1. melléklet e-tudomány Zöld Különszám beérkezett és elfogadott cikkei (teljes terjedelemben)
Vavrik Antal - Ács Tibor - Kovács Gábor - Eörsi-Tóta Gábor 1 Szilárd biomassza gyakorlati energetikai hasznosítása A környezetvédelemre-, a primer energiahordozók struktúrájának megváltoztatására- és a munkahelyteremtésre irányuló törekvések miatt összhangban az EU-s célkitűzésekkel egyre nagyobb hangsúlyt kap hazánkban is a biomassza energetikai hasznosítása. A biomassza energetikai hasznosítását szén-dioxid kibocsátás szempontjából közel semlegesnek lehet tekinteni, mivel hasznosítás során a légkörbe kerülő szén-dioxid meghatározó részét az élő szervezetek a légkörből építették be szervezetükbe. A szilárd biomasszák tüzelési célú felhasználásának ugyanakkor gazdasági alapja is van, mert a biomasszák ára versenyképes a földgázzal, vagy más fosszilis tüzelőanyag forrásokkal. A tonnánkénti ár és a minőség nagyon széles határok között mozog(hat), ezért a biomassza tüzelésű projektek esetében is tervezési alapfeltétel a tüzelőanyag hosszú távú rendelkezésre állása, minősége és ára. Hazánkban az elmúlt időszakban több energetikai célú biomassza projekt indult, nem mindegyik jutott el a megvalósulás fázisáig és a megvalósultak sem mindig tekinthetők társadalmilag széles körben elfogadottnak és sikeresnek, bár a létesítmények részben az igénybe vett és vehető támogatásoknak köszönhetően - jelenleg is többnyire gazdaságosan működnek. Az MVM ERBE Zrt. (ERBE) a biomassza tüzelésű projektek tervezésében és megvalósításában eddig is jelentős szerepet töltött be. Az ERBE úgy találta, hogy hasznos, ha eddigi tapasztalatait és a jelenlegi szabályozási környezet nyújtotta lehetőségeket összefoglalja és hozzáférhetővé teszi, azzal a céllal, hogy hozzájáruljon a társadalmi elfogadottság növeléséhez. 1 A szerzők az MVM ERBE ENERGETIKA Mérnökiroda munkatársai: Vavrik Antal vezérigazgató, Ács Tibor gépésztechnológiai vezető szakértő, Kovács Gábor osztályvezető, Eörsi-Tóta Gábor gépésztechnológiai vezető szakértő. www.e-tudomany.hu 2009 I - 1
A hazai, energetikai szempontból tüzeléssel hasznosítható potenciális biomassza mennyiség tűzifából, energetikai célból termesztett növényekből, erdészeti- (vágástéri apadék), mezőgazdasági- (szalma, kukoricaszár,) és állattartási (szárnyas trágya) hulladékokból tevődik össze. Az utóbbi években gyakorlatilag a tűzifára alapozott energiatermelés jelentette a biomassza energetikai felhasználását hazánkban. A tűzifa alapú energiatermelés hazánk erdőállományát figyelembe véve jelentősen nem növelhető. A Nemzeti Megújuló Stratégiában megfogalmazott megújuló energia felhasználásra vonatkozó célok alapján kijelenthető, hogy a biomassza alkalmazásának aránya mezőgazdasági struktúraváltást igényel, vagyis a szántóföldi termesztésben az energetikai célú növénytermesztésnek meg kell jelennie. A termesztett biomassza potenciális mennyiségével foglalkozó tanulmányok azonban eltérő adatokat tartalmaznak. Ennek oka, hogy a mezőgazdasági és erdészeti termelés vagy feldolgozás során keletkező hulladékok hasznosítása alacsony szintű, így az sem tisztázott, hogy mekkora mennyiséget kellene termesztéssel előállítani. Jelen cikkben az ERBE elsősorban a jelenleg is megtermelődő, de még nem hasznosított nyersanyagok energetikai célú felhasználási lehetőségeire koncentrált. Az ERBE szerint ezen anyagok felhasználása után lehet megítélni, hogy a Nemzeti Megújuló Stratégiában megfogalmazott célok elérésének érdekében valóban mekkora szántóföldi területeket kell az energetikai célú növénytermesztésbe bevonni. Energetikai szempontból a szilárd biomasszák az alábbiak szerint csoportosíthatók: www.e-tudomany.hu 2009 I - 2
Eltüzelhető biomassza Tüzifa Termesztett energia növények lágy szárú növények (pl.: energianád, energiafű, stb.) fás szárú növények (pl.: energia erdő, energia ültetvény) Hulladék kommunális hulladék, erdészeti hulladék, (pl.: vágástéri apadék,) növénytermesztési hulladékok (pl.: szalma, kukoricaszár, stb.) állattenyésztési (pl.: csirke trágya) ipari hulladékok (pl.: fűrészpor) A fenti nyersanyagokat felhasználó technológiákat energetikai hasznosítás szempontjából a következők szerint lehet csoportosítani: közvetlen égetés (kazán): kondenzációs villamos energia termelés, kapcsolt villamos energia termelés, ellennyomású gőzturbinával megvalósítva, elvételes kondenzációs gőzturbinával megvalósítva, hő termelés, tüzelőanyag átalakítás: üzemanyag gyártás (bioetanol üzemek), fizikai eljárással történő átalakítás: elgázosítás (gázmotoros hasznosítás), pirolízis (dieselmotoros hasznosítás) biológiai eljárással történő átalakítás (anaerob biodegradáció) biogáz üzemek (mezőgazdasági hulladékok gázmotoros hasznosítása) szennyvíztisztító üzemek (gázmotoros hasznosítás) hulladéklerakók (gázmotoros hasznosítás) www.e-tudomany.hu 2009 I - 3
Jelen cikkben vizsgált nyersanyagok (nyesedék, vágástéri apadék, szalma, kukoricaszár) fizikai tulajdonságaiknál fogva elsősorban közvetlen égetéssel hasznosíthatók 2. Erdészeti hulladékok Az erdészetben a bruttó termelés ~20%-a tekinthető hulladéknak, melynek begyűjtése és hasznosítása nem megoldott. A faipari hulladékok (pl. fafeldolgozó üzemekből) nagyobb része azonban már jelenleg is falemez-ipari vagy lakossági hasznosításra kerül. Az ERBE megítélése szerint elsősorban az erdészetekben áll rendelkezésre jelentős kihasználatlan biomassza potenciál. A hazai erdőállomány átlaghozama fafajtáktól függően 3-5 t/ha/év mennyiség között mozog. Ennek a mennyiségnek ~25%-a (0,75-1,25 t/ha/év) jelenleg begyűjtési okok miatt a vágástéren marad. Egy 10 000 ha-os erdészet esetében tehát 7,5-12,5 ezer t/év vágástéri apadék energetikai hasznosításával lehet kalkulálni. Ez a mennyiség az utóbbi évek gépesítésének köszönhetően faapríték formájában juthat el a hasznosítási helyre. Átlagosan 10 MJ/kg-os fűtőértékkel számolva ez a mennyiség 2-3 MW th csúcsteljesítményű fűtési rendszer üzemeltetésére elegendő. Mezőgazdasági hulladékok A mezőgazdaság területén elsősorban a termesztett növények szára (szalma, kukoricaszár) és a kertészeti nyesedékek alkotják a termesztés során keletkező hulladékot. Az ipari feldolgozás folyamán a maghéj, ocsú és az olajpogácsa hasznosítható energetikailag. A mezőgazdasági hulladékok hasznosításáról pontos adataink nincsenek, de elsősorban a szalma és a kukoricaszár jelentkezik olyan mennyiségben, melynek hasznosítása gazdaságos lehet. A kertészeti nyesedékek és az ipari feldolgozás melléktermékei nem jelentkeznek kellően koncentráltan egy energetikai beruházáshoz, ezért ezen melléktermékek keletkezésének helyét, a hasznosítás integrálásának lehetőségeit egy-egy biomassza tüzelésű beruházás során részletesen vizsgálni kell. 2 Ezeknek a szilárd tüzelőanyagoknak akár biológiai úton, akár fizikai úton légnemű, vagy folyékony tüzelőanyaggá alakítása technológiailag megvalósítható ugyan (léteznek ilyen kísérleti, illetve pilot üzemek), azonban vagy a technológiák üzembiztonsága, vagy gazdaságossága egyelőre nem tette lehetővé elterjedésüket. www.e-tudomany.hu 2009 I - 4
A kalászosok szalmájának hozama az ERBE eddigi munkái alapján 2,5-4 t/ha/év mennyiség között mozog. A kukorica szár hozama hasonló érték ~3,5 t/ha/év. Ezek szerint egy 1 000 haos szántóföldről 2 500-4 000 t/év mennyiségű lágyszárú biomassza energetikai hasznosításával lehet számolni. Ez a mennyiség bálázva juthat el a hasznosítás helyére. Átlagosan 14,8 MJ/kg-os fűtőértékkel számolva ez a mennyiség egy ~1-1,5 MW th csúcsteljesítményű fűtési rendszer üzemeltetésére elegendő. A rendelkezésre álló terület alapján az alábbi grafikon segítségével becsülhető a tüzelési teljesítmény. A grafikon nem helyettesíti a pontos energetikai számításokat, azonban jó támpontul szolgál(hat) a potenciális beruházók számára. A grafikonból látszik, minél nagyobb földterület áll rendelkezésre, úgy nő a bizonytalanság a rendelkezésre álló tüzelőanyag, és a hozzá rendelhető tüzelési teljesítmény tekintetében is. Egy energetikai beruházásnál minden esetben hosszútávú együttműködésről van szó, ezért a tüzelőanyag termelőknek, szállítóknak ill. a beruházóknak és tervezőknek javasolt konzervatív megközelítéssel alkalmazni a tüzelőanyag rendelkezésre állására vonatkozó adatszolgáltatásokat. Alapvető követelmény a tüzelőanyagokkal szemben, hogy minél alacsonyabb nedvességtartalmúak legyenek, vagyis magas fűtőértékkel rendelkezzenek. Fontos tulajdonság ugyanakkor, hogy a szennyező anyag tartalom (kén, klór, fluor, nitrogén, foszfor, kálium, www.e-tudomany.hu 2009 I - 5
nehéz fémek) is alacsony legyen, ne legyen szükség költséges füstgáztisztítási technológiára. Fizikai tulajdonságát tekintve cél a minél kisebb méret, hogy a reakció minél könnyebben lejátszódjon. A lágyszárú növények összetétele más, mint a fásszárúaké. Lágyszárú növények eltüzelésekor a fatüzeléshez képest több a salak, nagyobb az NOx és klórtartalom, valamint alacsonyabb a salakolvadási hőmérséklet, ami határérték túllépéshez, vagy többletkorrózióhoz, illetve tüzeléstechnikai problémákhoz vezethet. Általánosságban technikai akadálya a lágyszárú tüzelőanyagok égetésének nincs, azonban kijelenthető, hogy a lágyszárú növények friss zöld állapotban alkalmasabbak a biológiai úton történő biogáz előállításra. Hazánkban széles körben a következő tüzelőanyagokkal lehet számolni: kalászosok szalmája, kukoricaszár, erdészetekből származó faapríték, szárnyas trágya. A biomasszából tüzeléssel történő villamos energia termelés víz-gőz körfolyamatot jelent, ahol a legnagyobb beruházási költség tételt a kazán jelenti. A tüzelőanyag és az energetikai cél (fűtés, villamos energia termelés) függvényében a szükséges kazán technológia kiválasztható. Az alábbi táblázat a kazán típusok és megnevezések között segít eligazodni. Típus Fluid ágyas Rostélyos Tűztér falazat membrán fal membrán fal falazott, Gőzparaméter nyomás 80 bar 60 bar 40 bar hőmérséklet 480 C 450 C 470 C Elsődleges tüzelőanyag fásszárú lágy és fásszárú lágy és fásszárú Tüzelési teljesítmény 15 MW th 15 MW th 20 MW th Körfolyamat hatásfoka 30% 28% 30% Felhasználási terület Villamos energia termelés Villamos energia termelés Villamos energia és hő termelés www.e-tudomany.hu 2009 I - 6
Fontos megjegyezni, hogy hazánkban gyakorlatilag minden nemzetközileg ismert gyártó terméke hozzáférhető, a magyar ipar fel van készülve a kazánok helyszíni összeszerelésére, telepítésére. Az ERBE hasznosnak tartja, ha szakmai tapasztalatait megosztja és a szakmai közönséget tájékoztatja, hogy a beépített villamos teljesítmény függvényében hogyan alakulnak a biomassza tüzelésű erőművek beruházási költségei. Az alábbi grafikon az előkészítési munkák során becsült és megvalósult kulcsrakész erőművek külső kapcsolatok kiépítését is tartalmazó adatai alapján készült. Energetikai beruházások gazdaságosságára a tüzelőanyag árának kiemelten meghatározó szerepe van. Az ERBE által végzett előkészítő munkák tapasztalatainak összegzéseként a következő ábrán feltüntetett tüzelőanyag ár kondíciók teljesülése esetén célszerű szilárd biomassza alapú projekt létjogosultságát részletesebben megvizsgálni. Az ábrán a sötétebb háttérszín a kedvezőbb projekt lehetőséget jelöli. www.e-tudomany.hu 2009 I - 7
A fentebbi ábra az ERBE által különböző projektek előkészítése során elvégzett gazdaságossági számításokon alapszik. Az ábrából látszik, hogy a hatályos jogszabályi környezetben, amennyiben a rendelkezésre álló biomasszát villamos energia termelésre fordítjuk, úgy a támogatott villamos energia ár ellenére a biomasszáért az erőmű üzemeltetője kevesebbet tud fizetni, mint egy fűtőmű üzemeltetője, sőt a tüzelőanyag ár a beszállítók piaci elvárásai alatt marad. A gazdaságos villamos energia termelés feltétele továbbá a magasabb egységteljesítmény, ami nagyobb mennyiségű biomassza rendelkezésre állását vonja maga után. A nagyobb biomassza szükséglet egyrészről várhatóan a szállítási költségeket növeli, másrészről a biomassza mennyiségének növekedésével az ellátásbiztonság rizikója is nő. A villamos energia termelés határát az ERBE a jelenlegi jogszabályi háttért figyelembe véve 20 MW e egységteljesítménynél húzta meg, mivel a 20 MW e egységteljesítmény felett a termelt villamos energia támogatott átvételi ára csökken, az egységteljesítmény túl lépése nem indokolt, mert a gazdaságossági mutatók romlanak, a tüzelőanyag ellátás biztonsága csökken. www.e-tudomany.hu 2009 I - 8
A biomasszából történő villamos energia termelés terjedésének a gazdaságosságon túli, illetve arra kiható akadálya, hogy a hatályos jogszabályi háttér minimum hatásfokokat ír elő 3. A minimum hatásfok megkövetelésével az ERBE szakmai szempontból egyetért, hiszen korunkban nem engedhető meg elavult, rossz hatásfokú villamos energia termelés, ugyanakkor látni kell, hogy korszerű jó minőségű berendezések és technológiák a beruházási költséget növelik. A megnövekedett beruházási költség a gazdaságosságot, vagy a biomasszáért fizethető tüzelőanyag árat rontja. A tiszta biomassza tüzelésre jelenleg előírt 30%-os hatásfokérték egyes esetekben tartható, azonban biztosan csak hőkiadással együtt érhető el. A hőigények vizsgálata - a kapcsolt villamos energia termelés - így létfontosságúvá vált a biomassza tüzelésű erőművek telepítési helyének kiválasztásában. Az ERBE szakmai meggyőződése, hogy a biomasszának fűtési célú felhasználása gazdaságosan megvalósítható támogatás nélkül is, míg a biomassza alapú villamos energia termelés további térnyerése csak a villamos energia ár támogatás megtartása mellett csak egyéb támogatási formák megjelenésével együtt képzelhető el. A biomasszát kistérségi projektként kisipari méretben, célszerűen a tüzelőanyag forráshoz közel, kisebb városok, lakóközösségek vagy mezőgazdasági létesítmények meleg-, vagy forró vízzel történő fűtésére, továbbá alacsony nyomású gőzt használó ipari telepek energia ellátására érdemes felhasználni. Ilyen paraméterű kazánok hazánkban is gyárthatóak, beszerezhetőek. Tüzeléstechnikai szempontból a tüzelőanyagok fizikai tulajdonságait tekintve alapvetően rostély tüzelés javasolható. Természetesen a rendelkezésre álló tüzelőanyag minőségének függvényében elképzelhető portüzelés, vagy fluidágyas kazán is, azonban ezen drága technológiák alkalmazását a hőtermelés paraméterei nem indokolják. Hő igények kielégítésekor alacsonyabb teljesítményekről van szó (<~30 MW th ), ezért az un. füstcsöves kazánok terjedtek el. 3 A minimum hatásfokról a 389/2007 (XII.23) Korm. Rendelet 7. sz-ú melléklete rendelkezik. A rendelet azonban nem fogalmaz egyértelműen, nem tisztázott, hogy az előírt hatásfokot valamilyen időtartamban (havi, éves), vagy garanciális mérés keretében kell teljesíteni, továbbá a hatásfok számításának módja, a hőértékesítés beszámíthatósága sem egyértelmű. Az ERBE javasolja a melléklet egyértelműsítését. www.e-tudomany.hu 2009 I - 9
A tűztér és adagoló rendszer kialakítások közül a hidraulikus adagolóval ellátott mozgó rostély tüzelés javasolt, ami a tüzelőanyag ellátás oldaláról nagy szabadságfokot biztosít. Ezzel a megoldással akár a tervezettől eltérő minőségű és méretű biomasszák is eltüzelhetők. Hasonló kialakítású - meleg vagy forróvíz kazánokra - vannak hazai gyártói kezdeményezések is, ezért ezen technológia elterjedésének hazai munkahely teremtő, megtartó vonzata is lehet. A távhő tekintetében az ERBE csak meglévő távhőrendszer hőtermelői kapacitás kiváltásában/átalakításában lát gazdaságos lehetőséget. A lakosság gazdasági szerepvállalása vagy jelentős támogatások elengedhetetlenek új távhő rendszerek megvalósításához. A nagyobb városok távhőpiacán az elmúlt évek kapcsolt energiatermelés támogatásának köszönhetően, jelentős fejlesztéseket vittek végbe. Az alap hőigényeket korszerű gázmotorral, vagy gázturbinával kapcsoltan termelik. Sok esetben, azonban tartalék, vagy csúcs kazánként megmaradtak a távhőrendszer régi földgáz kazánjai. A biomassza tüzelőanyag egyik lehetséges hasznosítási pontja, hogy ezeket az elavult kazánokat biomassza tüzelésű kazánokra cserélik. Hazánkban a 30 ezer lakos alatti városokban több Önkormányzat működtet 300-500 lakásos távhő rendszert elavult földgáz tüzelésű kazánnal. Ezek a kisebb városok a biomassza forráshoz közel találhatóak és megfelelő piacot jelenthetnek a tüzelőanyag számára. Az alábbiakban pár példát mutatunk be. A korszerű mezőgazdaságban a zöldségtermesztés üvegházakban és fóliasátrakban (továbbiakban: termesztőházak) történik, szaknyelven talaj nélküli zöldséghajtatásnak hívják. Ezen termesztési technológiának legmagasabb költsége az energia, ezen belül a fűtési energia. A hazai termesztőházak elsősorban az energiaköltségeik miatt nem versenyképesek a külföldi termelőkkel. Az elmúlt időszakban több hazai termelő is alternatív megoldásokkal (geotermikus energia, kapcsolt villamos energia termelés) igyekezett a fűtési költségein csökkenteni. A termelőházak fűtési költségeinek egyik csökkentési módja lehet a biomassza tüzelésű megoldás. A nedves fa vetemedésre, repedezésre hajlamos, ezért feldolgozás előtt elengedhetetlen az asztalos ipari munkákhoz szükséges nyersanyag szárítása. A www.e-tudomany.hu 2009 I - 10
hőkezelés továbbá gomba- és kártevő mentesítési célokat is szolgál. A fa szárítása és gőzölése energiaigényes folyamat, mely energia biomasszából fedezhető. A fafeldolgozó telepek hőigénye megawatt-okban mérhető. Kisebb városok külterületein az elmúlt időszakokban megjelentek a helyi cégeknek jelentős infrastrukturális előnyöket kínáló ipari parkok, illetve az áruelosztásban szerepet játszó logisztikai központok. Ezek az épületek általában könnyűszerkezetesek és a raktáraktól kezdve az irodáig különböző célokat szolgáló helyiségek találhatók benne. Az ipari parkok hőigénye a benne található helyiségek céljaitól nagyban függ, de általánosságban elmondható, hogy közeli területekről begyűjtött biomasszával az ipari parkok vagy logisztikai központ fűtése gazdaságosan megoldható. A biomassza alapú hőenergia termelésnek elsősorban a földgáz alapú hőenergia termelés kiváltásában lehet létjogosultsága. Az ilyen jellegű projektek tervezése esetén a következőkre kell fokozott figyelmet fordítani: A projektek tervezése során a berendezés teljesítményét úgy kell megválasztani, hogy az lehetőleg minél nagyobb kihasználással legyen üzemeltethető. A versenyképesség biztosítása érdekében elsősorban olyan telepítési helyszínt kell választani, ahol drágán termelő (jellemzően földgáz tüzelésű) berendezést lehet kiváltani, a lehető legkisebb járulékos infrastrukturális beruházásokkal. Célszerű megtalálni a módját, hogy a CO 2 kibocsátás csökkenés miatt felszabaduló kibocsátási egységek értékesítéséből származó plusz bevételi források legyenek elérhetők. A fentiekből is látható, hogy a biomassza felhasználás paraméterei helyről-helyre változnak, ezért egységes eredményeket megtévesztő lenne közzétenni. Kijelenthető azonban, hogy: kisebb teljesítményű (~3-5MW th ) kazán biomassza tüzelőanyag igénye lokálisan fedezhető, a tüzelőanyag ellátást logisztikai problémák nem lehetetlenítik el, www.e-tudomany.hu 2009 I - 11
a beruházási költség viszonylag alacsony (500 millió HUF alatt), és a hitelező bankok által általában megkívánt önrész egyszerűbben előteremthető, továbbá a hiteltörlesztés költségei sem lehetetlenítik el a projektet, a gázalapú hőszolgáltatás hődíjánál 20%-kal alacsonyabb hődíj elérése reális célkitűzés, ezáltal a biomassza kazánokban termelt hő versenyképessége és áttételesen projekt gazdaságossága biztosítható, megvalósítás időtartama, mely alatt az ERBE az engedélyeztetés időtartamát, a gyártók és a helyszíni kivitelezők versenyeztetését és magát a kivitelezést érti; ~1-1,5 év, a beruházás önrésze 5 éves hiteltörlesztés mellett, a célul kitűzött gázalapú hőszolgáltatás díjánál 20%-kal alacsonyabb hődíj esetén is, az egész éves hőfogyasztás függvényében 5-8 év alatt megtérül, a javasolt teljesítmény nagyság alkalmas nagyobb termesztő-házak (10 000-15 000 m2), kisebb városok (10 000-15 000 fő) meglévő távhő rendszerének korszerűsítésére, fa feldolgozó üzemek vagy ipari parkok központosított hőellátására. Összességében látható, hogy a szilárd biomassza energetikai hasznosítása hazánkban összetett mező/erdőgazdasági, jogi-pénzügyi-műszaki feladat, sok problémával és meglehetősen hosszadalmas időtartammal. A cél és a szándék azonban mindenképpen helyesnek mondható, reméljük sikerült ezen összeállításunkkal is hozzájárulni a biomassza ésszerű energetikai célú hasznosításának társadalmi elfogadásához. www.e-tudomany.hu 2009 I - 12
Horváth Zsuzsanna 1 - Vágvölgyi Andrea 4 - Pintér Csaba 5 - Dr. Marosvölgyi Béla 6 Új szaporítóanyag-előállítási lehetőségek vizsgálata Miscanthus sinensis energianövénnyel A biomassza-bázisú energiatermelés Magyarországon jelentős fejlődésben van. A lakossági és a műi (fűtőmű, erőmű) biomassza-bázisú energiatermelés legfontosabb alapanyaga jelenleg a fa, mely döntő mértékben a hazai tartamos erdőgazdálkodásból származik. A két szektor együtt nagy mennyiségű fát használ fel (több mint 3,0 Mt/év). A további fejlesztésekhez bővíteni kell (2020-ra 6,0 Mt/év) az alapanyagbázist is, ezért napjainkban az érdeklődés középpontjába kerültek az energetikai ültetvények. Ezek létesíthetők fa-, cserje-, és lágyszárú növényekkel. Kísérleteinket a nagyon ígéretes, nemesítéssel honosított, fajtabejelentett Miscanthus sinensis évelő lágyszárúval végeztük. Ez a növény hazánkban magot nem terem, ezért palánták előállítására alkalmas technológiák kifejlesztésével foglalkoztunk. A kísérletek indoklása A Miscanthus rizómával (gyöktörzzsel) rendelkező, a pázsit-fűfélék (Poaceae) családjába tartozó, C 4 -es fotoszintézist folyató növény. Évelő, a humuszos, laza talajt kedveli. Az elárasztást nem tűri, viszont kedvezően befolyásolja fejlődését, ha a talajvíz-szint a tarackokhoz közel található (0,5 m). Rizómákról vagy szövettenyésztéssel szaporítható. Az egyéves növény még fagyérzékeny ezért a telepítést csak a tavaszi fagyok után lehet elkezdeni. A második évben a szármagasság eléri a 1,5-2 m-t, a hozam pedig 7-16 t/ha. Ez az érték a harmadik évben már akár 40 t/ha is lehet. A betakarítást silózóval vagy járvaszecskázóval végzik, majd a felhasználástól függően aprítják vagy bálázzák. 4 Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kar EMKI, Sopron 5 Nyugat-magyarországi Egyetem Kooperációs Kutató Központ Kft. (Ökoenergetika KF), Sopron 6 tanszékvezető, Nyugat-magyarországi Egyetem EK EMKI Energetika Tanszék; a Magyar Biomassza Társaság elnöke www.e-tudomany.hu 2009 II - 1
Fotó: Horváth Zsuzsanna 1-2. kép: Miscanthus energetikai ültetvény Fotó: Marosvölgyi Béla A Miscanthus rizómája rendkívül elágazó, hatékony raktározó rendszert képez. A gyökerek egy része mélyen hatol a talajba. A nagy és mélyre nyúló gyökérzet nem csupán a növény tápanyagellátása szempontjából fontos, hanem jelentős szerepe lehet az ültetvény talajszerkezet- és talajminőség javítása szempontjából is. A növénynek Európában nem ismert kórokozója. A növény hazánkban magot nem terem, ezért csak vegetatív módszerekkel szaporítható. Külföldön két szaporítási mód ismert: a mikroszaporításos, illetve a rizóma-darabolásos. A mikroszaporításos palántanevelés viszonylag drága, a rizómaosztásos módszer pedig technikai szempontból bonyolult, alkalmazhatósága időben korlátozott. A növény hazai nemesítői korábban megoldották a mikroszaporításos, majd a mikroszaporításra alapozott utóneveléses palántanevelést. Új módszert azért kerestünk, mert a növény telepítése (és így a szaporítása) iránt napjainkra nagyon megnőtt az igény, ezért olcsó eljárások keresése továbbra is fontos. Mindemellett a genetikailag legjobb változatok gyors szaporításának módszerét is keressük. A kísérletek bemutatása A kísérleteket a növény azon adottságának kihasználására alapoztuk, hogy az éves hajtások tőrészén kifejlődnek olyan rügyek, melyek alvórügyek, aktiválódásukhoz az szükséges, hogy www.e-tudomany.hu 2009 II - 2
a növény tőrésze (a rizóma-rügyek) valamilyen okból gátoltak legyenek, így új tő létrejöttének alapjául szolgálhatnak. Ezekre a rügyekre alapoztuk a palántanevelést. Ehhez kerestük, illetve meghatároztuk: az alvórügyeknek azt a biológiai érettségi fokát, mely a szaporításra legalkalmasabb, a legmegfelelőbb hajtásjellemzőket, a hajtatás megfelelő módszereit, a hajtatást gyorsító vagy segítő vegyszeres megoldásokat, a gyökerező hajtásrügyekből a palántanevelés hatékony módszereit, a növényke utónevelésének leghatékonyabb módszereit, a kiültetés optimális időpontját illetve időszakát. A gyökeres hajtásrügyek tenyészedénybe helyezése A kísérlet során 10-15 cm hosszú darabokra aprítottunk fel Miscanthus szárakat úgy, hogy mindegyik szárdarabon egy nódusz található. Ezeket vízzel teli edénybe helyeztük. A vizet hetente kétszer cseréltük a növényeken. Megindult a hajtás növekedése, majd a gyökérzet kialakulása. Az 1-2 cm-es gyökereket a nagyobb túlélési arány érdekében gyökereztető hormonnal kezeltük, majd víztartó készítménnyel kevert perlitbe ültettük. Fotó: Marosvölgyi Béla Fotó: Horváth Zsuzsanna 3-4. kép: Az alvórügyről készített mikroszkópos fotó és a gyökeres palánta www.e-tudomany.hu 2009 II - 3
Az előállított palánták kiültetése A fent említett módszerrel előállított palántákkal szántóföldi kísérletet végeztünk. A kísérleti területünk Soprontól nem messze Kópháza településen található. A kísérlet során Miscanthus palántanövényeket ültettünk ki szántóföldi parcellába, és vizsgáltuk a fejlődésük, valamint növekedésük ütemét az időjárás függvényében. Kiültetéskor a növények átlagos magassága 29 cm volt. Szeptemberben a legmagasabb növény már elérte a 120 cm magasságot. Emellett száraik jól fejlettek, erősek, üde zöld színűek voltak. Fotó: Horváth Zsuzsanna Fotó: Horváth Zsuzsanna 5-6. kép: A növény fejlettsége az ültetéskor illetve szeptemberben A további kísérleti feladatok meghatározása A jövőben a kísérletek fő tárgyát a gyökeresedési folyamat gyorsítása képezi. Ezen kívül a Miscanhus sinensis sokoldalúságát bizonyítandóan tápanyag-felvételi kutatásokat végzünk, különös tekintettel a szennyvíziszapban található nehézfémek megkötésére. Emellett víztisztítással összefüggő termesztési lehetőségeket is vizsgálunk a Petőházi Ipari Parkban. www.e-tudomany.hu 2009 II - 4
Összefoglaló értékelés Összefoglalásként elmondható, hogy a Miscanthus energianövény szaporítási kísérleteink jól haladnak. Jelentős esélyt látunk arra, hogy a szár aprításával történő szaporítási módszer elterjedjen, mivel az eljárás költségtakarékos, az állomány már az első évben záródik. A jövőben nagy hangsúlyt fektetünk a folyamat gyorsítására, illetve olyan anyagok keresésére, melyek jó tápanyagforrások lehetnek. Felhasznált irodalmi források Bai Attila Lakner Zoltán Marosvölgyi Béla Nábrádi András (2002): A biomassza felhasználása, Szaktudás Kiadó Ház, Bp., 95. p. Frühwirth, P., Liebhard, P.. (2006): Miscanthus sinensis 'Giganteus'. Produktion, Inhaltsstoffe und Verwertung In: Landwirtschaftskammer Österreich, Bundes-LFI (Hrsg.), Miscanthus sinensis 'Giganteus', 7-47, Wien Marosvölgyi Béla (2002): Biomassza hasznosítás I. Nyugat-magyarországi Egyetem-jegyzet Planting and Growing Miscanthus - For Applicants to Defra s Energy Crops Scheme, 2007 www.e-tudomany.hu 2009 II - 5
Tukacs-Hájos Annamária 7 - Rétfalvi Tamás 8 - Szendefy Judit - Marosvölgyi Béla 9 Laboratóriumi és félüzemű méretekben végzett biogáz fermentációs kísérletek tapasztalatai 1. Összefoglaló A kutatások során folyamatos laboratóriumi és félüzemi fermentációs kísérleteket végeztünk az eltérő méret okozta esetleges különbözőségek feltárására. A laboratóriumi kísérlet során 1 liter térfogatú iszappal dolgoztunk, a fermentáló készülékeket a VDI 4630 német szabvány alapján állítottuk össze. A félüzemű kísérletet egy 4,1 m 3 hasznos térfogatú folyamatos táplálású kísérleti üzemben végeztük. A félüzemű kísérletet technológiatervezés céljából végeztük, mely alapján egy biogázüzem tervezése történik. A kísérletek során mindkét méretben ugyanazt az alapanyag receptúrát alkalmaztuk. Az alapanyag betáplálása a laboratóriumi vizsgálatok során naponta kétszer, a félüzemű méretben óránként történt. Folyamatosan rögzítettük a termelődő biogáz mennyiségét és minőségét és hetente kétszer végeztünk el az iszap kémiai vizsgálatát (KOI, NH 3 -N, össz P, szerves sav tartalom, ph, savkapacitás). A kísérletek során vizsgáltuk a gáztermelési potenciál és a keletkező fölösiszap összetételének összevethetőségét. Ezt az indolkolja, hogy a laboratóriumi fermentáció költségei jóval kisebbek és általában véve is egyszerűbb a kivitelezése ugyanakkor lényeges, hogy eredményei mennyire alkalmazhatók a gyakorlatban megépülő biogázüzemek tervezéséhez és működéséhez. 7 A szerző a GázInnov Kft munkatársa. 8 egyetemi docens, Nyugat-magyarországi Egyetem, Erdőmérnöki Kar Kémiai Intézet 9 tanszékvezető, Nyugat-magyarországi Egyetem EK EMKI Energetika Tanszék; a Magyar Biomassza Társaság elnöke www.e-tudomany.hu 2009 III - 1
A kísérlet három hónapig tartott. Az üzemelés során azt tapasztaltuk, hogy laboratóriumi méretben előbb jelentkeztek a felmerülő problémák, mint a félüzemben, így a félüzemű kísérlet során volt idő a probléma megelőzésére és a technológiatervezés kevesebb időt vett igénybe. 2. Anyag és módszer 2.1. Laboratórium A laboratóriumi fermentáló készüléket a VDI 4630 német szabvány alapján alakítottuk ki (1. ábra). A kísérletek során 1 dm 3 iszap térfogatban dolgoztunk. A termelődő biogáz mennyiségét egy laboratóriumi mikrogázóra segítségével regisztráltuk. Az alapanyag betáplálása egy etetőcsonk segítségével történt naponta kétszer. Az állandó vízhőmérsékletet (37 ºC) vízfürdő biztosította. Hetente kétszer mértük az iszap kémiai paramétereit (ph, összes szerves sav, NH 3 -N tartalom, foszfor tartalom, oldott KOI). 1. ábra: Laboratóriumi fermentáló készülék www.e-tudomany.hu 2009 III - 2
2.2. A kísérleti üzem A félüzemi kísérleti fermentor egy 5 m 3 -es egylépcsős fermentor, 4,1 m 3 -es hasznos térfogattal és 0,9 m 3 -es gáztérrel (2. ábra). 2. ábra: Kísérleti üzem A kísérletet mezofil tartományban végeztük (37 C-on). A keverést egy keverőszivattyú biztosította, amely 2,4 m 3 /h mennyiségű iszapot áramoltatott a fermentor aljáról a tetejére, így a teljes iszapmennyiség 1,5 óránként átkeverődött. Az alapanyag betáplálása óránként történt. A termelődő biogáz mennyiségét egy gázóra mérte. A kísérleti üzemben folyamatos felügyelet volt biztosított. Az iszap száraz- és szerves szárazanyag tartalma és összes szerves sav tartalma naponta került meghatározásra. Hetente kétszer mértük a következő kémiai paramétereket: NH 3 -N, össz nitrogén és foszfor tartalom, KOI. A biogáz összetételét naponta mértük. www.e-tudomany.hu 2009 III - 3