MIRE JÓ A BIOMASSZA? - I. RÉSZ

Dél-Európában (1.700 kWh/m2*év besugárzással számolva) csupán 1,5-2,5 év. Mivel az energiahasználat a működés során elhanyagolható, a teljes energia igény nagyrészt a gyártáshoz szükséges mennyiséget jelenti, amely megegyezik egy gázzal működő erőmű által 3-6 év alatt elfogyasztott energia mennyiségével. A 3-6 év megtérülési idő ötöde-tizede a napelemek élettartamának.

Ha a napelemes rendszerek megtérülésének vizsgálatakor az emissziókat is figyelembe vesszük, akkor az üvegházhatású gázok kibocsátását az egyszerűség kedvéért CO2-ekvivalens értéken hasonlítjuk össze. Ez az egyenérték a különböző üvegházhatásúgáz-kibocsátások öszszehasonlításának alapvető mértéke, amelyet a százéves átlagos globális felmelegedést okozó potenciál (GWP) alapján számolnak ki. Mivel az életciklus során többféle üvegházhatású gáz is kibocsátásra kerül, ezek hatása öszszevethető az ekvivalens segítségével, így a hagyományos erőművi áramtermelés üvegházhatású gáz kibocsátásával. A tanulmány alapján a napelemek megtérülési ideje ilyen típusú vizsgálat esetén ugyan megnő, de ez nagyban függ az alapanyagok előállításának körülményeitől és a felhasznált energiahordozótól. Általánosan azonban elmondható, hogy így sem haladja meg a 10 évet.

Összefoglalva tehát a napelemek energiaegyenleg és karbonlábnyom szempontból már most az egyik legzöldebb, környezetet legkevésbé terhelő energetikai megoldást jelentik, de fokozatosan jelennek meg az egyre nagyobb hatásfokú rendszerek, amelyekkel 5 éven belül állami támogatások nélkül is versenyre kelhetnek a fosszilis energiahordozókkal működtetett erőművekkel.

Kelner Máté

Forrás: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, PHOTOVOLTAICS REPORT 2013 https://www.eia.gov/renewable/

TECHNOLÓGIA ÉS KÖRNYEZET Mire jó a biomassza? - 1.rész

Biomassza fogalma alatt az energetikailag hasznosítható, többnyire növényi eredetű anyagokat értjük. Legnagyobb előnye, hogy megújuló, és széles körben, nagy mennyiségben áll rendelkezésre, továbbá, hogy hasznosítása CO2 semleges technológiának tekinthető. Rövid sorozatunk első részében szilárd biomassza tüzelőanyagok jellemzőiről és azok hasznosítási potenciáljáról ejtünk szót.

A21. századra az emberiség „energiaéhsége” kritikus szintet ért el. Mindez megnyilvánul a közlekedésben, a szállításban, gyártásban, valamint a háztartások energiafelhasználásában. Ezen igények kielégítése jelenleg jellemzően valamilyen fosszilis tüzelőanyag elégetésével valósul meg. A növekedő energiafelhasználás következtében a Föld fosszilis energiahordozó készlete kimerülőben van, alternatívákra van szükség. A megújuló energiaforrásokban hatalmas potenciál rejlik, melynek az emberiség egyelőre csak kis hányadát használta ki.

A fosszilis energiahordozók kiválthatók biomassza alapú tüzelőanyagokkal, az üzemanyagok helyett pedig biodízelt, bioetanolt használhatunk.

Tüzelési célra szánt biomassza legfőképp erdő- vagy mezőgazdaságból (például fás- és lágyszárú vagy szálas növények) illetve faipari termelésből (például tűzifa, fakitermelési hulladékok) származhat, valamint azok melléktermékeként, hulladékaként jelenhet meg. Ezen anyagok összetétele kis mértékben tér el egymástól. Kén- és nitrogéntartalmuk rendszerint alacsony, ami környezetvédelmi és gazdasági szempontból is igen kedvező, hiszen e 2 összetevőből keletkező káros anyagok leválasztására alkalmazott füstgáz-tisztító rendszerek jelentős beruházási és üzemeltetési költséggel párosulnak. A csekély mennyiség miatt azonban ezen rendszerek egyszerűsödnek vagy sok esetben el is hagyhatók.

Mindemellett rendszerint a hidrogén mennyisége is 10% alatt marad, ami alacsony fűtőértéket jelent, azonban 4045%-os oxigéntartalmuk miatt az égetés során az égési levegőigény kevesebb, mint szenek égetésénél, valamint a keletkező füstgáz mennyisége is csekélyebb lesz. A tüzelőanyag kiválasztásánál az egyik fontos szempont a nedvességtartalom, ami szoros kapcsolatban áll a fűtőértékkel. Minél több vizet tartalmaz a fa, búzaszalma, kukoricaszár, papír vagy más biomassza tüzelőanyag, annál kisebb a fűtőértéke, ugyanis a víz az égési folyamat során elpárolog. Az ehhez szükséges hőmennyiség körülbelül 2,5 MJ kg-onként, ami mind veszteségként jelentkezik. Nedves tüzelőanyag égetése nemcsak gazdaságilag kedvezőtlen, hanem a környezetre is károsabb hatásokat fejt ki. A tüzelőanyag nagyobb nedvességtartalma miatt az égési hőmérséklet jóval alacsonyabb lesz, mint száraz tüzelőanyag tüzelésekor, ami ugyan NOx kibocsátás szempontjából kedvezőbb lehet, de a korom-és a károsanyag-kibocsátás növekedni fog. Ezek lerakódhatnak a kémény belső felületére, ami így eltömődhet, ez pedig tökéletlen égést okozhat, ami további káros, valamint mérgező anyagok keletkezéséhez vezethet. A tüzelésre szánt biomasszák nedvességtartalma általában magas, ebből következik, hogy fűtőértékük jóval alacsonyabb, mint például a fosszilis tüzelőanyagoknak. A legtöbb energetikai célra szánt biomassza nedvességtartalma legalább 15-20% között mozog, de van, amelyik eléri a 35-40%-ot is. Továbbá a fűtőértékeket tekintve megállapítható, hogy a legtöbb anyagot 10-16 MJ/kg-os értékkel jellemezhetünk. Természetesen ezt az értéket megfelelő alakításokkal (mint például pelletálás, brikettálás) vagy szárítással növelni tudjuk. Emellett az alacsony fűtőértéket kompenzálhatjuk azzal az óriási mennyiséggel, ami rendelkezésünkre áll. De pontosan mennyi is?

Hazánkban a biomassza alapvetően 5 nemzetgazdasági ágból származhat: erdőgazdaság, növénytermesztés, állattenyésztés, élelmiszeripar és kommunális szféra. Azonban legnagyobb mennyiségben az első két ág szolgál szilárd tüzelőanyaggal, így a többivel most nem foglalkozunk.

Magyarország területének több mint 21%-át, azaz körülbelül 2 millió hektárt erdős terület fedi, aminek faállománya körülbelül 390 millió m3. Ennek köszönhetően évente 12-13 millió m3 fanövekmény keletkezik. A fenntartható erdőgazdálkodási okokat figyelembe véve maximálisan csak 9-10 millió m3 lenne kitermelhető, de a Központi Statisztika Hivatal adatbázisa szerint 2018-ban 59,8% volt a fakitermelési arány, ami mintegy 7,7 millió m3 fát jelent 1 év alatt. Ha figyelembe vesszük, hogy hazánk faállományának jelentős hányadát lombhullató fák teszik ki, a maradék pedig fenyő; valamint energiatermelésre a lombos fáknak közel a felét, a fenyőknek pedig csak kis hányadát hasznosítják; akkor durván közelítve, 3,9-4,3 millió m3 energiatermelésre hasznosítható faanyag termelhető ki évente. A fakitermeléskor vágástéri apadék és faipari hulladék is keletkezik, ám ezeknek egy része faaprítékként még tüzelési célokra alkalmazható. Ez összesen mintegy 45-50 PJ energia kinyerését jelenti.

A növénytermesztés az erdőgazdálkodáshoz hasonlóan igen gazdag forrása a hazai biomasszakészletnek. Magyarországon a talaj minőségének és az éghajlati viszonyoknak köszönhetően a mezőgazdaságban a búza-, a kukorica-, és a napraforgótermesztés kiemelkedő. Ezen növények betakarítása után nagy mennyiségű hulladék marad hátra, amit sem emberi, sem állati élelmezésre, és egyéb ipari tevékenységre sem tudnak már hasznosítani, de alkalmasak maradtak – kis átalakítások után – tüzelésre. Amennyiben csak energetikailag hasznosítható kukoricaszárral számolunk, az éves mennyiség 4-5 t, mely mindössze 50-60 PJ energiát rejt magában, de ha hozzátesszük a többi mezőgazdasági mellékterméket is, további 70 PJ-t kapunk. Ezek a számok így önmagukban talán nem mondanak semmit az olvasónak, éppen ezért vessük össze hazánk primer energiafelhasználásával, ami 2020-ban körülbelül 1.100 PJ volt. Egy gyors százalékszámítás és meg is kapjuk, hogy a fentebb boncolgatott potenciál 15-16%a hazánk teljes éves energiafelhasználásának, ami igen jelentős mennyiség (kommunális hulladék, valamint a biogáz figyelembevétele nélkül). Jelenleg azonban ennek az alapanyagbázisnak csak nagyon kis hányadát használjuk fel energia előállítására. A Központi Statisztikai Hivatal adatai alapján hazánk energiafelhasználásának 2018-ban 11,1%-át adták megújuló energiák, ebből biomassza és kommunális hulladék kicsivel több, mint 8% volt. Ugyan a megújuló részarány folyamatosan növekszik a napelem-boomnak köszönhetően, de emellett, ha a fentebb ismertetett potenciál csupán felét ki tudnánk aknázni, azzal tovább növelhetnénk ezt az arányt, de ami még fontosabb, egy igen nagy lépést tehetnénk Földünk és környezetünk megóvása felé.

Erzsiák Bence

Képek forrása: Freepik prémium