Légköri erőforrások A biodízel,, a bioetanol és a biogáz Biogáz A biogáz a szerves hulladék egy részének átalakítása anaerob erjesztés révén gáznemű energiahordozóvá. Oxigéntól elzárt térben, un. Metánbaktériumok jelenléte esetén a biogáz képződés önmagától végbemegy. Biogáz előállításra alkalmas anyagok: szerves trágya, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok, növényi maradványok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek Kivétel: a szerves vegyipari termékek 1
Hasznosítási technológiák Bio-olajok olajok Bio-olaj Szuperkritikus gázfejlesztés Hő Elektromos energia Hajtóanyag Kémia anyagok Pirolízis Biogáz Égetés Működő Gázosítás Bio-olaj előállítás Demonstrációs fázis K + F kazánok kombinált égetés Diesel motorok Turbinák Stirling bojler Hidrogén Metanol, Fisher- Tropsch hajtóa. trágya ecetsav ízesítő szerek ragasztó vegyipari alapanyagok Gázosítás Biomassza gázosítása: zárt térben, magas hőmérsékleten szilárd biomasszából éghető gáz nyerhető A keletkező gázkeverék alkotói: metán, CO 2, CO, H 2, vízgőz, nitrogén, valamint kevés szén, hamu és kátrány. Biogáz-gyártási gyártási eljárások: Anaerob módon (mikrobák segítségével): Nedves Nedves (sz.t.. 2 8%, 2 sz.a.. 40 60%) Félszáraz (előre elkészített recept) Pirolízis Autoterm (levegő) Alloterm (gőz) (típusai: pirolízis-,, szintézis-,, generátorgáz) Az előállítás hőmérsékleti tartománya: +4 - +98 C tartományai: pszichofil zóna, z környezeti k hőmérsh rsékleten üzemelő biogáz z technológi giák, mezophil zóna, z a +28 - +36 C, termophil zóna, z a +48 - +53 C C közöttk Biogáz Ezek a hulladékok levegőtől elzárt, úgynevezett anaerob körülmények között, 38 C-os hőmérsékleten baktériumok segítségével fermentálódnak. A fermentáció során nagy mennyiségű biogáz (CH 4, CO 2 ) keletkezik, melynek energiatartalma, mintegy 2/3-a a (23 MJ/m 3 ) a földgáznak. A biogáz gázmotorban elégetve villamos és hőenergia termelésre hasznosítható. A fermentáció során a patogén baktériumok és gyommagvak elpusztulnak, így a mezőgazdaság számára kiváló, tápanyagban gazdag biotrágya jön létre. 2
Pirolízis A keletkezett biogáz A pirolízis során a szerves anyagok az elégetéshez nem elegendő levegő jelenlétében, 450-600 O C ra hevítve, az atomok gyors mozgásának következtében szétesnek biomassza Elsődleges termékek Gázok Szerves gőzök Bio-olaj kátrány Faszén kondenzáció átlagos fűtőértéke: 22 MJ/kg összetétele: CH 4 (60-70%), CO 2 (30-40%), mellékgázok (H 2 ; CO 4%, H 2 S, O 2, N 2 ) A kinyerhető metán mennyiségét befolyásoló tényezők: a kiindulási szerves anyag összetétele, a biogáz-erjeszt erjesztő berendezés s műszakim színvonal nvonala, az alkalmazott erjesztési si technológi gia, a szárazanyag razanyag-tartalom, az erjesztő tér r hőmérsh rséklete és egyéb b mikrobiológiai feltételek. telek. Szuperkritikus gázosítás A szuperkritikus vizet : 221 bar feletti nyomáson 374 o Chőmérséklet feletti vízből kapunk. Ilyen körülmények között a víz oxidáló hatásúvá válik és megváltoztatja szubsztrát szerkezetét: A víz molekulák O atomjai a szubsztrát C atomjaival CO 2 -ot képeznek A víz és a szubsztrát H atomjai H 2 t képeznek A biomassza szuperkritikus vízben történő kezelése a szerves anyagok üzemanyagokká alakíthatóak és könnyen elválaszthatók a vízfázistól szobahőmérsékletre történő hűtéskor. Az előállított magasnyomású gáz igen gazdag hidrogénben. Biogáz-előállító telep felépítése Minden egyes biogáz-telep alapvetően három részből áll: - Fermentáló: A biológiai folyamat színtere. Légmentes lezárása után üzemihőmérsékletre kell melegíteni (többnyire 35-40 C). - Gáztározó: A biogáz felfogására és közbenső tárolására szolgál. Itt általában megtörténik a biogáz részleges tisztítása is. - Gázhasznosító: A biogázt fűtőkazánokban, ill. blokkfűtő-kazánokban kazánokban lehet felhasználni. 3
A biogáz hasznosításának lehetőségei településen belül: fűtés, főzés, melegvíz-előállítás, előállítás, stabil munkagépek közvetlen hajtása, villamosenergia-termelés, és a termelt áram felhasználásra, világítási célokra, vagy ipari munkagépek hajtására nagy gáztermelő telepeken: felhasználás közvetlenül gázenergia-formában, eltüzeléssel, gázból villamosenergia-termelés, gáztisztítás és mosás után a földgázhálózatba való betáplálás, folyékony motorhajtó üzemanyag (metanol) előállítása településen lévő ipari hasznosítás: istállók fűtése, mezőgazdasági hűtőberendezések üzemeltetése, terményszárítás, növényház, üvegház, fóliasátor fűtése, élelmiszeripari üzemek energiaellátása biogáz földgáz minőségűre történő átalakítása biogáz-tárolás végrehajtása robbanó motor hajtása villamosáram-termelés a termelt biogáz egész évi optimális szétosztása Gazdasági előnyök: sokoldalú hasznosítási si lehetőség, jelentéktelen az emisszió, hulladékok és s mellékterm ktermékek kek hasznosítására ad lehetőséget, hulladékt ktárolóknál, szennyvíz-telepeken képződő gázok hasznosítása, sa, Környezetvédelmi előny nyök: Hulladéklerak klerakóink többst bbsége alkalmatlan biogáz-termel termelésre, Igen magas befektetési költsk ltségek, Rövid távon t nem nyereséges ges, Energiatartalma alacsony A nyírbátori üzem paraméterei Felhasznált alapanyag: 300 t/nap Fermentáció: 38 o C-on 24 nap 55 o C-on 24 nap Biotrágya tárolás: 120 nap Összes műtárgy térfogat: 27 000 m 3 Keletkező biogáz mennyiség: 10 000 m 3 /nap Villamos energia termelés: 21 000 kw/nap Így épült! Példa Magyarország biomassza potenciáljára: A hulladékképződés várható alakulása (Országos Hulladékgazdálkodási Terv) alapján az ebből előállítható biogáz és villamos energia mennyisége Hulladék típusa Mg.-i és élelmiszeripari 2000. 5,0 2005. 5,0 2008. 3,0 Települési szilárd hulladék ( ( 50 %) 2,3 2,4 2,6 Települési folyékony 5,5 5,2 4,6 Szennyvíziszap 0,7 1,1 1,5 Mg.-i és erdőgazdasági maradványok 28,0 30,0 32,0 ÖSSZESEN (millió t) 41,5 43,7 43,7 Biogáz termelés (milliárd m 3 ) 6,6 6,9 6,9 Nyerhető összes villamos energia(milliárd kw) 13,2 14,8 14,8 Értéke (milliárd Ft) 238 266 266 Erőművi kapacitás (MWh( MWh) 1500 1690 1690 4
Folyékony biogén energiahordozók Fajtái: alkoholok olajok, zsírok Felhasználási terület fűtőanyagok hajtóanyagok Alkoholok magas cukortartalmú növényi (cukor, keményítő) legtöbbször etilalkohol v. metilalkohol előállítása történhet Cukor kivonásával és fermentációval, alapanyagokból Keményítő hidrolízisével és fermentációval, Cellulóz hidrolízisével és fermentációval Éghajlat Termesztéstechnológia Gépesítés További lehetőségek Alapanyagok: Cukornövények: cukorrépa, cukornád, melasz, maláta, édescirok Keményítő tartalmú növények: burgonya, kukorica, rozs, búza, zab, rizs, árpa, csicsóka Cellulóz alapanyagú melléktermékek: napraforgóhéj, kukoricacsutka, búzaszalma, fahulladékok Cukorrépa Megfelelő (csapadékmenny. kevés) Korszerű Burgonya Megfelelő Kidolgozott, jó színvonalú Kukorica Búzaárpa-rozszab Édescirok Rizs Jó (az aszályos évek kivételével) Jó színvonalú színvonalon megoldott Rendelkezésre áll színvonalon megoldott színvonalú Megfelelő A termőterület növelése Jelenleg főleg nagyüzemi méretekre szabott A termőterület növelése Talajerő-utánpótlás növelése; értékesítési gondok megoldása Kukorica termesztésére alkalmatlan, gyengébb termőképességű talajokon lehetséges. Aránylag kis ráfordítással kinyerhető az alkohol, a visszamaradó növényi rész pedig takarmányként hasznosítható. Jelenleg csak kísérleti jellegű technológia. A termelés feltételei csak kis területen megoldottak, nagy ráfordítást igényel, így nem versenyképes. A termelés növelésének nincs reális lehetősége Végtermék - motorhajtóanyagok: Növényi olajok, zsírok Bioetanol Bioetanol Korlátozó tényezők: Motorok szerkezeti átalakítása Kisebb Kisebb energiatartalom nagyobb mennyiség Σ: önmagában nem, csak benzinnel elegyítve használhat lható Biometanol Csak Csak benzinnel keverve használható Csak Csak ott termelhető, ahol sok a mg. hulladék, és kevés a fosszilis energiahordozó Biometanol olajosnövényekből,, vegyi átalakítással nyerhető üzem- és fűtőanyagok fűtőértékük magas: 36,4-43,6 43,6 MJ/kg a keletkező melléktermék is hasznosítható 5
napraforgó -> > napraforgóolaj repce -> > repceolaj, repcemetilészter szója egyéb Felhasználás - előállítás: Motorhajtóanyagként: Vegyi átalakítás után Adalékolva + hidegkeveréses eljárással Hagyományos hajtóanyaghoz keverve Környezeti előnyök csökken kkenő közlekedési eredetű károsanyag-emisszió a városi levegőminőség javulása Gazdasági előnyök megújul juló energiaforrás, rendszeres és s biztos termelés, általában olcsóbb, mint a fosszilis üzemanyagok, rövid távon t is profitot termel, magas termésátlag, tlag, hagyományok, a mezőgazdas gazdaság g prioritása, a termelés és s hasznosítás s területileg integrálhat lható, a kapcsolódó iparágakra (vegyipar( vegyipar, mezőgazdas gazdasági gi gépgyártás, stb.) gyakorolt pozitív v hatás, vidékfejleszt kfejlesztés Hátrányok termelése korlátozott - vetésforg sforgó motorok átalakítása szüks kséges, konkurrencia más s energiaforrásokkal hiányzik a megfelelő kormányzati támogatottság, g, ismertsége viszonylag alacsony, NO x -,, esetenként nt a CO-kibocs kibocsátás s magas 6
Nemzetközi tendenciák biomassza-felhasználás EU-15 Ausztria Németország Franciaország Dánia Európán kívül Brazília Közösségi tűzifa-programok Villamos energia (TWh) Hõenergia termelés (ezer toe) 1990 1995 2000 2005 2010 1990 1995 2000 2005 2010 Támogatás nélküli alaphelyzet (EU-12): Erdészeti 1.05 1.07 1.10 1.11 1.13 1679 1710 1759 1783 1802 hulladék Energia erdõk 0.00 0.31 1.20 5.63 9.69 0 140 545 822 988 Mg. száraz 1.96 2.85 5.00 7.50 8.73 367 534 938 1407 1637 Mg. folyékony 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 7 7 7 7 7 Bio-hajtóanyag 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0 0 BIM összesen: 3.04 4.26 7.33 14.28 19.59 1717 1779 1908 2006 2065 MEF összesen: 191.0 217.7 251.1 274.2 289.8 2089 2274 2563 2918 2988 BIM/MEF,% 1.6 2.0 3.5 5.2 6.7 82.3 78.2 74.4 68.7 69.1 Tényleges Tervezett Villamosenergia Hõenergia 1995 1995 2010 2010 1995 2010 1995 2010 MtOE % MtOE % TWh TWh MtOE MtOE Összes energiaigény 1366.0 100.0 1583.0 100.0 2366.0 2870.0.... (EU-15): Megájuló energia (EU- 74.31 5.44 182.00 11.50 337.0 675.0 38.7 80.0 15): Szélenergia 0.35 0.02 6.90 0.44 4.0 80.0 0.0 0.0 Vízierõmûvek: - nagy erõmûvek 23.20 1.70 25.80 1.63 270.0 300.0 0.0 0.0 - kis erõmûvek 3.20 0.23 4.75 0.30 37.0 55.0 0.0...0.0 Napenergia: - napelemek 0.002 0.00 0.26 0.02 0.03 3.0 0.0 0.0 - kollektorok 0.26 0.02 4.00 0.25 0.0 0.0 0.26 4.0 - passzív szolár 0.00 0.00 (35.0) (2.20) 0.0 0.0 0.0 (35.0) Geotermikus: - villamosenergia 2.10 0.15 4.20 0.27 3.5 7.0 0.0 0.0 - hõenergia 0.40 0.03 1.00 0.06 0.0 0.0 0.4 1.0 Biomassza 44.80 3.28 135.00 8.53 22.5 230.0 38.0 75.0 Megújuló energia részaránya Megújuló energia részaránya Ország 1995 2010 Ország 1995 2010 % % % % Svédország 24.7 25.4 Olaszország 5.3 5.5 Ausztria 22.1 24.3 Németország 1.7 1.8 Finnország 18.9 21.3 Írország 1.6 2.0 Portugália 17.6 15.7 Hollandia 1.3 1.4 Görögo. 7.1 7.3 Luxemburg 1.3 1.4 Dánia 6.4 7.3 Belgium 1.0 1.0 Franciao. 6.4 7.1 Egyesült 0.5 0.7 Királyság Spanyolo 6.7 5.7 EU-15átlaga 5.0 5.3 7