előállított alkohol értékesítése a benzinkutaknál.

23 A fermentációval előállított alkohol motorhajtóanyagként történő alkalmazásának kérdése az 1973-ban kirobbant energiaválságot követően ismét napirendre került. A fermentációval előállított etanol kedvezőbb költségeit mutatja, hogy Japán, India, az USA és az Európai Közösség akkori tagállamai 1977-ben már etanoligényük több mint 50%-át fermentációval előállított alkohollal elégítették ki.

24

25 EU bioetanol előállítás, 2000-2007

26 Bioetanol előnyei Bioetanol hátrányai
Kipufogógáz: kevesebb CO, SO2, CH, benzol CO2 semleges Alkoholos motorok élettartama hosszabb Benzin oktánszámát a bekevert bioetanol növeli (MTBE kiváltása) benzinfogyasztás egy részének kiváltása Tiszta bioetanol: belsőégésű motorok átalakítása szükséges Üzemanyagtartály növelése: 1 l etanol = 0.65 l benzin) Az alkohol festék, gumi és műanyag alkatrészekkel ne kerüljön érintkezésbe Előállítása nagy mennyiségű fosszilis energia befektetését igényli (CO2 kibocsátás) Energetikai célú növénytermesztés → monokultúrák? (műtrágya, növényvédő szerek) Előállítása a technológia mai szintjén sokkal drágább, mint a CO2 kibocsátás csökkentésének egyéb lehetőségei

27 A kukorica, mint bioetanol alapanyag
Géncentruma Peru  Közép-Amerika, Mexikó, Brazília

28 Kolumbusz  Spanyolország - 1493 Az akkor ismert világban 1500 környékén már elterjedt

29 1590 Itália, Dalmácia Magyarország
1610 török közvetítés Erdély A kukorica hasznosítása hazánkban: Takarmánykukorica ,5% Keményítő- és cukorelőállítás % Közvetlen emberi fogyasztás % Alkoholgyártás % Vetőmag ,5 %

30 A világ legjelentősebb kukoricatermelőinek részesedése a világ termeléséből (millió tonna)
Vetésterület: 157 millió ha USA ,1 Argentína ,9 Brazília ,5 EU ,4 Franciaország 1,8 Magyarország 1,2 Olaszország ,9 A Vetésterület a világon 20 millió hektárral nőtt az elmúlt 10 évben, jelenleg 157 millió ha. A világ egyik legfontosabb kukoricatermesztője a USA, ahol azonban a növény vetésterülete az elmúlt években csökkent, mivel sok termelő váltott a napjainkban jövedelmezőbb szójára. A hektáronkénti átlagos termés igen magas, 10 tonna, ami többek között az intenzív termesztéstechnológiának és a kiváló genetikai alapoknak köszönhető. Franciaországban a vetésterület 1,8 millió hektár körüli. A hozamok magasak (8-9 t/ha), ami a fő kukoricatermesztő körzetek kiváló adottságainak, illetve a magas szintű termesztéstechnológiának köszönhető.

31 Kukorica hasznosítása Magyarországon

32 A kukorica ökológiai igénye
Melegigényes az egész tenyészidőszakban Termesztés északi határán vagyunk – déli országrészben is csak FAO 600-ig A nemesítés következtében a termesztés északi határa egyre kitolódott Egyenletesen nagy vízellátás – tápanyagfelvétel – mellett a nagy termőképesség realizálódik Leginkább vízigényes címerhányástól a szemtelítődésig

33 A kukorica talajigénye
jó kukoricatalajok a minél kiegyenlítettebb hő- és vízgazdálkodású középkötött csernozjomok és barna erdőtalajok, a vízrendezett réti és öntéstalajok, mérsékelten jó kukoricatalajok a kötött réti talajok, a humuszos homoktalajok az erodált, enyhén lejtős talajok, kedvezőtlenek a gyengén humuszos homokok, a sekély termőrétegű és heterogén összetételű talajok.

34 Talajigény Nagy vízigény - nagy tápnyagigény – igen igényes a talajjal szemben Széles pH tartományt elvisel (5,8-8 pH), de legjobb a semleges és a fontos a Ca – ellátottság Harmónikus mikroelem-ellátás - istállótrágya

35 Csernozjom - talajok Az igényes kukorica számára leginkább alkalmas talajok: mélyrétegű, humuszban gazdag, jó vízgazdálkodású, középkötött talajok – csernozjom, barna erdő, vízrendezett réti és öntés talajok

36 Kukoricatermesztés potenciálja Magyarországon

37 Magyarország kukorica termőterülete
3 70 Jelmagyarázat % Forrás: KSH

38 Vízigénye A termesztés hazai – mérsékelt égövi – korlátozó tényezője gyakorlatilag a víz, a csapadék A kukorica vízigénye mm napi vízfogyasztás 4,5 – 5,5 mm/ha (45-55 m3/ha) Transzpirációs koefíciens: kb. 350 l/kg Túl sok víz is káros – elkényelmesíti a növényt Legkritikusabb időszak július-augusztus – címerhányás - termésképződés

39 A kukorica a szakszerű öntözést meghálálja
A vízellátás, az öntözés – különösen szélsőséges évjáratokban – a trágyázásnál sokkal jelentősebb hatású agrotechnikai elem - kedvező talajadottságok mellett.

40 Az öntözés terméstöbbletét az évjárat jellege, a vetésváltás alapvetően determinálta
Sújtó aszályos évjáratban (pl év) az öntözés terméstöbblete 8-9 t/ha volt (az öntözetlen állomány minimális 1-3 t/ha termést adott

41 Magyarország kukorica kukorica vetésterülete és termésátlaga 1981- 2009
7,5t/ha 6,8 t/ha 3,5 t/ha 3,6 t/ha Magyarországon a kukorica termésátlagok az utóbbi évtizedben nagy ingadozást mutatnak, pl ös év termése 7,5 t/ha körül alakult. Ezzel szemben 2007-ben az elvetett kukorica közel 14%-a semmisült meg a virágzási időszakban fellépő vízhiány miatt. Az országos átlagtermés az utóbbi évek egyik leggyengébb eredményének számító 3,6 t/ha értéket érte csak el. A kedvező időjárás következtében 2008-ban több mint duplája volt a hektáronkénti átlagtermés (7,4 t/ha) az egy évvel korábbinak. A rekord, 8,9 millió tonna kukoricatermés az elmúlt évek egyik legnagyobb eredménye. 2009-ben 15%-kal kevesebb kukoricát takarítottak be mint az előző évben, az átlagtermés 6,4 t/ha volt ben a szélsőségesen csapadékos tavaszi időjárás miatt a tervezett tavaszi vetési munkákat késve lehetett elvégezni.

42 A talajművelés hatása

43 Talajművelés x öntözés

44 Jó mezőgazdasági gyakorlat
Hibridválasztás – termőhely adottságok, term. cél Elővetemény (kukoricabogár) Talajművelés (művelőtalp) Tápanyagellátás Csapadékellátottság – tavaszi hasznos vízkészlet Állománysűrűség Jó magágy, egyöntetű, gyors kelés, homogén növényállomány Betakarítás (vízleadás) TERMÉSTÖBBLET: 2,5-3,5 t/ha

45 Ez egy átlagos dagomba család 1 heti élelme.
Ne felejtsük el, hogy 1 l benzin egyenértékű bioetanol jelen kutatások szerint cca 3,1 kg szemeskukoricából állítható elő. Ez egy átlagos dagomba család 1 heti élelme. Forrás: Jolánkai Márton, SZIE

46 A cukorcirok A cukorcirok a pázsitfűfélék családjába tartozó növény. Afrika sztyeppe- és szavannaterületein őshonos. Legnagyobb területen az USA-ban és Ázsia egyes országaiban (elsősorban Indiában) termesztik. Míg a mérsékelt égövi országokban főként silótakarmánynak termesztik, addig trópusi, szubtrópusi területeken elterjedt a cukorlé nyerés céljából történő termesztés.

47 A cirok betakarítása és pérselése cukorlé nyerés céljából

48 A cukorcirok Cukortartalma nagyobb a cukorrépánál, a %-ot is elérheti, ami azonban nem kristályosítható. A II. világháború után ezt a tulajdonságát számos helyen ki is használták, a cukorgyárak beindulásáig a belőle kisajtolt és besűrített cukorszirup helyettesítette a kristálycukrot.

49 A cukorcirok

50 A hazánkban nemesített silócirok hibridek – habitusuk alapján – 3 csoportba sorolhatók:
Nagy bugájú fajták (kb. 30 % bugaarány), melyekből nagyobb keményítőtartalmú szilázsok készíthetők (Kunsági 460, GK Ócsa, Róna-2, Bella). Cukorcirok típusú fajták, száruk lédús, % refrakciós cukrot tartalmaznak és így nagyon jó minőségű szilázs is készíthető belőlük (Monori édes, Róna-4, Zsombó, Szc 40, Marion, Sucrosorgo 506). “Buganélküli” fajták, melyek fotoperiódusosan érzékenyek, hosszú tenyészidejűek, így állandóan növekvő, hazánkban soha el nem öregedő stádiumban vannak. Betakarításig még bugát sem hoznak. Szárazanyag és keményítő tartalmuk kisebb, mint a bugás fajtáké. Magyarországon nem oldható meg vetőmag előállításuk (G 1990, G 98F).

51 A gyakorlati csoportosítás szerint a fontosabb cirokfélék:
seprűcirok (Sorghum bicolor var. technicum) szemes cirok (Sorghum bicolor) silócirok vagy cukorcirok (Sorghum dochna var. saccharatum) szudáni fű (Sorghum vulgare var. sudanense)

52 A cukorcirok, mint bioenergia alapanyag
Az utóbbi években felfokozott érdeklődés tapasztalható a cukorcirok alternatív hasznosítására. A hasznosításának két módja: Biogázerőművek számára alapanyagot szolgáltat. Az állattenyésztésben keletkező trágyamennyiség önmagában nem fogja fedezni a szükségleteket, ezért elkerülhetetlen a nagy biomassza tömeget produkáló növényfajok termesztésbe vonása. A bioetanol előállításban a kukorica méltó alternatívája lehet a szükséges technológia alkalmazásával.

53 A cukorcirok, mint bioenergia alapanyag
A cukorcirok szárából kipréselt szirup a bioetanol-gyártás kiváló nyersanyaga. A kipréselt cukros lé közvetlenül etanollá erjeszthető, szemben például a kukoricával, ahol először a keményítő feltárást kell elvégezni, majd ezután következik a cukrosítási folyamat. A cukorcirok alapú bioüzemanyag előállításánál tehermentesíteni lehet az élelmiszer és takarmány előállítására alkalmas területeket.

54 Átlagos bioetanol hozam (l / ha)
Bioetanol előállításra alkalmas növények termésátlaga és bioetanol hozama Növény Termésátlag (t / ha) Átlagos bioetanol hozam (l / ha) Cukorrépa 40 4000 Cukorcirok 35 3500 Cukornád 57 5300 Burgonya 20 2000 Őszi búza 5 1500 Kukorica 6 2300 Csicsóka 50 4200

55 A cukorcirok, mint bioenergia alapanyag
A cirkok meleg égövi növények, ezért elterjedésüket a klimatikus tényezők határozzák meg. Hazánk a ciroktermesztési övezet északi határán van. A cirkok nagyobb arányú termesztése Európában csak az utóbbi évtizedekben terjedt el. Egyébként Európában - így hazánkban is - először csak a seprűcirok termesztése honosodott meg. Hazánkban az as években már elkezdődött a takarmánycirkok termesztése, de nagyobb mértékben csak a második világháború után kezdett elterjedni.

56 A cukorcirok, mint bioenergia alapanyag
Vetésterületük alakulására azonban a hullámzás jellemző, mert néhány évi növekedés után rendszerint stagnálás, ill. csökkenés következett be. A cukorcirok Magyarországon az egyik legnagyobb biomassza tömeg előállítására képes növény, melynek termesztése beillik a hagyományos kultúrák vetésforgóiba, és a kiemelkedő hozamok más kultúrákkal összevetve aránylag kis költséggel biztosíthatók.

57 A cukorcirok környezeti igénye
Cukorcirok a hazai száraz – sokszor aszályos – klímánkat jól tűri, a tenyészidőszak alatti csapadékhiányra, illetve a kedvezőtlen csapadékeloszlásra kevésbé érzékenyen reagál, mint más növényfajok. Míg agy aszályban más növények kiégnek, vagy elvénülnek addig a cirokfélék könnyen és gyorsan regenerálódnak az aszály után. A cirokfélék képesek teljesen leállítani életfolyamataikat a szárazság alatt és az újbóli esős időszakban pedig újraindítani azokat. Az egyre gyakoribbá váló aszályok miatt így hazánkban is felértékelődhet a szerepe a jövőben.

58 A cukorcirok talajigénye
A cukorcirok talajjal szemben viszonylag szerény igényű, mostohább talajviszonyok mellett is jó eredménnyel termeszthető. Hideg kötött, erősen szikes, és futó homok talajok kivételével minden talajon jó eredménnyel termeszthető. A gyengébb, kevésbé jó vízgazdálkodású talajok hasznosítására alkalmas növény, de a jó talajokon nagyobb biztonsággal termeszthető. Rövidebb tenyészideje miatt másodnövényként is vethető.

59 A cukorcirok beltartalmi értékei
A kifejlett növények magassága elérheti a 4 métert, ami lehetővé teszi, hogy hektáronként akár tonna zöldtömeget adjanak. A cukorcirok maghozama eléri a 3-4,5 t/ha. A szár két részből épül fel, mégpedig a külső támasztó szövetekből, amely magas cellulóz-, és igen alacsony erjeszthető cukortartalmú. A belső szivacsszerű bélrész lédús, amely száraz rostanyagot mellett jelentős mennyiségű cukortartalmú levet tartalmaz. A cukorcirokból kipréselt lé aránya 50-60%, melynek cukortartalma 12-18%. A cukorcirok cukortermése a talaj és időjárási körülményektől függően 2-8 t/ha között alakulhat.

60 Bioetanol előállítása cukorcirokból

61 Bioetanol előállítása cukorcirokból
A viaszérett növény szárazanyag-tartalma %. Ilyenkor a legnagyobb a cukortartalma is, ezért bioetanol előállítás céljára ekkor érdemes betakarítani. Betakarításkor silózó géppel a teljes föld feletti részt felaprítják. Az aratás után a cukorcirkot megtisztítják, majd közvetlen felhasználás előtt tovább aprítják 5-10 cm-es darabokra. Ezt követően kerülnek a növényi részek a présgépbe. Préselés után nyerik ki a nagy cukortartalmú ciroklevet, míg melléktermékként a lignocellulózban gazdag cirokbagasz keletkezik.

62 Bioetanol előállítása során keletkező cukorcirok bagasz hasznosítása
A présléből élesztő hozzáadásával etanol állítható elő, míg a bagasz egyéb módon hasznosítható: égetésével hő- és villamosenergia nyerhető, komposztálható, papírgyártási alapanyag lehet, illetve takarmányozási célokat szolgálhat.

63 Előadás felhasznált forrásai

64 Köszönöm a figyelmüket!