Biomassza. Napenergia tárolása kémiai kötések formájában: fűtőelemek

Átírás

1 Biomassza A világon az összes energiafelhasználás 13-15%-át biztosítja!!! Az EU-ban az összes energiafelhasználás kb. 4%-át adja. Az EU-ban az összes megújulóból nyert energia kb. 50%-át teszi ki! Napenergia tárolása kémiai kötések formájában: fűtőelemek Alkalmazása elméletileg CO2-semleges, mert a szerves anyag lebomlása mindenképpen bekövetkezne, itt csak gyorsítunk a folyamaton: A keletkező anyagok visszakerülnek a természet anyag- és energiaforgalmába és újra beépülnek a szerves anyagokba. Gyakorlatilag nem! - EROI (Energy Return On Investment) v. EROEI (Energy Return on Energy Invested)

2 Csoportosítás Szilárd tüzelőanyag Folyékony tüzelőanyag - üzemanyag Gáznemű tüzelőanyag - üzemanyag - Elsődleges biomassza: természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti növények, vízben élő növények. - Másodlagos biomassza: állatvilág, gazdasági haszonállatok, az állattenyésztés fő termékei, melléktermékei, hulladékai. - Harmadlagos biomassza: biológiai eredetű anyagokat felhasználó iparok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetű hulladékai.

3 Csoportosítás A) Hulladék biomassza B) Direkt energetikai ültetvények (Olyan növény, amit energetikai felhasználás céljából termesztenek): Közvetlen eltüzelésre; Biokémiai átalakításra (biogáz); Bioüzemanyagnak. Gyorsan növő, rövid vágásfordulójú, sarjadásra hajlamos; Nagy tömeget adó, gyorsan kitermelhető (sűrű ;( térállású Gyomokkal szemben ellenálló; Energiakihozatal

4

5 Forrás: Harmat Ádám szakdolgozat

6 Fenntarthatósági kritériumok Termelés energiaigénye; Szállítás energiaigénye; Területhasználat/tájhasználat váltás (dluc Direct Landuse Change; iluc indirect landuse change) Biodiverzitás; Talajerő-utánpótlás; Illeszkedés a környezetgazdálkodásba (hulladék); Társadalmi hatások (lásd: monokultúra).

7 Fenntarthatóság: lépték!!

8 Szilárd tüzelőanyag alacsony nedvességtartalom, magas fűtőérték Tűzifa ( 2 évig fedél alatt felhasogatva szárítva < ( nedvességtartalom 20% Frissen kitermelt / nedves = 50% fölött Félszáraz = % Légszáraz = % Szárított = 15% alatt kwh/kg

9 Fűtőanyag Égéshő (MJ/kg) Fűtőérték (MJ/kg) Fűtőérték (kwh/kg) Hamutartalom (%) Frissen vágott fa * 6,8 1,9 0,5 1 Szárított fa ,4 0,5 1 Papír * 15 4, Szalma * 17 4,8 * Fapellet * Tőzeg , Olajosmagvak * 20 5,6 * Barnaszén , Barnaszén brikett , Feketeszén 29 32, ,7 7, Hulladék ,4 2, Égéshő (= felső fűtőérték): elméleti maximum Fűtőérték (= alsó fűtőérték): a párolgáshővel csökkentett felső fűtőértéknek felel meg

10

11 Erdei fa termelés Energia erdő A tűzifa felhasználási lehetőségei Energia célú felhasználás Feldologozási hulladék Felhasználás utáni hulladék Más célú energia hasznosítás Tüzifa lakossági hőhasznosításra Kisüzemi vagy közüzemi hőhasznosításra Biobrikett, pellet Apríték Hulladékhő felhasználás nélkül Lakossági célra Fűtőmű, csak hőhaszn. céljára Erőművi felhasználás Kogeneratív erőművi felh. Hulladékhő nélkül Hulladékhővel

12 Magyarországon a folyónövedék nagysága 2012-ben 13 millió m 3 volt. Magyarország erdőállományából évente, a tartamos gazdálkodás szabályait figyelembe véve 8 millió m 3 fa termelhető ki - ennek fele mehet energetikai hasznosításra. A 2012-ben kb. bruttó 7,7 millió m 3 fát termeltek ki.

13 Az erdők jelentősége Faanyag biztosítása az ipar számára; ipari nyersanyag (papír-, bútor-, építő-) energiahordozó Erdei termékek (nyomelemek gombák, gyümölcsök) Rekreáció Lebegő por megkötése (30-70 t/ha/év fenyő, bükk) Biomassza produkció a biogeokémiai anyagforgalom ; Élőhely biodiverzitás megőrzése, vadászat egyik fő színtere; Éghajlatot befolyásoló szerep (CO2-szint, páratartalom, jelentős albedó) Mikroklímát befolyásoló szerep (hőkiegyenlítés, szélvédelem) Felszíni lefolyást csökkentő és kiegyenlítő szerep

14 Hagyományos erdőgazdálkodás bruttó 2-3 t/ha/év % - főtermék ipari választékok % - melléktermék tűzifa 20 % - apadék - kéreg és vágástéri hulladék aprítékolható! de ökológiai korlátok (anyagforgalom)

15 Más forrás szerint

16

17

18

19

20

21

22 Hazai ültetett bükkös biomassza-tömegének energetikai hasznosítása a teljes életciklus alatt - Energia-INPUT (Scheibenhoffer M. 2013)

23 A biomassza energetikai hasznosítása (Bakony): a szállítás és feldolgozás energiaigénye a kinyerhető energia függvényében a teljes életciklus alatt (Forrás: Scheibenhoffer M. 2013)

24 EROEI bakonyi bükkerdőre számítva (Forrás: Scheibenhoffer M. 2013) Erőművi hasznosítás: km-es ráhordási távolság esetén: Bakonybél Ajka távolság Pellet készítés és égetés: 10 (a nemzetközi szakirodalom szerint 13) Háztartási hasábtüzelés: 32 (a nemzetközi szakirodalom szerint 14-40)

25 Energiaerdő bruttó 5-10 t/ha/év (hagyományos erdőgazdálkodáshoz képest 2-3x biomassza-hozam, de ebből az energiabefektetés kivonandó!) Az erdőtörvény hatálya alá tartozó erdőgazdálkodási művelési ág, kizárólag energiafa kitermeléssel - telepítés dugvánnyal - nagy tőszám - gyérítés 4-5 éves korban - végvágás legalább 15 éves korban - talajelőkészítés és új telepítés (fosszilis erőforrás bevitelével!!)

26 Előnyei Marosvölgyi B. szerint sok faj, sok termőhely jöhet számításba Gyulai I. szerint csak fűz; akár elárasztott területeken is nevelhető energiaerdő; egy telepítés, több betakarítás; az energiaerdő élettartama nagyjából megegyezik a fűtőmű élettartamával (kb. 25 év); nagy energiahozam ( GJ/ha/év) - Gyulai szerint 80 GJ/ha/év; mezőgazdasági holtidényben is lehet betakarítani ennek elhalasztása nem okozza a termés elvesztését; a termesztési cél megváltoztatható, ami csökkenti a kiszolgáltatottságot az átvevő felé; az EROEI jobb (10-12) mint a lágyszárúak esetében (6-9).

27 Hátrányai Gyulai I. szerint Monokultúrában szokás művelni; Nyárak és fűzek rosszul tolerálják a szermaradványokat korábbi szántóföldi művelésből; Intenzív művelésben nagy energiaigény extenzív művelésben kevesebb hozam; telepítés előtt totális vegyszeres gyomirtás, utána többször ugyancsak vegyszeres és/vagy mechanikai beavatkozás;

28 Energetikai faültetvény 6-25 t/ha/év (hagyományos erdőgazdálkodáshoz képest 4-5x biomassza-hozam, de magas energiaigény) Mezőgazdasági területként értelmezendők, esetükben az erdőtörvény rendelkezései közül csak az erdőtervezésre, az erdőtelepítésre, az erdő nyilvántartására, ill. a károsító hatások elleni védekezés szabályaira vonatkozó rendelkezéseket kell alkalmazni. Szennyvíztisztításba is integrálható, ha például a szennyvíziszapot hamuval összekeverve juttatják ki: a N-tartalmat 25%-ról 1%-ra képes csökkenteni, a kadmiumot nagy részben képes megkötni

29 Csoportosítható a felújítás jellege alapján sarjaztatásos üzemmód a) 1-5 éves vágásforduló, 5-7 alkalommal; b) 1 éves vágásforduló esetén akár mezőgazdasági gépekkel is betakarítható viszont ebben az esetben a legrosszabb a fajlagos energiafelhasználás (EROEI) c) Akár mezőgazdasági gazdálkodási formába is illeszthető; d) általánosan elterjedt. újratelepítéses üzemmód a) 8-15 éves vágásforduló; b) Erdészeti technológiákat igényel; c) leginkább ott jellemző, ahol a sarjaztatásba bevont fajok nem termeszthetők.

30 HAZAI HELYZET 2007-ben megváltozott szabályozási környezet: 45/2007 FVM rendelet a fás szárú energetikai ültetvények telepítésének engedélyezése, telepítése, művelése és megszüntetése részletes szabályairól, valamint ezen eljárások igazgatási szolgáltatási díjáról; 2340 ha terület betelepítése valósult meg (2013-ig); Egyelőre csak az alábbiak telepíthetők: Nyár (2013-ban 71%) hozama t/ha, élettartama 20 év; fűz (2013-ban 17%) - hozama t/ha, élettartama 25 év, a biodiverzitás szempontjából Gyulai I. szerint csak ez elfogadható; és akác (2013-ban 12%) hozama 6-20 t/ha, élettartama 20 év;

31 Energiaültetvény EROEI = 3-20, átlagosan 14 Erőgépek energiafelhasználása: 43% Talajerő-utánpótlás: 41% Vegyszerek: 9% Ültetéshez használt sarjak: 7% (Forrás: Fiala et al. 2010)

32

33 Forrás: Harmat Ádám szakdolgozat

34 PÉCSI ERŐMŰ november: Szalmával, kukoricaszárral és energianáddal üzemelő 35 MWp és 70 MWth kapacitású berendezés a maga nemében a legnagyobb Magyarországon. A beruházás költsége 24 milliárd forint volt. Az új blokk üzemeltetéséhez évi 240 ezer tonna mezőgazdasági melléktermékre van szükség, ennek beszerzése évi 4 milliárd forintnyi többletbevételhez juttatja a régió gazdálkodóit. A begyűjtés és a szállítás 170, időszakosan pedig további 470 embernek teremt munkalehetőséget. A meglévő fatüzelésű (50 MWp) mellett működik.

35 Fatüzelés gyakorlata kályha egyedi fűtőberendezés: a fűtendő helyiségbe beszállított fűtőanyagot ott helyben égetik el és alakítják át hőenergiává Tűzifa vásárlása, szárítása (erdei köbméter: 1 x 1 x 1,7 ~ q élőnedves keményfa) Szerszámok (pl. fejsze, láncfűrész) Fűtési rendszer távfűtés kazán központi fűtés: a hőenergiát egy külön kazánházban termelik és hőszállítókon keresztül juttatják a fűtendő helyiségek hőleadóihoz

36 Távfűtés

37 Központi fűtés

38 Egyedi fűtés helyiségenként (a tömegnövekedés függvényében) - Jancsikályha - Kandalló - Kandallókályha; - Cserépkályha; - Tömegkályha;

39 Heikki Hyytiäinen 4-5 t - faelgázosítás (eff.:85%) C - contra-flow - cement nélküli kötőanyag - vízmelegítés nincs

40 Lars Helbro 2-3 t (450 db kisméretű tégla, 180 db samott tégla) - centrifugál-szeparátor - vízmelegítés is Ára: DK ~ 2 millió Ft (2006)

41 Szalai Péter tömegkazán áramtermelés

42 NO-TECH bio-szolár fűtés

43 Lágyszárúak

44 SZÁNTÓFÖLDI KULTÚRA (SZÁRÍTVA) EGYNYÁRI NÖVÉNYEK: Rostnövények Rostkender t/ha/év, Olajnövények Repce 4-5 t/ha/év, Napraforgó 2-3 t/ha/év Magas cukortartalmú növények Cukorcirok - Gabonafélék (pl. tritikálé, kukorica )

45 ÉVELŐ NÖVÉNYEK: Miscanthus/kínai nád t/ha/év Első évben nincs hozam (1 m magas), második évben első részhozam (2 m magas), harmadik évben teljes hozam (3-4 m magas) Szarvasi-1 energiafű /Magas tarackbúza/ - 20 t/ha/év

46 Cukorcirok Sümeg, július

47 A szár belső része tartalmazza a magas (15-17%) cukortartalmú levet. A béllé hozama l/ha, cukorhozama 4,2-4,8 tonna/ha, amely 0,6-es szorzóval számolva liter 96%-os alkohol előállítására elegendő. A maghozam 3,5-4,5 tonna/ha, amely az eddigi erjesztési és lepárlási adatok alapján ha-ként további liter 96%-os alkohol előállításának alapanyaga. Összesen hektáronként ~3750 liter 96%-os alkoholhozam. Forrás: Tálas György, agrármérnök - Agroinform szaklap

48 Energianád - Miscanthus milliméter/év a csapadékigénye, de az időszakos vízborítást is elviseli. Az ültetvény vegyszeres növényvédelmére csak az első két évben van szükség. 3. évben tonna/ha energianád betakarítása is lehetséges, mintegy húsz éven keresztül. Aratása december és március közé esik, így más munkák csúcsidejével nem ütközik, a gabona-betakarítás gépei alkalmasak a begyűjtésére.

49

50 A Szarvasi-1 energiafű fontosabb agronómiai tulajdonságai Szárazság-, só- és fagytűrése kiváló, jól tolerálja a szélsőséges termőhelyi adottságokat; Hosszú élettartamú, egyhelyben évig is termeszthető; Hasznosítása évenként történik; A telepítés költsége %-a az energiaerdőének; Termesztésével hazai előállítású energiaforrásokhoz jutunk; Termesztésével új mezőgazdasági főtermék /energetikai - papíripari alapanyag, ipari rostanyag/ jelenhet meg; Az iparilag elmaradott térségekben új iparágak létesülhetnek ha ez a cél...

51 Az energiafű hasznosításának területei Energetikai felhasználás Papíripari felhasználás Ipari rostanyagként történő hasznosítás Építőipari felhasználás Takarmányozási célú hasznosítás Biológiai talajvédelem, talajjavítás

52 VÍZINÖVÉNYEK - ALGÁK (SZÁRÍTVA) Vízkultúra t/ha/év: a napenergiának 5 %-át képesek kémiai energiává alakítani (a kukorica és a repce ezzel szemben csak 1 %-át ) Az algatermesztés nem vesz el a mezőgazdaságtól értékes földterületeket, és ezzel az élelmiszertermelésre nem jelent konkurenciát. Sós és brakkvízben (=elegyesvíz, félsós víz) vagy akár tápanyagban gazdag szennyvizekben is tenyészik. Mesterséges körülmények között is termeszthető CCS-technológia Pántlikafű t/ha/év

53 Pántlikafű (Phalaris arundinacea L.) Évelő, hosszú tarackos szálfű. 4-5 évig hasznosítható. Nagy vízigényű, kozmopolita elterjedésű faj. Termőképessége félintenzív öntözött körülmények között zöld t/ha, intenzív körülmények között zöld t/ha.

54 Energiafű és egyéb lágyszárúak hasznosításának nehézségei szervetlen alkotók tekintetében jelentős különbség a fához képest Magas KCl és SiO2 kálium + szilícium = kálium-szilikát, KCl + H2O ez a hamu összesüléséhez vezet, ragadóssá teszi a salakot Sósav keletkezhet 8-10-szeres mennyiségű hamutartalom

55 A gazdálkodás melléktermékei A kalászosok szalmájának melléktermékhozama ~63%, vagyis 1,5-3 tonna/hektár/év; A kukorica rendelkezik a legnagyobb melléktermék-hozammal, tömegének 90%-a szár és levél - 3,5-5,5 t/ha/év; A napraforgó esetében 1,9-2,0 t/ha/év A repce esetében 4 t/ha/év Szőlő: 2,5-3 t/ha/év venyige

56 Magyarország teljes primer energiaigénye 2010-ben: 1040 PJ

57

58 Pellettüzelés

59 Pelletáló: 25 kg/óra kapacitás 7,5 kw teljesítmény 0,3 kwh/kg energiaigény

60

61 Estimated world wood pellet production (Mio. t) Estimated world wood pellet production (Mio. t)

62 World wood pellet production share in 2013 (Mio. t) World wood Pellet production share in 2013 (Mio. t)

63 World wood pellet demand in 2013 (power heating) in Mio. t

64 World wood Pellet consumption share in 2013 [in mio. t]

65 Top 10 wood pellet consuming countries by end-use in 2013 [in mio. t]

66 Erőművi pellettüzelés Tilbury (UK): 750 MW RWE tulajdonban 2010-ben állították át fatüzelésről 2013-ban teljesen leállították Drax (UK): 600 MW egyelőre 1 blokk! még 2 tervben!

67

68 A szilárd biomassza hasznosításának földrajzi energiagazdálkodási vonatkozásai

69

70 Logisztikai probléma Az optimális erőműnagyság kb MW - kivéve hulladéktüzelés (. Finno (pl. 60 MW-os rendszer esetében t/év biomassza-igény 2 t/ha/év hozammal számolva = 3000 km km 2 terület ~ 31 km sugarú kör teljesen erdővel borítva Erdőborítottság 20% km 2, ~70 km sugarú kör ~ 35 km-ről még érdemes beszállítani (energetikailag)

71 A biomassza az EU hőenergia-termelésében 2001-ben

72 A biomassza a magyar hőenergia-termelésében

73 Kapacitás

74 Megtermelt áram

75 Jogszabályi háttér 22/1998. (VI.26.) KTM rendelet az 50 MWth és az ennél nagyobb hőteljesítményű tüzelőberendezések légszennyező anyagainak kibocsátási határértékeit írja elő. Az új levegőtisztaság-védelmi jogszabály meglévő erőművi tüzelőberendezések esetében 2004-ig türelmi időt biztosít az EU konform kibocsátási határértékek betartására. A rendelet szerint a moratórium lejártával a határértékeket túllépő erőművek tovább nem üzemeltethetők.

76 Biomassza tüzelés a villamosenergiatermelésben Magyarországon Korábban szenes tüzelésű villamos erőművek átalakításával 30% alatti hatásfok!!! (GKM 2007 szerint) Pécsi Erőmű 50 MW p (2012-től +35 MW p szalmatüzelésű); 55% tűzifa; 20% erdei apadékból gyártott apríték; 20% fűrészipari melléktermék; 5% mezőgazdasági eredetű. Kazincbarcikai Erőmű 30 MW, Ajkai Erőmű 20 MW Átalakítás nélkül tűzifa és mezőgazdasági termékek szénnel való együtt-tüzelésére álltak át Tiszapalkonya Mátrai Erőmű Fatüzelésű erőmű Szakoly (Nyírség) 20 MW p nincs kogeneráció (2009 óta)

77 A Vidékfejlesztési Minisztérium környezetvédelemért felelős államtitkárának álláspontja a tűzifa nagyerőműben történő elégetését gazdasági, környezetvédelmi és természetvédelmi szempontok alapján nem támogatjuk, az abból keletkező energiát nem tekintjük zöld energiának.

78 A PANNONPower honlapjáról Számtalan tévhit kering a lakosság körében az erdészeti alapanyagok energetikai felhasználásával kapcsolatban. Sokszor elhangzik például, hogy az erdészetek és a PANNONPOWER közti szerződés miatt az erdészek "letarolják a Mecseket". A valóság ezzel szemben az, hogy az FSC tanúsítvánnyal rendelkező (vagyis igazoltan fenntartható erdőgazdálkodást folytató) erdészeti társaságok esetében rendkívül szigorú szabályok határozzák meg a kitermelhető famennyiséget. A PANNONPOWER az országban elsőként vágott bele saját biomassza termelésébe. Társaságunk 2004-ben döntött egy elsősorban nyárfatermesztésre épülő energiaültetvény kialakításáról: ez a pilot projekt egy 45 hektáros területen indult el. Az energiaültetvények területe azóta a tízszeresére nőtt (450 ha), és jelenleg is zajlik a bővítés. A PANNONPOWER a szalmatüzelés elindításával gyakorlatilag piacot teremt egy olyan terméknek, amelyre eddig egyáltalán nem volt kereslet. Így kitörési pontot kínál a helyi mezőgazdaság számára. Átlagosan Pécs város 70 km-es körzetéből fogadunk majd tüzelőanyagot. Elsősorban Somogy, Tolna és Baranya megyékből érkezik ezek 80%-a, de Horvátországból, Bács-Kiskun és Csongrád megyéből is érkezik majd szállítmány.

79 eltüzelt biomassza, TJ/a Pannongreen Bakonyi Bioenergia Oroszlány Ajka Tiszapalkonya Borsod Mátra

80 Fűtőművek kisebb teljesítménnyel

81 Új projektek Pornóapáti: 1200 kw-os távfűtő mű, fahulladék, 400 lakos, 86 lakás, 11 közintézmény; Dénesfa: fatüzelés, 420 fős település, közösségi ház, évente 1 millió Ft megtakarítás, saját fa ellátás; Örményes: pellet és mezőgazdasági melléktermék, 1260 fő, iskola, 30 % költség megtakarítás,terv saját pelletáló Heves: intézmény fűtés, biomassza tüzelésű fűtőberendezéssel, biomasszát helyben állítják elő Körmend: 5 MW-os fűtőmű, 2000 lakás és közintézmények Szombathely 7,5 MW-os fűtőmű ugyancsak 2000 lakás

82 Hőenergia-termelés problémái Magyarországon Amíg a megújuló bázisú villamosenergia-termelés output oldalon támogatásban részesül, a megújuló alapú hőtermelésnél nincs ilyen támogatás. A hőtermelési célra létesített beruházások ezért általában gazdaságtalanok, és tömeges elterjedésük ilyen feltételek mellett nem is várható. A megtérülés a hőtermelő technológiáknál csak év közötti, sőt a támogatott földgázárak mellett esetenként 50 évet, azaz akár a technológiák élettartamát is jelentősen meghaladó megtérülési időt is elérnek.

83

84 Nemzetközi példák

85 EURÓPA ÉLEN JÁR Biomassza az áramtermelésben térségenkénti bontásban ( )

86 Biomassza az áramtermelésben térségenkénti bontásban (2050-ig) IEA Roadmap szerint

87 Güssing (Németújvár) lakos % of the region of Güssing is covered with wood - sufficient raw material is available for the energy supply of the whole city. About ten years ago the major of Güssing and some other visionary people worked out a concept for the supply of Güssing only with energy from renewable raw material from the region.

88

89 erőműfaelgázosítóaprítéktüzelésűgázmotoros

90 Eskilstuna lakos A város energiahordozó-felhasználása 82% biomassza 13% környezeti hő hőszivattyúval 5% fűtőolaj 2000-ben átadott kogenerációs biomassza-erőmű 71 MW hőenergia 39 MW villamos energia 25 MW füstgázból visszanyert hőenergia SO 2 96 %-ra CO 2 83 %-ra NO X 50 %-ra

91 A távfűtés forrásszerkezete Svédországban Henning, D. - Gebremedhin, A. 2012

92 Svédország távhő forrásszerkezet havonkénti bontásban (2010) Henning, D. - Gebremedhin, A. 2012