Melengető biomassza. Mit? Mennyiért? Gál Balázs Sándor Miskolci Egyetem Miskolc - Magyarország

Átírás

1 Melengető biomassza. Mit? Mennyiért? Gál Balázs Sándor Miskolci Egyetem Miskolc - Magyarország 1

2 Melengető biomassza. Mit? Mennyiért? Absztrakt A fejlődő világunkban a fenntarthatóságnak fontosabb szerepet kellene betöltenie, mint amilyet jelenleg elfoglal. Ez a szemlélet a környezetvédelemben és a klímaváltozás elleni tevékenységben is jelentősebb figyelmet kaphatna, többek között a széndioxid koncentrációjának és emissziójának csökkentése során. A növekvő hőenergia szükséglet kielégítésére javarészben még mindig a fosszilis energiát használó erőművek biztosítják, jelentős széndioxid emisszió mellett. Bár a megújuló erőforrásokra is egyre nagyobb figyelem fordítódik, de ezek részaránya a hazai energia mixben nem éri el a 10 százalékot. Az igények kielégítésére, napjaink technológiai, ökohatékonyságra irányuló újításai mellett már a megújuló erőforrásokra is egyre nagyobb figyelem fordítódik. Napjaink növekvő energia igényének kielégítése, véleményem szerint, csak a fenntartható fejlődés koncepciójának szem előtt tartása mellett lehetséges. A publikációmmal segítséget szeretnék nyújtani a szilárd biomassza hasznosítók számára, hogy az eltérő hasznosítási típusok közül eldönthessék, melyekbe érdemes befektetni. Kulcsszavak: fenntarthatóság, szilárd biomassza, hőenergia, költségek, összehasonlítás Bevezetés Hazánkban a megújuló energiaforrások közül a biomassza a legjelentősebb. A biomassza a megújulók 75 %-át adja, de a teljes energiamixben 10 százalékot jelent. Fizikai megjelenésében rendkívül változatos formában fordul elő. Az összes felhasznált biomasszának, mintegy 90%-át a fa és egyéb szilárd hulladék, 8%-át bio üzemanyagok, 2%-át biogáz teszi ki.(ksh, 2010). Sok kritika is éri a biomassza alapú energiatermelést, mivel az energianövények az élelmiszertermelő területeket csökkentik. Azonban amikor a biomasszáról beszélünk, nem felejthetjük el, hogy nem csak az energianövényeket foglalja magába. Minden biológiai eredetű szerves anyagot biomasszának tekinthetünk, az Európa Parlament (2009) meghatározása szerint. Biomassza helyzete és háttere 2

3 Ahogy az 1.-es ábrán megfigyelhetjük, a leginkább hasznosuló megújuló potenciált, a biomassza adja. A fellelt adatok szerint a megújulók részarányában több mint 75%-át teszi ki a biomassza Ezekhez képest 2012-ben Magyarországon a szilárd biomasszából származó termelés részaránya, a primer energiatermelésben 1,4Mtoe, a hőtermelésben 1,1 Mtoe valamint a bruttó elektromos áram termelés 1,3 TWh volt. Ezzel az eredménnyel EU 27ben a 15. helyet foglaljuk el a termelési rangsorban (Eurobserv er 2013). Ez a tény, jelentősen befolyásolhatja a megújulókhoz való, további hozzá állást. 2% 8% 1%2% Vízerőművi villamos energia 5% Szélerőművi villamos energia Fa, fahulladék, egyéb szilárd hulladék Geotermikus Biogáz 79% Napenergiából előállított hőenergia (225TJ) Napenergiából előállított villamos energia (3TJ) Megújuló kommunális hulladék Bio üzemanyagok 1. ábra Megújuló energiaforrásokból termelt energia megoszlása Magyarországon, energiaforrások szerint (2010) [TJ] Forrás: Saját szerkesztés (ksh.hu adataiból) Véleményem szerint a jövő a megújuló erőforrásoké, de ez nem jelenti azt, hogy csupán egy fajtájával ki lehet elégíteni az összes energia igényt. A megoldást abban látom, hogy az összes megújuló erőforrást figyelembe véve, a környezeti adottságokhoz igazodva alakítjuk ki a megfelelő energia mixet. Így mind a környezetre, mind a gazdaságra pozitív hatást lehet gyakorolni. A környezeti vonatkozásban csökkenthető, sőt megszüntethető a fosszilis energiatermelésből származó emisszió. Gazdasági szempontból több pozitív hatás generálódhat, ha az energiát szolgáltató alapanyagot kisebb vonzáskörzetből sikerül beszerezni. A szállítási költségek csökkenése mellett pozitív hatás lehet a munkahelyek számának növelése, a helyi gazdák támogatása, a helyi infrastruktúra kiépítése. Környezeti hatások 3

4 2. ábra Savasodási potenciálhoz való hozzájárulás erőmű típusonként (kg SO 2 -Equiv) Forrás: Tóthné Szita (2012) A hőenergia előállítás esetén sok savasodást okozó anyag kerülhet a légkörbe. Ezek közül leginkább a kéndioxidot szokták megjegyezni. A 2. ábra a különböző energiaforrások használata esetén az egységnyi energiára jutó légkörbe került kéndioxid arányát mutatja. Példák a tüzeléses hasznosításra: Lágyszárú biomassza égetése Pécset szalmatüzelésű erőművel 31 ezer lakást és 450 intézmény hőigényének mintegy 60%-ban fedezi. Ez a teljesítmény kiegészül a faapríték alapú biomassza blokk által termelt hő mennyisséggel így. Pécs az első olyan nagyváros hazánkban, ahol a távfűtéshez szükséges hőenergiát, csakis biomasszából állítják elő. A szalma mennyiséget km-es körzetből vásárolják, ami csupán a megtermelt 7 millió tonna mezőgazdasági mellékterméknek a 3,5%-a. (Pannon Power 2011) Fás szárú biomassza égetése Miskolcon üzembe helyezett 3MWos teljesítményű erőmű éves szinten 4500 t fa aprítékot használ fel, ezzel 1100 lakás éves hőenergia mennyiségét 4

5 tudja fedezni. Ez földgázban m 3 -t jelentene fűtésszezononként. A beruházás összköltsége 780 millió Ft volt. 85%-os névleges hatásfokkal rendelkezik, a távhő vezeték hossza 0,85km. (Méhn 2010) Fás szárú biomassza: Szállítás Letermelés Szárítás Szállítás Tüzelés Aprítás Lágy szárú biomassza: Letermelés Szárítás Tömörítés Szállítás Tüzelés Szekunder biomassza: Tömörítés Összegyűjtés Szárítás Aprítás Szállítás Tüzelés 3. ábra Biomassza típusok, energiatermelésre való előkészítésének leggyakoribb eljárás folyamatai. Forrás: Saját szerkesztés Tüzelőanyag választás A megfelelő tüzelőanyag kiválasztása függ a felhasználásra való alkalmasság eléréséhez szükséges lépések és lehetőségek mennyiségétől. A 3. ábra, a teljesség igénye nélkül próbálja szemléltetni a leggyakoribb felhasználáshoz szükséges állomásokat. A legbonyolultabb hálózat a szekunder biomassza esetén figyelhető meg. Itt a legtöbb a választási lehetőség. A tüzelőanyag beszerzési ára jelentősen befolyásolhatja a végső döntést. Például a 30%-os nedvességtartalmú (tüzelésre kész) faapríték piaci ára Ft/t között mozog (Treevolution Kft, Azonban ha van rá 5

6 lehetőség hogy saját részre előállítsák, jelentősen olcsóbb. Ahogy az 3. ábrán is látszik, a legegyszerűbb előállítási vonala a lágyszárúaknak van. 1. táblázat Költség kalkuláció, fás szárú biomassza betakarításra (2014) Fás szárú biomassza Termésátlag élőnedves tömege t/ha betakarítás időpontjában Átlagos betakarít ások ciklusa Szekunder 3,5 1/év Sarjaztatásos tech. Hengeres e. ültetvény (keményfa) Hengeres e. ültetvény (puhafa) Telepítés költsége faanyag nélkül Ft/ha - Kézi vágá s Ft/t * Betakarít. gépi manuális Ft/ha /év (500m 3 ) 225 (250m 3 ) 15 évente 15 évente Aprítás Ft/óra (14m 3 /h) (0,25óra) (8 óra) (36 óra) (18 óra) Saját szerkesztés (Forrás: Silvanus Csoport Kft., Ivelics 2008, Juhász 2003) A növényi eredetű biomassza felhasználás formái Vég költség Az alapanyag igen változatosak lehetnek eső sorban erre a célra leginkább a speciális energetikai célra keresztezett fajták, az erdészetekben nevelt keményfák, erdészeti, kertészeti, mezőgazdasági növényi eredetű hulladék. Az 1. táblázat bemutatja a fás szárú biomassza, tüzeléshez való alkalmassá tételéhez szükséges legfontosabb lépések költségeit, közelítő jelleggel. 2014es adatok alapján, 1 hektár fásszárú energia ültetvény telepítése 220,000 Ft-ra jön ki. A faanyag költsége szándékosan maradt ki a felsorolásból mivel számos tényezőtől függ. Befolyásolja a piaci ár, a választott technológia mivel a tőszám e tekintetben, igen széles körben változhat. Ahhoz, hogy tüzelésre kész állapotra hozzuk a faanyagot minimálisan 30%-ra kell csökkenteni a nedvesség tartalmat, kemény fák esetében a sűrű fa szerkezet miatt 50%-os kiindulási nedvesség tartalommal számolunk, puha fák esetén, az átlagos víztartalom mintegy 60%, fás szárú szekunder és sarjaztatásos alapanyagnál pedig 40%-os a kiindulási nedvességtartalom (Silvanus Csoport Kft. 2014). A lágyszárú biomasszák között akárcsak a fás szárúaknál megkülönböztethetünk, primer illetve szekunder biomasszát. A primer lágyszárú biomassza tekintetében nincs akkora különbség a művelés folyamatok és a betakarított termésmennyiség között, mint a fás szárú esetén. Egyike a legjobban hasznosítható fűtőanyagoknak általában alacsonyabb nedvesség 6

7 tartalom jellemzi, mint a fás szárú biomasszákat. Szintén előnyt jelenthet, hogy igen gyorsan termelődhet újra. Általánosságban elmondható hogy egy hektár lágyszárú ültetvény kialakítása és fenntartása a legalapvetőbb eljárásokat figyelembe véve mintegy 87000Ft-ra jön ki. A kalkuláció során a bálázáshoz szükséges költségeket vettem figyelembe. A tüzeléses hasznosításhoz, nem szükséges a brikettálás, azonban bálázni a szállítás megkönnyítése miatt szükséges. 2. táblázat Kezelési költségek kalkulálása a lágyszárú biomassza esetén * Termés átlag t/ha/év Betakarítások száma Kaszálás +Rendsodrás (betakarításonként) Ft/ha Telepítési költség Ft/ha NB. ** db/ha NB Ft/ha Összesen NBvel kalkulálva Szántóföldi szekunder Energia fű (Szarvasi-1) (rendsodrás) x Energia nád x **NB = nagy bálává való összesítése: kg/bála (aláhúzottal számoltam) Forrás: Mit, mennyiért? A számítás során, figyelembe vettem az átlagos hozamot (t/ha) valamint a betakarítás és az aprítékolás (ezt a lépést azért kell költségként, mivel a gyakran alkalmazzák viszont a tüzeléskor való hasznosításnak nem feltétele), költségeit. A számítás során minden esetben 1 hektáron képződő biomasszából indultam ki és Ft/tonna értékre kalkuláltam az egység árat a könnyebb összehasonlítás miatt. Az előállítás egységárának kalkulálására a következő számítást alkalmaztam: [ENT(t)] [Bk(Ft t vagy Ft/ha)] + [Tk(Ft)/Bsz] + Ek (Ft) Tb tömeg(t) = Tb (Ft t/ha) ENT = Élőnedves tömeg (hektáronként betakarítható mennyiség) Bk = Betakarítás költségei Tk = Telepítés költségek (1. és 2. táblázat alapján) Bsz = Betakarítások száma újratelepítés nélkül (db) Ek = Egyéb költségek (bálázás, aprítás, művelési költségek) Tb = Tüzelhető biomassza 7

8 A költségek jobb összehasonlíthatósága miatt, a költségeket Ft/MJ-ra is átszámítottam. Fás szárúak költségei Szekunder biomassza esetén: ~800Ft/t 0,053Ft/MJ az előállítás költsége. Nem kell figyelembe venni, az előzetes telepítési költséget, a munkadíjat, mivel nem az energiatermelés az elsődleges cél, és ezeket a feladatokat mindenképpen szükséges elvégezni. Kevés technológiát igényel. Egy területen viszonylag kevés biomassza keletkezik, így a szükséges mennyiség előállításához nagyobb terület szükséges. Ez a legolcsóbban előállítható tüzelő anyag. Sarjaztatásos technológia: 90 t a hektáronként, keletkezett tüzelhető anyagmennyiség (30%-os nedvesség tartalom) ~4400Ft/t 0,29Ft/MJ az előállítás költsége. Folyamatos ellátottság jellemzi ezt a típusú biomasszát. A nem hasznosított vagy művelés alól kivont illetve alkalmatlan területek hasznosíthatóvá válnak. Hátrányban van a hengeres ültetvények jó faanyag/kéreg arányával szemben. Hengeres kemény energiafa ültetvény: A várható a tüzelésre alkalmas hengeres keményfamennyisége 400 t hektáronként, ez 4700 Ft/t 0,31Ft/MJ egységárat jelent. Jó a kéreg: faanyag arány, betakarításonként nagyjából hatszoros anyagmennyiségre lehet, számítani, mint a sarjaztatásos technológiánál, elég lehet az alacsony gépesítés. Nem szükségszerű aprítani (pl.: lakossági felhasználás esetén.) Hengeres puha energiafa ültetvény: 157,5t tüzelésre alkalmas apríték várható ~6700 Ft/t 0,45Ft/MJ az előállítási egységár. Lágyszárúak költségei Szántóföldi melléktermék: ~4400Ft/t 0,31Ft/MJ egységár mellett ez az egyik legolcsóbban előállítható tüzelőanyag. A mennyisége területegységenként változó lehet, mivel ismertek olyan eljárások, amelyek során a szántóföldi biomassza hulladékot, baktériumos átalakítás után tápanyag utánpótlásra használják. Energiafű: ~8300Ft/t 0,48Ft/MJ nagyon sok pozitív tulajdonsága mellet, meg lehet említeni negatívumot is, ilyen többek között, hogy a hamu szerkezetének köszönhetően szűkülést illetve lerakódásokat okozhat a kazánokban. Energianád:~10000Ft/t 0,6Ft/MJ Alkalmas arra, hogy a rendszeres vagy időszakosan vízben álló területeket energetikailag hasznosíthatóak legyenek. 8

9 A legstabilabb ellátást az a lágy szárú szekunder biomassza, az energia fű és a sarjaztatásos technológia biztosítja. A legköltségesebb termelési ág a felsoroltak közül, a hengeres puhafás energia ültetvény, azonban költségek szempontjából megegyezik a piaci árakkal. Összegzés A technológia és tüzelőanyag megválasztását nagy körültekintéssel kell végezni. Rengeteget számít a környező területek minősége és mezőgazdasági beállítottsága. Amennyiben lehetséges, szükséges a leendő beszállítókkal szerződést kötni a folyamatos ellátást szem előtt tartva. véleményem szerint a jövő energiaigényének jelentős részét a biomassza valamilyen formája fogja adni. Azonban a teljes ellátottsághoz szükséges az összes megújuló erőforrást kiaknázni. Ennek az energia mátrixnak egyik szeletét próbáltam bemutatni. Felhasznált szakirodalom Agroinform Apróhirdetés ( ) Az Európai Parlament /28/EK Irányelve a megújuló energiaforrásból előállított energia támogatásáról, valamint a 2001/77/EK és a 2003/30/EK irányelv módosításáról és azt követő hatályon kívül helyezéséről; Az Európai Unió Hivatalos Lapja 2009/6/5 27. oldal Dr. Ivelics Ramon Energetikai faültetvények telepítésének és betakarításának gépesítése; Pusztamagyaród; ( ) EurObserver The state of renewable energy in Europe Gold Brikett Kft Faapríték árlista; ( ) INNTEK Nonprofit Kft. Lágyszárú energianövények; mid=121 ; ( ) Juhász György Nyesedékek energetikai potenciálja Debrecen agglomerációjában, MSZET kiadványai No 2. DEMFK Általános Géptan Tanszék; Debrecen 9

10 Központi Statisztikai Hivatal Megújuló energiaforrásokból termelt energia, energiaforrások szerint (1995 ) ( ) Méhn Imre Megújuló energia a távhő jövője - A biomassza hasznosításának gyakorlati tapasztalatai, lehetőségei; MATÁSZSZ szakmai konferencia: Pannonpower Holding Zrt Magyarország legnagyobb szalmatüzelésű erőműve; Pécs; Pannonpower Holding Zrt. Silvanus Csoport Kft Betakarítás; ( ) Tóthné Szita Klára Az energiatermelés- és fogyasztás környezeti összefüggései in: Buday_Malik A., Győrffy I., Nyiry A., Roncz J., Szép T., Tóthné Szita K., Energiagazdálkodás és fenntarthatóság. Miskolci Egyetemi Kiadó Treevolution Kft. Faapríték ( ) VM ASzK Pétervásárai Mezőgazdasági Szakképző iskolája és kollégiuma Gépi Bérmunkák szolgáltatási díjai március 19-től; 66:mezgazdasagi-szolgaltatasok&catid=37:szolgaltatasok&Itemid=81 ( ) 10