Gázmotorok emisszió-csökkentése és hulladékhőhasznosítása alga- növény- és haltermelésre Dr. Stündl László egyetemi docens Debreceni Egyetem MÉK A Biogáztelep hulladék CO2-jének, -szennyvizének, és -hőjének zárt ciklusú újrahasznosítása biomasszával c. projekt - 1. nemzetközi Workshop Budapest, 2014. április 28.
Az integrált multitrofikus akvakultúra (IMTA) előnyei 1) Környezeti és gazdasági szempontból egyaránt fenntarthatóbb gyakorlat (integrált rendszerek, faj- és korcsoport-specifikus takarmányozás, elfolyó víz tisztítása/hasznosítása, növény- és enegriatermelés) 2) Alacsony vízfelhasználású, -kibocsátású és üzemeltetési költségű zárt rendszerekre létesítése lehetéséges (energiahatékonyság fokozása, kisebb kiszolgálási, növény/állategészségügyi kockázat és költség) 3) A városokhoz/piacokhoz közeli termelés (kisebb logisztikai költség, kedvezőbb környezeti hatás ökológiai / karbon lábnyom, folyamatos ellátás) 4) A termékek minőségbiztosításának, nyomonkövethetőségének és címkézési sztenderdjeinek kialakítása lehetséges, jó példák rendelkezésre állnak 5) Ezek hosszútávú társadalmi és gazdasági előnyöket hordozó tevékenységek (jövedelem diverzifikáció, szocioökonómiai hatás munkahelyek megtartása)
DE AGTC Halbiológiai Labor 18 db 450 l-es halnevelő medence; 20 db 90 l-es ivadéknevelő medence 15 db 180 l-es akvárium; 1 db 2,8 m 3 -es tárolómedence; 14 db 8 l-es keltető (Zuger) üveg; 5 db 200 l-es Zuger ballon (Zb). 1 db 450 l-es kerekesféreg nevelő rendszer
Vizsgált halfajok Barramundi (Lates calcarifer) - elterjedési területe Dél-kelet Ázsia és Ausztrália Vörös árnyékhal (Sciaenops ocellatus) - Észak és Közép Amerika partvidékén honos Hibrid csíkos sügér (M.Saxatilis x M. Chrysops) Észak Amerikában kialakított fajhibrid A fajok termelésének előnyei: Kiváló húsminőség: szálkamentes, ízletes, fehér húsú halfajok Gyors növekedés és kedvező húskihozatal A környezeti tényezőkkel (sótartalom, hőmérséklet) és a termelés technológiai elemeivel szemben ellenállóak
Algatermelés Akvapónia
Főbb eredmények A Halbiológiai Oktató- és Kutatólaboratóriumban kialakításra került: Édes vizű és sósvizes recirkulációs lárva- és utónevelő rendszer Alga-reaktor, illetve speciális élő eleség (Rotatoria, Artemia) előállító egységek Elért kutatási eredmények: Kedvező biológiai hatású mikroelemekkel dúsított élőeleségek előállítása, ezeknek a hallárva termelési paramétereire gyakorolt hatása Beltartalmában (vitaminok, nyomelemek, egyéb takarmánykiegészítők) gazdagított tápok kifejlesztése, faj- és korosztály-specifikus tápreceptúrák kialakítása A komplex lárva- és ivadéknevelési technológia (takarmányozás, tartástechnológia, kritikus vízminőségi paraméterek meghatározása, stb.) Funkcionális haltermék-prototípusok előállítása A halhús mellékíz-mentesítés és fogyasztói attitűd vizsgálatok Piac- és komplex gazdasági elemzések
Kombinált Algabioreaktor termelés Termékek Elektromos energia Gázmotor Biodízel, EPA, DHA, fehérje, stb. Ráfordítások Biogáz, termálvíz (CH 4 tartalom) Gázmotor Hő - és elektromos energia Hőenergia, CO 2 Víz, tápag. Alga bioreaktor Haltakarmány, kiegészítő anyagok Akvakultúra Víz Víz, tápanyagok Hidrokultúrás egység Alga fehérje (takarmány) Haltermékek Zöldség, dísznövény, stb. Akvakultúra Hidropónia
Metán égése Égése tökéletes, mivel a C tartalom nem magas (CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O) Égéshő: 55,50 MJ/kg, 890 kj/mol, fűtőérték: 55,50 MJ/kg Energiatartalom: 9,94 kw/m 3, ~ 1 l tüzelőolaj energiája Átalakítás: villamos energia 25-42%, termikus hatásfok 40%, kogenerációs berendezések össz. hatásfoka > 75%! Energiatermelés: 2,5-4 kw/m 3 villamos és 4 kw/m 3 hő
Az algák lehetséges felhasználása Táplálkozás: astaxanthin, béta-karotin, többszörösen telítetlen (Omega-3) zsírsavak DHA and EPA; Gyógyszeripar: gyógyászati célú fehérjék, vírus, mikroba és gombaellenes készítmények, neuro-protektív termékek; Hidrokolloidok: agar, alginát, karragén; Takarmányozás: hal-, rák-, kagyló- és más állati takarmányok; Ipari felhasználás: színezékek, kenőanyagok, biopolimerek, bioműanyagok.
Alga fotobioreaktor Jellemzők: A fotobioreaktor a gázmotorból kikerülő füstgázt fogadja A 8 db 75m 3 -es egység méretezése az előzetes mennyiségi kalkulációk alapján történt A rendszer kétrétegű fóliasátorban van (alapterület: 15x60 m) A medencéket egyenként fedettek A reaktorokban a világítás LED-technológiával (is) történhet. Az alga letermelése 10-14 naponta lehetséges
Kalkuláció (600 m 3 -es kísérleti medencés reaktor) Termálkút: 240 m 3 /nap vízkivétel Gáztartalom: 11-12 m 3 /h CH 4 elégetésével 22-24 kg/h CO 2, ez éves szinten 192 t CO 2 felhasználás kg/m 3 / nap 10-14 n sz.a. hozam kg/m 3 10-14 n hozam kg sza/600 m 3 Kivonható olaj % Biodízel liter/10-14 nap/600 m 3 Fehérjetart. átlag (%) 10-14 n. fehérjehozam kg/ 600 m 3 Chlorella sp. 0,22 3,02 1814 22,5 408 62,7 1137 Scenedesmus sp. 0,11 1,26 756 16,3 123 59,2 448 Dunaliella sp. 0,14 1,68 1008 7,5 76 61,0 614 átlag 0,16 1,99 1.193 15,4 202 61,0 733
Ebből keletkező termék: 0,16 kg/m 3 /nap alga biomassza (Chlorella sp. Scenedesmus sp. és Dunaliella sp. vegyesen), Ebből olaj (15,4 % sz.a.) és fehérje (60,95 %sz.a.) tartalom esetén: 8.300-8.400 l/év olaj és 26-27 t/év a fehérje hozam
Az akvapónia Az akvakultúra és a talaj nélküli növénytermesztés (hidropónia) kombinációja Rendszere egy mesterséges, recirkulációs ökoszisztéma, amelyben a bakteriális folyamatok alakítják át a halak által termelt hulladék anyagokat növényi tápanyagokká Környezetbarát, természetes élelmiszer előállítási eljárás, amely hasznosítja az akvakultúra és a hidropónia legjobb tulajdonságait
raft rendszer (tankkultúra) szubsztrát (ár-apály) rendszer
Haltermelő modellrendszer Nyomótartály Nyomótartály Nyomótartály Mechanikai biofilter szűrő Mechanikai biofilter szűrő Mecha.szűrő Biofilter Hozam: 30-32 t/év Tak.felhaszn.: 40-45 t/év) Jellemzők: A haltermelő modellrendszer 12 db 50m 3 -es egységből áll A technológia kialakításánál az alacsony beruházási költség, egyszerű és biztonságos üzemeltetés és a minimális környezeti terhelés együttes biztosítása a cél. A technológiai víz mechanikai és biológiai tisztítása során keletkezett nitrogén és foszfortartalmú melléktermékek hasznosítása a növénytermelő egységben történik meg. A rendszert kétrétegű fóliasátorban van (alapterület: 15x60 m).
Hidropóniás kertészeti egység 2 egység (4 db sátor) Megnevezés Menny Ter. Hozam (kg/m 2 /év) m 2 kg/év Paradicsom 50 320 16 000 Paprika (kaliforniai) 25 320 8 000 Uborka 80 320 25 600 Fejes saláta 50 400 20 000 Jégsaláta 35 400 14 000 Bazsalikom 20 200 4 000 Korainder 15 200 3 000 2160 90 600 Jellemzők: 20 db 60m 2 -es raft (tank) és 24 db 42m 2 -es szubsztrát (ár-apály) egység (össz. 2.160 m 3 ) Salátafélék, zöldség- és fűszernövények szóba jöhető összes fajának/fajtájának kísérleti termesztésére. Az akvakultúrából származó napi 10% (kb. 60 m 3 ) mechanikai szűrlet hasznosítása (nem a teljes haltermelési technológiai víz) 4 db kétrétegű fóliasátorban elhelyezve (alapterület: 4x15x60 m).
Fejlesztési tervek (2014) Nyitott algamedencék (36m 3 /medence) Akvakultúra labor (recirkulációs rendszer) Külső ( hideg ) halnevelő (5-30 m 3 medencék) Hirdopóniás növényház (220 m 2 termesztő felület, 58 m 3, szubsztrát és tutaj rendszer) + megújuló energiák
Várható eredmények Új környezetbarát technológia: alacsony beruházási és üzemeltetési költség, modul rendszer Új környezetbarát termék: fenti technológiával előállított algaolaj- és algafehérje, halak és zöldségfélék Új környezetbarát szolgáltatás: a szerzett tapasztalatok és kidolgozott technológia alapján szolgáltatásként hasonló telepek tervezése, kivitelezése (know-how és folyamatos szaktanácsadás tenyésztési/termeszetési alapanyag és takarmány biztosításával)
Konzorcium Debreceni Egyetem MÉK NNK Környezetgazdálkodási Kft. Földes-Therm Kft.
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!