A biogázokkal kapcsolatos oktatási tevékenység, kutatási irányok és eredmények a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézetében

Átírás

1 Dr. Tihanyi László 1, Dr. Csete Jenő 2, Dr. Szunyog István 3, Horánszky Beáta 4 A biogázokkal kapcsolatos oktatási tevékenység, kutatási irányok és eredmények a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézetében A Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézetében (továbbiakban: KFGI) 2004 óta folyamatosak a megújuló energiahordozók, és ezek közül is kiemelten a biogázok hasznosítására törekvő kutatások, melyek eredményei fokozatosan bevezetésre kerülnek a graduális és posztgraduális oktatásba is. Az alábbiakban az eddig megvalósult eredmények kerülnek bemutatásra 2010 évvel bezárólag. Bevezetés A földgáz napjainkban a legtisztább és leginkább környezetbarát fosszilis primerenergia forrás. A folyamatosan növekvő felhasználási igények mellett azonban számolni kell a rendelkezésre álló földgáz készletek csökkenésével. Európában Magyarországon a legsúlyosabb a földgáz importfüggőség kérdése. A magyar primerenergia-mérlegben közel 40 % a földgáz aránya. Ezzel az aránnyal Magyarország Hollandia mögött második Európában. Hollandia - szemben Magyarországgal - annyival van jobb helyzetben, hogy jelentős nagyságú saját földgázkészletekkel rendelkezik. Magyarország éves szinten kb. 445 PJ gáz alapú energiát használ fel, és ennek csupán %-a származik hazai termelésből. Az ezen felüli rész teljes egészében orosz forrásokból érkezik, tehát az ellátás nem diverzifikált. A felmerült energetikai probléma többek között a KFGI-t is arra késztette, hogy elkezdje megvizsgálni azokat a lehetőségeket, melyek a földgáz források megújuló energiaforrásokkal történő kiegészítését eredményezhetik. A megújuló energiaforrások széles palettájából egyértelműen a biogáz tűnt ki, mint potenciális lehetőség, mivel gáz halmazállapotából adódóan hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint a földgáz. A téma aktualitását tovább fokozta az a tény is, hogy az elmúlt 6 évben szinte minden energetikával, vagy megújuló energiákkal foglalkozó szakmai konferencián megjelent a biogáz, gyakran önálló szekciót formálva. A témában elvégzett kutatások A KFGI felismerve a megújuló energiahordozók, elsősorban a biogáz, és a földgáz összekapcsolásában rejlő kutatási-fejlesztési lehetőségeket 2004-ben három, a témához köthető kutatást is elindított. A megújuló energiahordozókban rejlő potenciális lehetőségeket az ipari cégek is egyre jobban előtérbe helyezték, melyből következőleg 2004 és 2005 között egy cég 15 hónapos kutatási megbízást adott a KFGI-nek a A földgáz és az egyes megújuló energiafajták kombinált felhasználásának vizsgálata címmel. A kutatási témát Dr. Csete Jenő vezette. Szintén 2004-ben érkezett az a német kutatási együttműködési megkeresés, mely megkötésével ig, 15 hónapos futamidővel, a freiberg-i DBI-Gastechnologisches 1 intézetigazgató egyetemi tanár, 2 ny. egyetemi docens, 3 egyetemi adjunktus, 4 egyetemi tanársegéd, Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet 1

2 Institut GmbH konzorciumi vezetésével valósulhatott meg nemzetközi kutatási együttműködés A biogáz-, csatornagáz-, depóniagáz- és bányagázforrások hasznosítási lehetőségeinek értékelési módszere és e források hatékony felhasználása energiatermelésre címmel. A kutatási programot a német Bundesministerium für Bildung und Forschung finanszírozta. A KFGI-ben a kutatásokat Dr. Tihanyi László vezette év végén a freiberg-i DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, mint projekt koordinátor segítségével bekapcsolódhatott a KFGI az Európai Unió Intelligent Energy for Europe IEEA 2005 programjába. Ebben a 32 hónap futamidejű nemzetközi kutatásban, melyben 8 ország 15 intézménye vett részt, Magyarországot a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézete, valamint az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület képviselte. A megújuló energiaforrásokból hőtermelés és hűtés céljára előállított gáznemű tüzelőanyagok használatát akadályozó adminisztratív korlátok csökkentésére és törvényi eszközök létrehozására irányuló kutatás c. projekt a REDUBAR mozaikszót kapta. A REDUBAR projektet a Miskolci Egyetemen Dr. Csete Jenő vezette. A KFGI, többek között az előzőekben felsorolt kutatási tevékenységének is köszönhetően, 2008 első felében egy újabb, 9 hónap futamidejű kutatási megbízást kapott az egyik földgázban érdekelt hazai cégtől, mely A különböző forrásokból származó biogázok földgázhálózatba történő betáplálásnak vizsgálatát tűzte ki célul Dr. Csete Jenő témavezetésével. A földgázipar biogázok felé történő nyitásának mi sem adhatott volna jobb visszhangot, mint annak a földgáz elosztói engedélyesnek a megkeresése, mely egyik kutatási résztémaként a Bioföldgáz elosztóhálózatba történő betáplálási feltételrendszerének kidolgozását kérte az Intézettől. Ezen kutatás első része 6 hónapon keresztül folyt, és szeptemberében zárult. A kutatás második 6 hónapos része jelenleg is folyamatban van. A téma első részét Dr. Csete Jenő vezette, a második részét Dr. Tihanyi László vezeti. A fenti kutatásokban szerzett igen széleskörű tapasztalatoknak is betudhatóan 2009-ben egy PhD értekezés is született a KFGI-ben Szunyog István: A biogázok földgáz közszolgáltatásban történő alkalmazásának minőségi feltételrendszere Magyarországon címmel. A szerző tudományos vezetője Dr. Csete Jenő volt. A KFGI munkatársai nagy hangsúlyt helyeznek a kutatások során elért eredmények minél szélesebb körű bemutatására, publikálására. A megújuló energiákkal, és a biogázokkal kapcsolatos kutatások során az elmúlt 6 évben több, mint 26 alkalommal került sor az eredmények szakmai és tudományos konferenciákon való bemutatására, és 30 db írott publikáció jelent meg különböző szaklapokban és konferencia kiadványokban. Elért eredmények A megújuló energiák, kiemelten a biogáz, és a földgáz közötti kapcsolódási pontok kutatási feladatainak főbb irányvonalai és a KFGI azokban elért eredményei az alábbiakban foglalhatók össze. A földgáz és az egyes megújuló energiafajták kombinált felhasználásának alapvető vizsgálata c. kutatási feladat több témakör köré csoportosítható. A kutatás első részében elemzésre került az Európai Unió és ehhez kapcsolva Magyarország akkori energiapolitikája, valamint az energetika területén tett célkitűzések. A második részben az egyes megújuló energiafajták kerültek részletes áttekintésre abból a szempontból megvizsgálva azokat, hogy földgázzal kombinált felhasználásuk mennyire illeszthető be egy földgázipari vállalkozás jövőbeni fejlesztési stratégiájába. Ezek közül részletesen kifejtésre került a napenergia és a szilárd biomassza, beleértve a belőle nyerhető biogázt, mint megújuló energiaforrást. A 2

3 kutatás ezen pontján egyértelművé vált a KFGI számára, hogy a biogázok, valamint az egyéb forrásokból származó éghető gázok és a földgázok kapcsolatával érdemes intenzíven foglalkozni. A biogáz-, csatornagáz-, depóniagáz- és bányagázforrások hasznosítási lehetőségeinek értékelési módszere és e források hatékony felhasználása energiatermelésre c. kutatásban a 11 európai intézményből álló konzorciumban (német, cseh és lengyel egyetemek, kutatóintézetek) a KFGI egy olyan módszer kidolgozására kapott felkérést, amelynek segítségével értékelni lehetett a megújuló gázenergiák közé sorolható biogázok, csatornagázok, szeméttelepi gázok és a szénhez kötött metánforrások műrevalóságát. A kutatás során komplex feldolgozásra kerültek a megújuló gázfajták hasznosítására létesített projektek, majd a különböző típusú nyersgázok jellemzőinek ismeretében, elkészült az a feltételrendszer is, mely az ezekhez szükséges gázszárítási, valamint gázelőkészítési technológiákat elemzi a végfelhasználó berendezések szempontjából. A feltételrendszer kidolgozásának az alapját a már ismert hasznosítási technológiák (gázmotor, gázturbina, tüzelőanyag cella, hőtermelés, betáplálás a földgázrendszerbe) által támasztott gázminőségi peremfeltételek képezték. A projekt egyik célkitűzésben szereplő értékelési eljárás segítségével meglévő és tervezett projektek váltak értékelhetővé technikai és gazdaságossági szempontból. Az új módszer részét képezi egy kiválasztási pontrendszer és döntési fa, amely megadja, hogy egy adott nyersgáz mennyiség és kategória esetén az egyes hasznosítási eljárások (gázmotor, gázturbina, tüzelőanyagcella, hőtermelés, betáplálás a földgázrendszerbe) milyen sorrendisége állítható fel. Az EIE/06/221/SI számmal jelzett, REDUBAR mozaikszóval megadott kutatás munkaprogramja megfogalmazta azokat a lépéseket, melyeket meg szükséges tenni ahhoz, hogy a megújuló forrásból származó biometán nagy hatékonyságú felhasználása lehetővé váljon: meg kell határozni a tagállamok és az EU törvényi és műszaki szabályainak igényét; meg kell határozni a piaci struktúra hiányosságait, és részletes javaslatokat kell kidolgozni a felhasználási folyamatokra, beleértve a pénzügyi módszereket is; áttekintést és becslést kell adni a biometán alkalmazhatósági lehetőségeiről; részletesen ki kell dolgozni a piaci partnerek informálásának és oktatásának anyagait; ösztönözni kell a sikeres projektek elősegítését és terjesztését. Az egyes részkérdéseket 29 db kutatási jelentés tárgyalja, melyek elérhetőek a projekt hivatalos honlapján: A KFGI ezek közül 3 db kutatás elkészítését vállalta magára a német, cseh, lengyel, olasz, litván, holland és görög partnerek együttműködését igénybe véve. Ezek között olyan komplex kutatási feladatok szerepeltek, mint a biometán előállítására alkalmas biomassza potenciál becslésére szolgáló elektronikus formátumú számítási eljárás kifejlesztése, és a konzorciumra vonatkozó adatokkal való feltöltése, vagy annak az adatbázisnak az elkészítése, mely összegyűjtötte a partner országok földgázellátásának sajátosságait, abból a szempontból rendszerezve, hogy azok milyen feltételeket támasztanak az esetlegesen betáplálásra kerülő biogázokkal szemben. A műszaki jellegű problémák kutatása mellett a KFGI készítette el azt a prioritási listát is, mely a biogázok széles körű elterjedése előtt álló, feltárt adminisztratív jellegű akadályok csökkentését és megszüntetését tűzte ki célul. Természetesen szoros együttműködés alakult ki a partnerekkel a többi jelentés elkészítése során, melyhez a KFGI és a másik magyar partner (Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület) számos alkalommal szolgáltatott a magyar viszonyokra jellemző adatokat. A különböző forrásokból származó biogázok földgázhálózatba történő betáplálásnak vizsgálata c. kutatásra 2008-ban kapott felkérést a KFGI egy gáziparral foglalkozó társaságtól. A kutatás az alábbi tématerületekkel foglalkozott. 3

4 Rendszerezésre kerültek a különböző forrásból származó nyers biogázok eltérő minőségi paraméterei, elsősorban a földgázhálózati betáplálhatóság oldaláról megvizsgálva azokat. Az összegyűjtött és feldolgozott nyilvános közlések, statisztikák, előadások, segítségével elemezésre kerültek a biogáz ipar nemzetközi trendjei, és az EU tagállamok biogáz szektora. Ehhez kapcsolódóan a hazai biogáz ipar helyzete is áttekintésre került. Az Európai Unió ide vonatkozó szabályozási rendszere is feldolgozásra került. A jogszabályi előírások mellett részletes vizsgálatra kerültek az egyes európai országok földgázminőségi, és megújuló gázokra vonatkozó előírásai, valamint a biogázok minőségeinek ettől való eltérései, elsősorban a földgázhálózati betáplálásra, és nem a közvetlen felhasználásra helyezve a hangsúlyt. A fenti kutatás kiterjesztésre került a magyar földgázminőségi előírásokra vonatkozóan is. Európában jelenleg hat országban vonatkozik előírás a földgázhálózatba táplálandó nemkonvencionális gázokra, melyek részletes elemzésre kerültek. Az európai tapasztalatokra alapozva, a magyar földgázrendszerbe történő betáplálás műszaki kritériumaira is javaslat került kidolgozásra. A hazai jogrendben jelenleg a biogázok kötelező átvételének gyakorlata hiányzik, mely a kereskedelmi kérdéseket is megnehezíti. A probléma megoldásának érdekében felvázolásra került egy, a zöldáram kötelező átvételéhez hasonló jogi - szabályozási rendszer a zöldgáz kötelező átvételére. A jelenleg is folyó, a bioföldgáz betáplálása az elosztóhálózatba c. kutatás egy földgáz elosztói engedélyes szempontjait figyelembe véve, az előző kutatáshoz képest sokkal gyakorlatiasabb oldalról közelítve keresi a választ a biogázok földgáz elosztóhálózatokba történő betáplálásának műszaki feltételrendszerére. A jelentés elkészült első kötetében vizsgálatra kerültek a biogáz és földgáz minőségek, azok lehetséges mellék- és kísérő összetevői, bemutatásra és elemzésre kerültek a meglévő gáztisztítási technológiák, az Európában használatos betáplálási eljárások, valamint az ide vonatkozó hazai jogszabályi környezet és a Magyar Földgázrendszer Üzemi és Kereskedelmi Szabályzata. Elsősorban a fenti kutatások során felmerült műszaki kérdéseket látva, illetve azok közeljövőben várható súlyát érzékelve, lassan körvonalazódott egy PhD értekezés témája is a KFGI-ben A biogázok földgáz közszolgáltatásban történő alkalmazásának minőségi feltételrendszere Magyarországon címmel. Megjegyzendő, hogy az értekezés megírását a Deák Ferenc Ösztöndíj Pályázat is támogatta. Az értekezés fő célkitűzése egy olyan gázminőségi követelményrendszer felállítása lett, mely alkalmasnak bizonyult a különböző forrásból származó megújuló gázok földgázhálózati betáplálhatóságának megítélésére Magyarországon. A minőségi követelményeken túl, bizonyos nem biometán minőségre előkészített gázok esetében a maximálisan betáplálható mennyiségek is meghatározásra kerültek az adott hálózatrészen szolgáltatott földgáz minőségének függvényében. Az értekezésben különválasztásra kerültek a gázminőségi szempontból meghatározó fő- és mellékösszetevők, valamint az igen kis mennyiségben jelen lévő, és elsősorban biztonságtechnikai kockázati szempontból értékelendő kísérő összetevők. A fő fejezetben felállításra került egy minőségi követelményrendszer a magyarországi földgázrendszerbe táplálandó biogáz típusok megítéléséhez. Ebben külön alfejezetet képez a magyar földgázminőségi előírásokból következő mennyiségi korlátok meghatározása cseregázként és adalékgázként való betáplálás esetére. A kidolgozott követelményrendszer további eleme az így előállított, és szolgáltatásra kerülő gázminőségek végfelhasználói berendezésekre gyakorolt hatásának átfogó elemzése volt. Az értekezés további célja volt vizsgálat alá vonni a nemzetközi gyakorlatban alkalmazott, földgázra kidolgozott cserélhetőségi eljárásokat, abból a szempontból, hogy alkalmazhatók-e a földgázok és biogázok tüzeléstechnikai paramétereinek egyidejű modellezésére. A téma komplexitása érdekében a magyarországi elméleti biogáz potenciál, a rendelkezésre álló források összegzésén alapuló meghatározása, valamint a biogázok összetételéből adódó, a 4

5 földgáztól eltérő komponensek a földgázrendszer egyes elemeire gyakorolt hatásának elemzése is szerepelt az értekezésben. Az értekezés által közvetítendő eredmények vélhetően alkalmasak a Magyarország egyes területein szolgáltatott eltérő, de a magyar szabvány előírásainak eleget tevő földgázminőségek függvényében meghatározni az adott hálózatrészbe bejuttatandó, meghatározott forrásból származó biogázok hálózati betáplálására vonatkozó minőségi és mennyiségi határértékeket, melyek mellett a földgázhálózat üzemeltetése és a végfelhasználói gázberendezések működése zavartalanul folyhat. Az eredmények oktatásba történő integrálása A megújuló energiaforrások, és a biogázok fenti kutatásai során megszerzett európai és hazai információk, valamint kutatási eredmények általános vonatkozásai folyamatosan beépítésre kerülnek a KFGI nappali és levelező tagozatos, valamint a posztgraduális oktatásban részt vevő hallgatóinak tananyagaiba, mivel fontosnak érezzük a megújuló energiaforrások jövőbeni fejlesztését, és hallgatóink minél szélesebb körű ismeretanyaggal való ellátását. A nappali és levelező képzésben, valamint a földgázellátási szakmérnök képzésünkben a földgázfelhasználás óra keretein belül külön előadási blokk foglalkozik a biogázokkal, főként a földgázhálózati betáplálás oldaláról közelítve a kérdést. A megújuló energia c. tárgy keretein belül a hallgatók a biogázt elhelyezhetik a többi megújuló energiahordozó között. Ettől még jelentősebb értéket képvisel a hazai biogázzal kapcsolatos képzési rendszerben, hogy július 23-án az Oktatási Hivatal OH-FHF/1272-2/2010. számon nyilvántartásba vette a Biogáz-ellátási szakmérnök szakirányú továbbképzési szakot, melyet a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kara kezdeményezetett. A három féléves posztgraduális képzés műszaki- és agrár területről érkező mérnökök számára nyújt továbbképzési lehetőséget. A képzés meghatározó ismeretkörei a szakmai törzsanyag és a speciális szakmai ismeretek blokk, melyben a biogáz termeléstől, az előkészítésen, felhasználáson át a biztonságtechnikáig számos ismeretanyag átadásra kerül a hallgatók számára a hazai biogáz ipari szakemberek részéről. A képzés még nem került meghirdetésre, jelenleg az igények felmérése folyik. Szintén fontos lépésnek tartjuk, hogy a KFGI-ben 2010-ben már meghirdetésre és kidolgozásra kerültek a biogázok felhasználásával kapcsolatos szakdolgozatok is. Az egyik dolgozat a depóniagázok távhőellátásban történő hasznosíthatóságával, a másik a biogázok földgázellátásban történő alkalmazhatóságával foglalkozik. Összefoglalás A kimerülő fosszilis energiaforrások mellett egyre nagyobb szerepet szán az Európai Unió a megújuló energiaforrásoknak. A földgázipar szempontjából az igényeket részben kiváltó ilyen típusú energiaforrás főként a biogáz lehet. Bár a biogázzal kiváltható primer energiaforrás (földgáz) nem tekinthető jelentősnek Magyarországon, azaz importfüggőségi célokat nem képes megoldani, mégis érdemes foglalkozni vele, hiszen jelentős környezetvédelmi és vidékfejlesztési lehetőségeket rejt magában. Nem is beszélve arról az előnyről, hogy megfelelő előkészítés után a biogázok a földgázokkal egyenértékűvé tehetők, és a földgázra kiépített rendszereken keresztül az ország szinte minden fogyasztójához eljuttathatók. Az elmúlt évtizedben a magyar energiapolitika is folyamatosan hangoztatja a megújuló energiaforrások minél nagyobb arányú felhasználásának szükségességét, azonban ehhez sem a műszaki, sem a jogi és sem a gazdasági peremfeltételek nem alakultak még ki 5

6 teljesen. A KFGI bízik abban, hogy fenti kutatásai segítségével ezeket a célokat előre mozdította és a jövőben is arra fog törekedni, hogy ezek a KFGI kutatási palettán megtalálhatóak legyenek. Miskolc, január 6. 6