Ugrás a tartalomhoz

"A" Tételű modul - Környezetvédelem

Szaktudás Kiadó Ház ZRt. (2008)

Szaktudás Kiadó Ház ZRt. a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

Magyarország biomassza potenciája

Magyarország biomassza potenciája

Magyarországon 55-58 Mt növényi biomassza képződik, melyből 26-28 Mt melléktermék, ebből 3,5 Mt használható energianyerésre. Jelenleg 0,42 OEMt értékkel vesz részt az energiatermelésben (az össz. energiafelhasználás 1,5%-a). 500 000 ha erdő és 300-400 000 ha energianövény:

  • 0,8-1,0 OEMt tüzelőanyag potenciál

  • 1,0 OEMt bioüzemanyag

  • 0,3-0,5 OEMt biogáz eredetű energia

2010-re a bioüzemanyagok hányadát a jelenlegi 4%-ról 5,75%-ra kell emelni. 2020-ra a megújuló energia arányát 20%-ra kell emelni, a bioüzemanyagok hányadát 10%-ra kell emelni. Környezetvédelmi és energiapolitikai indíttatáson túl vidékfejlesztési célok is vannak.

Bioenergiák csoportosítása:

  • Biodízel

  • Bioetanol

  • Biogáz

  • Biomassza-égetés

Miből lehet bioetanolt gyártani?

  • Kukorica

  • Búza

  • Cirok

  • Cukorrépa

  • Burgonya

  • Ligno-cellulóz

A bioetanol előállításának technológiája.

  • Őrlés

  • Pép-előkészítés

  • Keményítő-feltárás (gőzölés, expandálás)

  • Elcukrosítás (savas, enzimes)

  • Fermentálás (élesztőgombával)

  • Desztillálás (a 10-18% alkoholtartalmú cefréből a 96%-os etanol kinyerése)

  • Víztelenítés (molekulaszűrővel)

Aggodalmak, ellenérvek a bioetanol-gyártással kapcsolatban:

Ellenérvek:

  • Élelmiszerhiány-éhezés

  • Élelmiszerárak növekedése

  • A bioüzemanyagok előállítása több CO2 kibocsátással jár, mint a kinyerhető energia CO2 egyenértéke

  • A földhasználat drasztikus megváltozása

  • Biodiverzitás csökkenése

Érvek mellette:

  • Az alacsony jövedelmek és a munkanélküliség okozza az éhezést

  • Az élelmiszerdrágulást a kőolaj árnövekedése és klímaváltozás okozza

  • Bioüzemanyagok CO2 mérlege negatív

  • Nem kell új területeket bevonni

Bioetanol gyártása:

Az alábbi számításban szereplő fajlagos fogyasztási adatok a bioetanol gyártásban jelenleg vezető technológia gyártók átlagai.

Gyártás hőigénye (keményítő feltárás, desztillálás, DDGS szárítás, stb.): 13 GJ,

Gyártás villamos energia igénye: 320 kWh (1,15 GJ),

Tehát a gyártáshoz szükséges energiaigény: 14,15 GJ.

A kukorica előállítását: Az alábbi számok hagyományos agrotechnológiára vonatkoznak, aminél vannak lényegesen energiatakarékosabb megoldások is (pl. direkt vetés).

  • Gázolaj: 18 liter (0,63 GJ)

  • Szárítás: 0,7 GJ

  • Villamos energia (szárítás, mozgatás a szárítótelepen belül pl. rédlerek, serleges felvonók stb.): 140 kWh (0,5 GJ)

  • Szállítás a szántóföldről a gyárig 0,25 GJ

  • Összesen: 2,05 GJ

1 tonna (azaz 1267 liter) etanol előállításához szükséges kb. 3,15 t kukorica, ennek a termeléséhez kell 3,15 x 2,05 = 6,45 GJ.

Energiaigény a kukorica vetőmagtól az etanolig: 14,15 + 6,45 = 20,6 GJ

1 tonna etanol energiatartalma: 28,6 GJ

A melléktermékként keletkezett DDGS energiatartalma: 18,6 GJ

Kinyert energia összesen: 28,6 + 18,6 = 47,2 GJ

Kinyert és befektetett energia hányadosa: 47,2 / 20,6 = 229%

Biogáztermelés:

Biogáz-előállítás előnyei:

Kezeli a szennyvíz problémát, hidraulikusan működtethető a rendszer. A termelődő gáz és a hulladékhő ellátja a biogáz-gyártás energiaigényét. A kikerülő fermentált anyag nemcsak tápanyag visszapótlásra alkalmas, hanem öntözővízként is funkcionál.

Gondok:

  • a fermentált anyagot tárolni kell,

  • az alapanyagot termelő területeknek az üzem környezetében kell lenniük.

Mi lehet a hosszú távú megoldás? Második generációs üzemanyag: Ligno-cellulóz alapanyag. A növénytermesztés melléktermékei felhasználhatók, akár fásszárúakból is lehet etanolt nyerni. Mi a biogáz? A biogáz szerves anyagok anaerob térben, mikroorganizmusok közreműködésével történő erjedésekor keletkezik. A biogáz: metán (60-65% CH4) és széndioxid (30-35% CO2) keverékéből álló gáz, mely kommunális szennyvíziszap, állati trágyák és mezőgazdasági maradékok fermentációja során termelődik. Anaerob lebontás folyamata: A szerves anyagok anaerob lebomlása során széndioxid, metán és víz keletkezik. Aerob lebontás folyamata: A szerves anyagok (fehérjék, zsírok, cukorszármazékok) aerob lebomlása, komposztálódása során széndioxid és víz keletkezik, illetve hő termelődik. Anaerob biodegradáció-fermentáció: Olyan bomlási folyamata az anyagoknak, amely természetes feltételek között (aerob és/vagy anaerob) mikroorganizmusok hatására történik. Szilárd hulladék esetén a biodegradálódás, folyékony hulladékok esetén biológiai lebontás (fermentáció) elnevezést használjuk. Anaerob iszapfermentáció: A szennyvíztisztítás során keletkező iszapok (5-6% szárazanyag tartalom, ill. 60-70% szerves anyag tartalom) anaerob rothasztó tartályokban történő kezelése során, a mezofil tartományban (33-35°C) 20-30 nap alatt az eredeti szerves anyag tartalom kb. 45-50%-a lebomlik és biogáz keletkezik (65% CH4, 35% CO2). A lebomlás feltétele, hogy oxigénmentes környezet, ideális hőmérséklet (+33-35°C), sötétség és megfelelő nedvesség legyen, mert a metán termelő baktériumoknak ezek az életfeltételei.

A biogáz-képződés mikrobiológiai alapfolyamatai:

  • HIDROLÍZIS - Hidrolizáló mikroorganizmusok (zsírok, cellulóz, keményítő, fehérjék)

  • SAVAS ERJEDÉS - Acetogén mikroorganizmusok

  • (cukrok, aminosavak, zsírsavak)

  • METÁN FERMENTÁCIÓ – Metanogén mikroorganizmusok (illékony zsírsavak – acetát -, hidrogén)

Az anaerob fermentáció céljai:

  • Az iszap tömegének és térfogatának csökkentése

  • Az iszap fertőzőképességének csökkentése

  • Biológiailag stabil biotrágya előállítása

  • A keletkező biotrágya mezőgazdasági és/vagy rekultivációs hasznosítása

A fermentáció optimális feltételei:

  • Tápanyag összetétele

  • Nedvesség/szárazanyag tartalom

  • A mikroorganizmusok fajtái, számuk

  • Hőmérséklet: 30-60°C

  • Tartózkodási idő 10-30 nap

  • Keverés

  • pH (7,2-7,6), toxikusság, elsavanyodás

  • Reaktor kialakítás: anyag-szerkezet, forma, szigetelés, fűtés, keverési módok

Keletkező végtermékek:

  • Biogáz (metán és széndioxid keveréke)

  • Biotrágya (3-4% szárazanyag tartalmú iszap)