A biomassza

1. A biomassza energetikai hasznosítása I.

2. Fotoszintézis légkör napfény C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O glükóz (szőlőcukor) répacukorkeményítőcellulóz

3. Fotoszintézis szakaszai (C3) • Fényszakasz:H2O O2 + 2 H+ + e- • ATP(adenozin trifoszfát) – EnergiaNADPH (nikotinamid adenin dinukleotid foszfát) – Hidrogén • Sötét szakasz:Calvin ciklus

4. Karbon-ciklus Vízben oldott CO2 LégköriCO2 Ipar Növények Lebontók Állatok Fosszíliák

5. Kezdeti szakasz Produkció sok Oxigéntermelés kevés Tetőpont Produkció kevés Oxigéntermelés sok Ökoszisztéma fejlődési szakaszai

6. Csoportosítás • Elsődleges biomassza: a növényi fotoszintézis által előállított szervesanyag; a természetes vegetáció, a szántóföldi és kertészeti növények, az erdő, a rét és legelő, a vízben élő növények. • Másodlagos biomassza: állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés főtermékei, melléktermékei és hulladékai. • Harmadlagos biomassza: biológiai eredetű anyagokat felhasználó ipar melléktermékei, hulladékai, települések szerves eredetű szilárd és folyékony hulladékai, biotechnológiát alkalmazó ipar egyes melléktermékei.

7. Élelmiszeripar Könnyűipar Ruházat Papír Bútor …stb. Energetika Üzemanyag (hajtás, közlekedés) Hő Villamos energia (és hő). Biomassza hasznosítása

8. A biomassza energetika vertikuma A biomassza energetikai vertikuma • hő • villany • üzemanyag • előállítás,keletkezés • szállítás,tárolás,előkészítés • szekunderenergiahordozóelőállítása

9. A biomassza energetika vertikuma • hő • villany • üzemanyag • előállítás,keletkezés • szállítás,tárolás,előkészítés • szekunderenergiahordozóelőállítása

10. Energetikai hasznosítás • Üzemanyag:mechanikai energia(bioetanol, biodízel) • Tüzelőanyag:egyedi, központi hőtávhő erőmű (csak! kapcsolt hő + villamos energia) • közvetlenül: gőzerőmű közvetve: gázmotoros

11. Aprítás Bálázás Préselés Alkoholos fermentáció Pirolízis Anaerob fermentáció Szilárd Folyékony Gáz Biomassza előkészítése, feldolgozása

12. Fenntartható-ság Versenyképesség Ellátásbiztonság Környezet, klímavédelem Fenntarthatóság

13. Lehetőségek, korlátok • Paradigma-váltás: fogyasztói helyett fenntartható társadalom. • Elsődleges az élelmiszer-termelés. • Biomassza-felesleg és hulladék-újrahasznosítás mellett ártalmatlanítás: energetikai hasznosítás. • Lokális energiaigény: • 30 km-es körzeten belül (MHü [biomassza]<0,5MHü [üzemanyag], • különböző gazdasági területek kooperációja (fejlett országokban az energetika szervezésében). • Versenyképesség, környezetvédelem: • „jogilag” CO2-mentes, • ártámogatás egy ideig. • Ellátásbiztonság: • Hazai forrás, Mo-n földgáz-kiváltás.

14. Tüzeléstechnikai alapok (először szilárd tüzelőanyagokra) Elemi összetétel DIN MSZ C Ct karbontartalom kg/kg HHt hidrogéntartalom kg/kg SSt kéntartalom kg/kg OO oxigéntartalom kg/kg NN nitrogéntartalom kg/kg AA hamutartalom kg/kg HOHWt nedvességtartalom kg/kg C + H + S + O + N + A + HOH = 1

15. Elemi összetétel(finn tőzeg adataival)

16. Égési alapmennyiségek Ennyi vízgőz keletkezik az égés során, kg/kg Ennyi száraz levegő szükséges az égéshez, kg/kg Ennyi száraz füstgáz keletkezik az égés során, kg/kg Ennyi száraz füstgáz keletkezne, ha normál állapotba kerülne, m3/kg „normál állapot” itt:  = 0°C; p = 101,32 kPa;

17. Égéshő, fűtőérték • Az égés p≈const megy végbe: • Égéshő (ΔHé): a tüzelőanyagot tiszta oxigénben égetjük el: • Felső égéshő: az égéstermékek között a víz folyadékfázisban van (ΔHé+mvr(=2,4425 MJ/kg). • Alsó égéshő: az égéstermékek között a víz gőzfázisban van (ΔHé). • Fűtőérték:

18. 35 30 25 20 az erőműbe beszállított (nyers) állapotban 15 fűtőérték, MJ/kg 10 5 0 korpa: 16-17 dióhéj: 18-20 rönk fa: 8-13 árpahéj: 14-15 antracit: 32-36 barnaszén: 15-20 feketekőszén: 20-32 szalma szecska: 12-15 (Mátra: 6,9) lignit: 5-10 kukoricacsutka darálék: 14-16 fűrészpor, faapríték: 8-12 napraforgómag héj: 15-17 Szilárd tüzelőanyagok jellemző fűtőértékei

19. 15 14 13 12 fűtőérték, MJ/kg 11 10 9 8 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% nedvességtartalom, kg/kg A nedvességtartalom hatása a fűtőértékre! Energianövény (salix) laboratóriumi elemzési adatai:

20. NH O 2 víz C H x y tüzelőanyag CO 2 NO koksz CO hamu O 2 O 2 felmelegedés száradás, pirolízis a koksz égése gázreakciók (drying,devolatilization or pyrolysis) (char combustion) (gasreactions) Az égés folyamata (szilárd tüzelőanyag esetén) 3 (heating)

21. Folyékony és gáznemű szénhidrogének • Folyékony tüzelőanyag (szénhidrogének): használhatók az eddigi reakciók, de hamuval és nedvességgel nem kell számolni. • Gáznemű tüzelőanyag (szénhidrogének): az elemi összetétel helyett inkább az alkotó szénhidrogének részarányából indulnak ki, például CH4-CO2 keverék (biogáz).

22. Tüzeléstechnikai jellemzők • Összetétel: • Szénhidrátok: • 60-70 % illó, • faszén: 40-30 %. • Nedvesség-tartalom (abszolút (össztömegre), relatív (szárazanyagra): • fa 30-40 %, • mezőgazdasági melléktermékek: 10-15 %. • Hamutartalom • fa: 1-3 %, • mezőgazdasági melléktermékek: 3-5 %, • Kis lágyulási hőmérsékletek (300-700 oC). • Káros anyagok: • S: <1-2 %, • Cl. • Sűrűség. • Halmazállapot.

23. Hü=f(ω)

24. 1. Magyarországi alapanyagok • Tűzifa (max. 1,5-1,8 Mt/év). • Mezőgazdasági és erdészeti maradékok. • Energianövények. • Szerves melléktermékek(trágya, faipari maradék). • Szerves hulladékok(élelmiszeripari maradék, szennyvíz-iszap, kommunális hulladék).

25. Magyarország földterülete művelési ágak szerint 2007[ezer ha]

26. Mezőgazdasági melléktermékek Szalma Kukoricaszár Napraforgószár Venyige Gyümölcsfa nyesedék … Erdészeti melléktermékek Energiaültetvények Nyár Fűz Energiafű … Cellulózalapú biomassza-források

27. Erdészeti és faipari melléktermékek • Széleskörűen használt megújuló energiaforrás; • Infrastruktúra már kiépítve; • Természetes források rendelkezésre állnak; • Az erdészeti hulladékok begyűjtése csökkenti az erdőtűz kockázatát. • Túl drága lehet, biomassza-tüzelésre átállított nagyerőművek felverik az árakat; • Magyarországon korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre. 

28. Erdőgazdálkodás vágáslap

29. Erdészeti biomassza [millió m3/év]

30. Fatüzelésre átállt hőerőművek: Pécsi Erőmű (49 MWe) 330 000 t/év, Kazincbarcikai Erőmű (30 MWe) 200 000 t/év, Ajkai Erőmű (20 MWe) 192 000 t/év, Vegyes tüzelés (10-20 %, <10 %) Vértesi erőmű, Tiszapalkonyai erőmű, Mátrai erőmű. Távfűtés: Távhőtermelés: Szigetvár (2 MWth) 2200 t/év, Mátészalka (5 MWth) 6000 t/év, Papkeszi (5 MWth) 1000 t/év Körmend (5 MWth) 6000 t/év Szombathely (7 MWth)8000 t/év Hő- és villamosenergia-termelés: Balassagyarmat (2 MWe) 12000 t/év Szentendre (? 2 MWe) 20000 t/év. Üzemelő létesítmények

31. Energiaültetvények • Gyengébb minőségű talajok is hasznosíthatók, • Nagyobb a fajlagos biomassza-termelés mint mezőgazdasági melléktermékeknél, • Kizárólag energiatermelés céljára létesül, • Megakadályozza a talaj erózióját, • Összekapcsolható pl. szennyvíz-iszap ártalmatlanításával is. • Évekbe telik míg eléri a maximális hozamot, • Nagy a területigény – egyes fajták 3 évente takaríthatóak be.

32. Az „ideális” energianövény • Talajhoz és klímához illesztett növény. • Betegségekkel, kártevőkkel szemben ellenálló. • Nagy hozam [t/ha.év] • Nagy fűtőérték. • Kisebb nedvesség-tartalom.

33. Energiahozam Termesztett biomassza - kalkulált termesztés:

34. Fűz (Salix sp.) • a magas vízkapacitásos állapotokat jól tűri, sőt kedveli. • kedvezőtlen talajokat jól tűri (rekultiváció). • 3 évente vágható. • talajjavító és mézelőnövény.

35. Salix viminalis(egyéves hajtások négyéves tövön)

36. Nemesnyárak (Populus Cv. Sp.) • telepítési lehetőségét elsősorban vízigénye korlátozza. • az ültetvények várható élettartama 20-25 év. • a telepítésről 3-4 évente lehet a hozamot letermelni.

37. Akác(Robinia pseudoacacia) • a laza és középkötött, homokos és vályogos, meleg talajokat kedveli. • egy ültetvény élettartama hozzávetőlegesen 20 év. • 2-5 évente vágható.

38. Energiaültetvény betakarítása

39. Szarvasi-1 energiafű • homokos, szikes, belvizes területeken is termeszthető; • jól tűri az 5-19° C-os évi átlaghőmérsékleteket; • a betegségekkel szemben ellenálló; • egyhelyben akár 15 évig termeszthető; • a tavaszi telepítést követő évtől teljes termést ad; • vetőmagtermesztése egyszerű és gazdaságos; • betakarítása a szálastakarmányok géprendszerével megoldható; • nagy mennyiségű szervesanyaggal gazdagítja a talajt; • fűtőértéke eléri a nyár-, fűz-, akácfa fűtőértékét; • takarmányozásra is alkalmas. • a tenyészidőben 3 kaszálást igényel • http://www.energiafu.hu/

40. Magyarországon számításba vehető energianövények • Cirok (Sorghum bicolor), • Magyar rozsnok (Bromus inermis), • Kínai nád (Miscanthus synensis sp.), • Pántlikafű (Phalaris arundinacea), • Cikória (Cichorium intybus).

41. Mezőgazdasági melléktermékek • Hosszútávon feltételezhetően olcsóbb az erdészeti melléktermékeknél. • Újabb bevételi forrást jelent a mezőgazdaságnak – jelenleg ezen anyagok jórészét beszántják, elégetik vagy kint hagyják. • A jelenlegi arató berendezések és tároló rendszerek nem mindig megfelelőek (kukoricaszár). • Vitatott, mekkora talajerő-utánpótlás szükséges.

42. Mezőgazdasági melléktermékek kalkulált hazai potenciálja

43. Gabonaszalma • Szalma-szem aránya 2:1. • Tarlón hagyott, be nem takarított szalma: 40%. • Éves alomszükséglet: 3 millió t.

44. Gabonafélék termésmennyisége

45. Kisbálás:részlegesen gépesített. Nagybálás:teljesen gépesített Körbálás – sodorják Szögletes - préselik Szalma betakarítási technológiája

46. Szalma betakarításának folyamata Kombájn Nagybálázó Bálaszállító kocsi Fedett kazal Homlokrakodó

47. Kukoricaszár • Főtermék: melléktermék = 1:1,5. • Használható takarmányozásra- • Nagy nedvességtartalom: 40-70%. • Gazdaságos szárítás még nem megoldott, • Keverhető más tüzelőanyagokkal. • Betakarítása jelenlegi technológiákkal problémás: kombájnok megtörik, ill a talajba tapossák a szárat.

48. Szecskázásosszecskázott kukoricaszár nagy nedvességtartalma miatt korlátozott ideig tárolható Bálázósnagy nedvességtartalom miatt kazalba nem rakható Kukoricaszár aratása

49. Kukorica termésmennyisége

50. Egyéb melléktermékek • Kukoricacsutka: Csöves aratásnál a feldolgozás helyén koncentráltan áll rendelkezésre; egy részét fel is használják tüzelésre. • Napraforgószár: Jelenleg beszántják; betakarítás kukoricaszáréhoz hasonló lehet; együttműködés növényolaj gyárakkal.