Transcript Bioenergia10 - BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Gépészmérnöki Kar
Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
Dr. Ősz János
Bioenergia
Tartalom
1.
2.
3.
Biomassza
Szilárd biomassza összetétele
Biomassza energetikai hasznosítása
1.
2.
3.
4.
4.
Biokémiai eljárás
1.
2.
5.
6.
7.
Tüzelés
Termokémiai elgázosítás
Hidrotermális elgázosítás
Pirolízis, cseppfolyosítás.
Anaerob lebontás (digestion)
Erjesztés (fermentation)
Extrahálás (kivonás)
Bio-üzemanyagok
Hulladék-hasznosítás
1. Biomassza
• A növények a napsugárzás hatására, fotoszintézissel
nőnek, azaz szén-dioxidból és vízből szénhidrogént
(cukrot) és oxigént állítanak elő.
• Az állatok megeszik a növényeket és más állatokat.
• A teljes növényi (pl. szalma, fa, termény) és állati (pl.
trágya) anyagot biomasszának nevezzük.
• A biomassza ma is jelentős energiaforrás a világon,
2002-ben a világ primerenergia-felhasználásának
(412 EJ/év) 12 %-a (50 EJ/év) volt.
Biomassza évi globális mérleg
• A fotoszintézis reakciója: CO2+H2O+hν → O2+[CH2O],
– hν=14,4 eV, 8 db foton (~1,8 eV/foton) szükséges 1 db O2 molekula
előállításához,
– egy C-atom ~4,8 eV energiát tárol.
• Fotoszintézis hatékonysága: (4,8/14,4)*0,12*0,2*0,6≈0,005.
• A CO2 teljes oxidációja, mint szénhidrát ~16 MJ/kg tüzelőhőt
tárol, míg a szénhidrát teljes redukciójával metánná elérhető
maximális tárolt energia ~49,7 MJ/kg.
• A növények és állatok tömege kb. 4.1011 t/év, ami ~1,5.1011 t
szenet tartalmaz.
• ~7,5 MJ/kg átlagértékkel becsülve, a szárazföldi biomasszában
tárolt bioenergia 3.1021 J/év. (A biomassza ~50 %-át az óceánok
tárolják.) A tárolt bioenergia fele a növényeket táplálja, így a
globális potenciál 1,5. 1021 J/év (1500 EJ/év).
• Ebből 2002-ben ~50 EJ/év bio-tüzelőhő és 16 EJ/év élelmiszer.
Fosszilis tüzelőanyagok
•
•
A biomassza a napenergiát tárolja kis hatékonysággal (0,5-0,6 %), de a
biomasszából keletkeztek százmillió évek alatt a fosszilis tüzelőanyagok.
A szárazföldi biomassza lerakódik és átalakul a föld felszínén (tőzegesedés),
majd a földkéregben a lesüllyedt szénhidrátok (CH2O)n idővel elvesztik az
oxigén- és hidrogénatomjaik (víz) nagy részét („szénülés”):
–
–
–
–
•
tőzeg (C60H70O25, τ=1 millió év),
barnakőszén (C60H50O16, τ=60 millió év),
feketekőszén (C60H25O5, τ=250 millió év),
antracit (C60H15O1, τ=400 millió év).
A tengeri egysejtűek hatalmas tömege elhalva a tengerfenékre süllyedt, és a
nagy szervesanyag-tartalmú iszapot, az ún. szapropélt alkotja. A tengerfenéken
(levegőtől elzártan) mikroorganizmusok elbontották a szapropélt, és
szénhidrogénekben feldúsult bomlástermékek halmozódtak fel.
A bomlástermékek a földkéreg ún. geológiai csapdáiban nagy nyomáson és
hőmérsékleten
–
–
cseppfolyósodnak (kőolaj) vagy
elgázosodnak (földgáz).
A biomassza energiatermelése
• A biomassza „majdnem zárt ciklusú” energiatermelése:
6CO2  6H 2 O klorofil
6O2  [CH 2 O]6 tüzelés
6CO2  6H 2 O  q  hamu
.
• A biomassza számos formában (cukor, olaj, keményítő,
cellulóz, lignin, protein, stb.) hasznosul.
• A növények szénhidrátként szintetizálják a szén-dioxidot és
vizet, s a legegyszerűbb szénhidrát a cukor vagy monoszaharid
(CH2O)n. A glükóz (C6H12O6) a legegyszerűbb növényi cukor.
• A glükózból kettős cukor (C12H22O11) lesz kondenzációs
reakcióval (H2O keletkezése), ami a hidrolízis fordított reakciója
(H2O hozzáadása).
• A képződő poliszaharid (keményítő, cellulóz) kémiailag tárolja
az energiát, és a növény struktúráját, tömegét adja.
A biomassza csoportosítása
•
[Marosvölgyi]:
–
–
–
•
Elsődleges: a növényi fotoszintézis által előállított szerves anyag; a természetes
vegetáció, a szántóföldi és kertészeti növények, az erdő, a rét és legelő, a vízben élő
növények;
Másodlagos: állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az
állattenyésztés fő- és melléktermékei, hulladékai;
Harmadlagos: biológiai eredetű anyagokat felhasználó ipar melléktermékei,
hulladékai; települések szerves eredetű szilárd és folyékony hulladékai;
biotechnológiát alkalmazó ipar egyes melléktermékei.
[Boyle]:
–
–
Energianövények: energia-, erdei, mezőgazdasági növények;
Hulladékok:
•
•
•
•
•
Famaradékok, mezőgazdasági melléktermékek (mérsékelt égövi: szalma, kukoricaszár; trópusi:
bagasz (cukornád rostos maradéka), rizshéj);
Állati hulladékok (állati trágya, szennyvíz-iszap, baromfi és szarvasmarha alom);
Városi (községi) szilárd hulladék (korábbi hulladéklerakókból „szemétgáz”);
Kereskedelmi és ipari hulladék.
[McPhail]:
–
–
–
–
szilárd biomassza (fa, szalma),
nedves biomassza (szerves hulladék, trágya),
cukor- és keményítő-tartalmú biomassza (cukornád, gabona),
olajtermények (repce, napraforgó).
Hazai potenciál [Marosvölgyi]1, [Ősz]2
Hü [GJ/t]/ω [-]2
Biomassza
Qü [PJ/év]1
M [Mt/év]2
Dendromassza
56,5-63
Tűzifa
20-22
11/~0,40
1,8-2,0
Energiafa (ültetvény)
30-32
10/~0,45
3,0-3,2
Vágástéri hulladék
5-7
9/~0,5
0,5-0,8
Elsődleges faipari hulladék
1,5-2,0
12/~0,35
0,15
Növényi fő- és melléktermékek
74-108
Gabonanövények melléktermékei
10-12
14/~0,15
0,7-0,8
Egyéb növények melléktermékei
(szárak, levélzet, venyige)
30-50
8/~0,55
3,7-6,2
Termesztett energianövények
30-40
10/~0,45
3-4
Bio-üzemanyagok előállításának
melléktermékei
4-6
5/0,65
1,0
5,4-6,1
8,4-12
Hazai potenciál [Marosvölgyi]1, [Ősz]2
Hü [GJ/t]/ω [-]2
Biomassza
Qü [PJ/év]1
M [Mt/év]2
Másodlagos biomassza
18,7-23
Hígtrágya
0,7-1,0
20/0,0
0,05
Állati hulladékok, melléktermékek
13-15
20/0,0
0,65-0,75
Feldolgozási hulladékok
5-7
20/0,0
0,25-0,35
Harmadlagos biomassza
54-134
Élelmiszeripari hulladékok
3-5
6/0,6
0,5-0,8
Élelmezési hulladékok
6-9
6/0,6
1-1,5
Szennyvíz-iszap
15-40
5/0,6
2,5-8,0
Kommunális biohulladékok
30-80
6/0,6
5-13
Összesen
203-328
1,0-1,1
9-23
23,8-42,2
Zöld alga ((Ulva Lactuca, tengeri alga): Dán Algecenter
Mikroalga olajkihozatal [Rösch]
Növény/
Mikroalga-termelő rendszer
Évi hozam
[t/haév]
Termények
Évi olajkihozatal
[l/haév]
C3 szárazföldi növények
8-10
Napraforgó
380
C4 szárazföldi növények
10-30
Szójabab
440
Repcemag
1.300
Mikroalga-kihozatal
Nyitott tó iszapkerekekkel
20
Jatropha (scerje)
1.900
Csőreaktor (levegő + CO2
keveréssel)
60
Kókuszdió
2.700
Csőreaktor + fényhígítás
80
Pálmaolaj
6.000
Sík panel (intenzív keverés, rövid
világos és sötét periódusokkal)
100
Mikroalgák
15.000-80.000
Hulladék (kommunális, ipari, kereskedelmi)
• A települési szilárd hulladék rendkívül sokrétű forrással
(lakóépületek, közintézmények, közforgalmi és zöldterületek
hulladékai) rendelkezik, ami egyben rendkívül heterogén és
változó összetételt eredményez.
• Deponálandó térfogatuk csökkentése környezetvédelmi
kényszer, ezért szelektív gyűjtés mellett szükséges a hulladék
arra alkalmas részének energetikai hasznosítása.
– A kommunális hulladék évi tömege a fejlett országokban (1,4
milliárd fő) kb.1 milliárd t/év.
– A kommunális hulladék begyűjtött hazai térfogata 15-20 millió
m3/év, ami 4-5 millió t/év tömegnek felel meg.
• Nyersanyag és primerenergia-forrás (pl. Németország).
• Ipari hulladék pl.
– Gépkocsi: kenőolaj, gumiabroncs, „fluff” (autók hulladék és fém
visszanyerés után visszamaradt könnyű maradéka);
– Veszélyes hulladék (pl. állati tetem).
Hulladék visszanyerés Németországban [Engler]
2. A szilárd biomassza összetétele
• Strukturális analízis:
– Cellulóz, hemicellulóz (vázanyag),
– Lignin (aromás vázanyag),
– Extraktívok.
A hazai szilárd biomasszák strukturális összetétele
100%
90%
részarány [tömeg%]
80%
70%
hiány
60%
hamu
extraktívok
50%
lignin
hemicellulóz
40%
glükán (cellulóz és keményítő)
30%
20%
10%
0%
fa
szálas
biomassza típus
szemes
UK- Egyesült Királyság [Boyle]; D- Németország [Engler] (Egyéb: papírpelenka, alaktalan, sepert, ásványi); Bp2001 [Vörös]; H-2006 [Faitll] (Egyéb: higiénia, éghető, éghetetlen, veszélyes, finom).
A kommunális hulladék összetétele
100%
90%
80%
részarány [m%]
70%
Egyéb
Szerves, bio-hulladék
60%
Műanyag
Teksztil,bőr, cipő
50%
Fém
40%
Üveg
Papír, karton
30%
20%
10%
0%
UK
D-2006
Bp-2001
Ország/Város-év
H-2006
Szilárd tüzelőanyagok összetétele
•
•
•
•
Elemi összetétel:
γHOH + γA+ γC+γH+γS+γN+γO =1
– γHOH mért összes nedvesség-tartalom (a szárítással elpárolgó durva és a
tüzelőanyagban maradó, ún. higroszkópos nedvesség-tartalom összege),
– γA mért hamutartalom,
– γC mért összeskarbon-tartalom,
– γH számított hidrogéntartalom,
– γS mért kéntartalom,
– γN az általában nem mért (a legtöbbször nullának feltételezett)
nitrogéntartalom,
– γO (a maradéknak számított) oxigéntartalom, [kg/kg] vagy [tömeg %].
A közelítő (approximate) összetétel:
– γsz szárazanyag-tartalom,
– γfixC fix (vagy koksz-) karbon-tartalom,
– γV illóanyag-tartalom.
Száraz, hamumentes összetétel:
Összeskarbon-tartalom:
γHOH + γsz= γHOH + γA+ γfixC+γV=1
γsz-A = γfixC+γV;
γtC = γfixC+γVC.
A vizsgált hazai biomasszák elemi összetételének átlagértéke
100%
90%
80%
O
60%
N
S
50%
H
C
A
40%
HOH
30%
20%
10%
fű
z)
(e
ne
rg
ia
Sa
lix
ap
rít
ék
)
(h
en
ge
r
Fa
bu
r(
cs
ic
am
es
só
ka
)
cs
u
O
To
pi
n
Ko
rp
a
Ku
ko
ric
ac
su
tk
a
ag
ok
M
a
Sz
al
m
Ku
ko
ric
a
N
ád
(é
s
lu
ce
rn
a)
0%
Sz
én
a
biomassza típus
A viszgált anyagok, biomassza-csoportok elemi összetételének átlagértéke
100%
90%
80%
70%
részarány [tömeg %]
részarány [tömeg %]
70%
O
60%
N
S
50%
H
C
A
40%
HOH
30%
20%
10%
0%
oroszlányi szén
debreceni szennyvíz-iszap
hengeres faapríték
anyag/biomassza
szemes anyag
szálas anyag
A vizsgált tüzelőanyagok helye a Van Krevelen-diagramban
Égéshő, fűtőérték
• A mért égéshő (a tüzelőanyag elégetése „tiszta” oxigén
p
r
atmoszférában):
H é 
.
,
H H
j 1
j
i 1
i
mü  1[kg ]
j=1…r a reakció reagensek, i=1…p a reakciótermékek száma, H
entalpiájuk [kJ].
• Felső égéshő (a reakciótermékek között a víz folyadékfázisban
van):
H é  mH O r
H éf 
mü  1[kg]
2
• Alsó égéshő (a reakciótermékek között a víz gőzfázisban van),
ami megegyezik a tüzelőanyag fűtőértékével [kJ/kg]:
Hü 
H é
m ü  1[kg]
A vizsgált biomasszák mért és száraz biomasszára számított fűtőértékének átlaga
25
20
Hü [MJ/kg]
15
mért
száraz
10
5
fű
z)
(e
ne
rg
ia
(h
en
ge
r
es
bu
r(
cs
ic
Fa
am
Sa
lix
ap
rít
ék
)
só
ka
)
cs
u
O
To
pi
n
Ko
rp
a
Ku
ko
ric
ac
su
tk
a
ag
ok
M
a
Sz
al
m
Ku
ko
ric
a
N
ád
Sz
én
a
(é
s
lu
ce
rn
a)
0
biomassza típus
A vizsgált anyagok mért és száraz anyagra számított fűtőértékének átlaga
20
18
16
14
Hü [MJ/kg]
12
mért
10
száraz
8
6
4
2
0
oroszlányi szén
debreceni szennyvíz-iszap
hengeres faapríték
Vizsgált anyag
szemes anyag
szálas anyag
A vizsgált anyagok közelítő összetétele (átlagértékek)
100%
90%
részarány [tömeg %]
80%
70%
60%
Fix C
A
50%
Illó
HOH
40%
30%
20%
10%
0%
oroszlányi szén
hengeres faapríték
szemes anyag
szén/biomassza típus
szálas anyag
Tűzifa Hü=f(ω)
A faapríték fűtőértéke a nedvesség-tartalom függvényében
20
18
16
Hü [MJ/kg]
14
12
Hü
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
Nedvesség-tartalom [%]
40
50
60
TG-MS elemzés
• A különböző tüzelőanyagok tüzeléstechnikai tulajdonságainak
mélyreható vizsgálatára ma általában
– thermogravimetriás (TG) vizsgálatokat végeznek,
– melyet gyakran kiegészítenek tömegspektrometriai (MS)
elemzésekkel.
• A vizsgált mintákat
– először inert atmoszférában, változó hőmérsékletű pirolízis alá
vetették. A mintákat 850 °C-ig hevítették, majd ezen a
hőmérsékleten tartották őket az illók távozásának befejeződéséig
(kb. 5 min). A felfűtés sebessége 40 °C/min volt.
– Az inert maradékot ezt követően 10 °C/min felfűtési sebesség
mellett oxidatív atmoszférában (Ar:O2=79:21 v%) is vizsgálták.
• A tüzelés valós viszonyai között a fentiektől eltérő TG és DTG
görbéket regisztrálhatnánk, elsősorban a jelentősen nagyobb,
100-1000°C/sec felfűtési sebesség miatt.
Az MS vizsgálatok illó anyagai és csoportosításuk
Fő termékek
H2, H2O, CO, CO2
(Alifás) szénhidrogének
CH4, C2H2, C2H3, C2H5, C2H6, C3H5, C3H6,
C3H7,C4H7, C4H8, C5H7, C5H9, C5H10
Aromás szénhidrogének
benzol, toluol, fenol, xilol
Aldehidek és metoxi-csoport
CHO, HCHO, CH3O
Oxigéntartalmú termékek
CH3CO, aceton, ecetsav, CH3CHOHCHO,
furanon, furfural, hidroximetil-furán
Kéntartalmú termékek
H2S, COS SO2
Oroszlányi szén (felső) és tűzifa (alsó) TG-MS eredménye [MTA KKI]
OXIDATÍV
INERT
Illóanyag-tartalom
• Több nyugat-európai szabványban a biomasszák illóanyagtartalmát újabban 550 oC hőmérsékletig elegendő
meghatározni. Az 550 oC megalapozottságát alátámasztja, hogy
550-850 oC között az illóanyag-tartalom miatti tömegcsökkenés
– MTA TG-MS mérései szerint – mindössze 3 % körül (2,7-3,8 %)
van:
–
–
–
–
fa: ΔM=3,2 % (550 oC-ig 82 %),
szemes anyag: ΔM=2,7 % (550 oC-ig 74,3 %),
szálas anyag: ΔM=3,8 % (550 oC-ig 71,1 %),
oroszlányi szén: ΔM=10,4 % (620 oC-ig 23,4 %).
• A növényi biomasszák illóanyag-tartalma (2-2,5)-szerese az
oroszlányi barnaszénnek.
• A biomasszák tüzeléstechnikai tulajdonságainak megértéséhez
szükséges az egyéb illótermékek minőségi és mennyiségi
meghatározása.
Illóanyag-tartalom
fő termékek (bal felső), alifás szénhidrogének (jobb felső)
aldehidek és metoxi-csoport (bal alsó), oxigéntartalmú termékek (bal alsó)
[Sándor]
3. A biomassza energetikai hasznosítása
[El Bassam]
Termokémiai
Tüzelés
gőz
Gőzturbina
Elgázosítás
Biokémiai
Pirolízis,
cseppfolyósítás
gáz
Gázturbina,
kombinált
ciklus,
gázmotor
gáz
olaj
szén
Metanol/
Adalészénhidrogén/h kolás
idrogén
szintézis
Tüzelőanyagcella
dízel
Lebontás
Erjesztés
biogáz
Gázmotor
desztilláció
etanol
víz
Hő
Villamos energia
Olajkivonás
Üzemanyag
észterezés
dízel
3.1. Tüzelés
•
A szilárd biomassza tüzelőanyagaként:
–
–
–
•
•
•
egyedi fűtésre (kis teljesítményű, <70-100 kWth) melegvíz- vagy távfűtésre (nagyobb
teljesítményű, >0,5-1 MWth) melegvíz- vagy forróvíz-kazánokban tüzelhető,
széntüzelésű erőművek gőzkazánjaiban kiegészítő tüzelőanyagaként (<(0,15-0,20) Qü),
kapcsoltan hőt és villamos energiát termelő fűtőerőművek gőzkazánjaiban biomassza
tüzelőanyagként hasznosítható.
Kisebb teljesítményű melegvíz-kazánokhoz jó minőségű biomassza (tűzifa, biobrikett, bio-pellet) szükséges, míg forróvíz- és gőzkazánokhoz gyengébb
minőségű biomassza (faapríték, szalmabála, válogatott kommunális hulladék,
szennyvíz-iszap) is tüzelhető.
A nagyobb nedvesség-tartalmú biomasszák fűtőértéke javítható szárítással
(ω≤10 %, Hü>16 MJ/kg) és kis sűrűségűk pelletizálással (ρ≥600 kg/m3). A pellet
mérete kicsi, így automatizálható az adagolása a kazánba.
A biomassza pörkölésével (200-320 oC hőmérsékleten) nagyobb fűtőértékű (2025 MJ/kg), homogénebb tüzelőanyag állítható elő, mint pelletizálással, ezért a
pörkölt pellet vízmentes, kisebb az őrlés és pelletizálás költsége, valamint
kisebb mértékű a degradációja a tárolás során.
A biomassza pelletizálása (pörkölése, pelletizálása)
Szárítás
örlés
pelletizálás
Szállítás,
kezelés
tárolás
Q
Fűtőerőmű
Biomassza
E
Szárítás
Pörkölés
örlés
Pelletizálás
Szállítás,
kezelés
tárolás
Pelletüzem
EN 14961-2 Új európai pellet szabvány
Minőségi jellemzők
Mértékegység
DINplus
Felhasznált fa
ENplus-A1
szárfa,
kémiailag
nemkezelt
famaradék
ENplus-A2
Teljes fa gyökérzet
nélkül, szárfa,
Kitermelési
maradék,
kémiailag nem
kezelt
famaradék
EN-B
Erdészet, ültetvény,
kémiailag
nem kezelt
famaradék,
kémiailag nem
kezelt
elhasznált fa
Átmérő, d
mm
4≤ d ≥8
6±1≤ d ≥8±1
6±1≤ d ≥8±1
6±1≤ d ≥8±1
Hossz, l
mm
5d≤ l
3,15≤ l ≥40
3,15≤ l ≥40
3,15≤ l ≥40
Sűrűség
kg/m3
-
≥600
≥600
≥600
Nettó fűtőérték, Hü
MJ/kg
≥18
16,5≤ Hü ≥19
16,5≤ Hü ≥19
16,5≤ Hü ≥19
Nedvesség-tartalom
m%
≤10
≤10
≤10
≤10
Mállás, porlás
m%
≤1
≤1
≤1
≤1
Mechanikai tartósság
m%
≥97,7
≥97,5
≥97,5
≥96,5
Hamutartalom
m%
≤0,5
≤0,7
≤1,5
≤3,0
Hamu olvadáspont
oC
-
≥1200
≥1100
≥1100
Pellet-tüzelésű egyedi kazán
Családi ház hőigényének kielégítése pellet-tüzelésű kazánnal és napkollektorral [Schraube]
Kiegészítő tüzelés: oroszlányi erőmű 2. gőzkazán
02-10 Négymalmos
üzemSzalma-
03-25 Hárommalmos
üzem Szalma-
befúvás
22,416 MWth
befúvás
20,636 MWth
4.
1.
4.
1.
63,555 MWth
22,347 MWth
54,255 MWth
54,008 MWth
3.
2.
3.
2.
23,049 MWth
63,555 MWth
2,34 MWth
54,255 MWth
Fluidágy
32,133 MWth
Fluidágy
34,511 MWth
Oroszlányi erőmű 2. gőzkazán
A füstgáz számított lehúlése különböző biomassza tüzelőhő részaránynál
1600
1400
1200
0%
32,10%
1000
38,10%
tfg [oC]
51,50%
58,50%
60%
800
75,20%
600
400
200
0
0
1000
2000
3000
4000
Felület [m 2]
5000
6000
7000
8000
Fluidágyas kazán [Lurgi]
Tűztérben lejátszódó folyamatok
1./ Melegítés és szárítás:
–
–
–
Az égőtérben általában az összes szilárd anyag 0,5-5 % tömeg % éghető anyag.
A maradék szilárd anyag: ágyanyag, tüzelőanyag-hamu, szorbens és néhány nem éghető anyag (az
ágy 99,5-95 %-a). Ezek a részecskék melegítik fel a hideg tüzelőanyag részecskéket az ágyhoz közeli
hőmérsékletre.
A felmelegedés sebessége, számos tényező, köztük a tüzelőanyag szemcseméretének függvénye, és
100-1000 oC/sec tartományban változhat.
2./ Illó anyagok keletkezése és égése: számos gáztermék keletkezik a tüzelőanyag bomlásával.
Az illó anyagok számos szénhidrogént is tartalmaznak.
3./ A faszén égése: Az illótól mentesült tüzelőanyag, a faszén (félkoksz, jóval lassabban ég, a
0,2 mm-nél kisebb szemcse 50-150 sec alatt ég ki. Ezért esély van arra, hogy némely
faszénrészecske nem ég ki a buborékos ágyban a távozása előtt, s ezek eredményezik az
égési veszteséget. A faszénrészecske égése általában a tüzelőanyag részecskéből az illó
távozása után kezdődik, de néha a két folyamat átfedi egymást. A faszén égése komplex
folyamat és két szakaszból áll:
–
–
az oxigén transzportja a karbon felülethez,
az oxigén és karbon reakciója a karbon felületen.
A faszénrészecske égése alatt az oxigén az áramlási magból kerül a részecske felületéhez.
Az oxigén reakcióba lép a faszén-felületén levő karbonnal, és CO2 vagy CO keletkezik. A
faszén nagyon porózus anyag, nagyszámú belső, méretében és görbeségében változó
pórussal rendelkezik, a pórusok felülete néhány nagyságrenddel nagyobb, mint a szemcse
külső (burkoló) felülete. Az oxigén bediffundál a pórusokba, és oxidálja a pórusok belső
felületén lévő karbont.
Az illó anyagok szekvenciája [Basu]
Szénrészecskék az égés különböző fázisában [Basu]
3.2. Termokémiai elgázosítás
•
A fluidizációs elgázosítóban lejátszódó fizikai-kémiai folyamatok:
1./ Szárítás (a folyadékfázisú víz vízgőzzé válása): t>150 oC.
2./ Pirolízis (vagy részleges elgázosodás, devolatization): 230-350 oCon kezdődik (termikusan instabil komponensek (pl. lignin a
biomasszában, illékony anyagok a szénben), amelyek szétrobbantják a
szemcséket, és gázfázisba kerülnek más illékony összetevőkkel
együtt), ami jelentősen felgyorsul 700 oC felett.
Szén (vagy biomassza) + Hő  Faszén + Gázok + Gőzök vagy folyadék;
Szén (vagy biomassza)  koksz és hamu,
Faszén (char): szilárd, főleg karbont tartalmazó maradék,
(Könnyű) Gázok: CO, H2, CH4, CO2; a szintézisgáz-keverék fűtőértéke 3,510,0 MJ/Nm3;
– Gőzök vagy folyadék: poliaromás szénhidrogének és kátrány (nehéz
szerves és szervetlen molekulák fekete, viszkózus és korrózív folyadéka).
–
–
–
–
•
A faszén (char) égése (oxidációja) és a hidrogén oxidációja vízgőzzé
ellátja hővel az összes endoterm reakciót is.
Felszálló (updraft) elgázosító [Basu]
3. Elgázosodás az alábbi reakciókkal
C  H 2 O  H 2  CO  131,38[kJ / m ol C ]
12g / m ol  18[ g / m ol]  2[ g / m ol]  28[ g / m ol]  131,38[kJ / m ol C ]
1[kg]  1,5[kg]  0,17[kg]  2,33[kg]  10.948[kJ / kg C ]
CO2  C  2CO  172,58[kJ / m ol C ]
44g / m ol  12[ g / m ol]  58[ g / m ol]  172,58[kJ / m ol C ]
3,66[kg]  1[kg]  4,66[kg]  14.382[kJ / kg C ]
.
CO  H 2 O  CO2  H 2  41,98[kJ / m ol CO]
28g / m ol  18[ g / m ol]  44[ g / m ol]  2[ g / m ol]  41,98[kJ / m ol CO]
1[kg]  0,39[kg]  1,33[kg]  0,06[kg]  1.499[kJ / kg CO]
C  2 H 2  CH 4  74,90[kJ / m ol C ]
12g / m ol  4[ g / m ol]  16[ g / m ol]  74,90[kJ / m ol C ]
1[kg]  0,25[kg]  1,25[kg]  6.242[kJ / kg C ]
Szintézisgáz várható összetétele [térfogat %] [Basu]
Elgázosító közeg
Levegő
Oxigén
CO
16
28
H2
24
41
CH4
2
3
CO2
16
28
N2
42
0
Elgázosító technológiák [Gardmark]
Hőveszteség
Guascor
faelgázosító technológia
3623 kWth
13042 MJ/h
2437 Nm3/h
Gáztisztító és
kondicionáló rendszer
Elgázosító
η≈80%
Hamu
Primer
levegő
1000 kg/h biomassza
10% nedvességtartalom
4410 kWth
15876 MJ/h
Szárító
15%->10%
1060 kg/h
+
2600 kg/h faapríték
15%
nedvességtartalom
Gázmotor
FBLD 480
612kWe
Gázmotor
FBLD 480
612kWe
Füstgáz
728 kWt
Szárító
40% -> 15%
Pelletáló
2400 kg/h pellet
8%
nedvességtartalom
Gázmotorok
hulladékhője
1262 kWt
Hamukiégető
kazán
hője
Güssing faelgázosító kapcsolása [Koppatz]
A faelgázosító adatai
– Üzembe helyezés éve:
2002,
– Tüzelőanyag:
2,2 t/h,
– erdészeti faapríték (ω≈35 %),1-2 éves természetes
szárítás (tárolás, ω≈15 %)) után,
– Tüzelőhő-teljesítmény:
8 MWth (Hü=13 GJ/t,
ω≈28 %),
– Villamos teljesítmény:
2 MWe,
– Távhő-teljesítmény:
4,5 MWth,
– Villamos hatásfok:
0,25,
– Bruttó hatásfok:
0,81.
XYLOWATT faelgázosító [Dalimier]
MILENA faelgázosító [Vreugdenhil]
A termékgáz összetétele [térfogat % száraz]
Gyártó
Guascor
Güssing
MILENA
Hivatkozás
[Guascor]
[Koppatz]
[Vreugdenhil]
Elgázosító közeg
Levegő
Vízgőz
Vízgőz
CO
12-16
22-25
31,1
H2
10-12
35-45
26,2
CH4
4-5
10
12,5
CO2
10-18
20-25
19,9
N2
47-52
O2
1-3
CmHn
0,1-1,0
5,0
N2
4,5
Kátrány [g/Nm3]
2-5
Részecskék [g/Nm3]
10-20
THERMOSELECT hulladék-elgázosító technológia [Wilk]
THERMOSELECT integrálása a Lahti szénpor-tüzelésű fűtőerőmű gőzkazánjába [Wilk]
A plazma károsanyag-megszüntető hatása [Fourcault]
3.3. Hidrotermális elgázosítás
• Új, K+F technológia.
• Hidrotermális átalakítással (250 bar, 370 oC, 10 perc)
a lignocellulóz összetevők szuperkritikus nyomású
vízben
–
–
–
–
hidrolízissel,
széthasítással,
víztelenítéssel, kondenzációs reakciókkal,
Aldol kondenzációval
a szintézisgáz összetevőivé (CO2, CO, H2, CH4) alakíthatók
[Barbier].
Tipikus reakciók szuperkritikus vízben:
– Glükóz és víz (∆Ho=+37,9 kJ/mol):
C6 H12 O6  6H 2 O  6CO 2  12H 2
– Vanilin és víz (∆Ho=+87,3 kJ/mol):
C8 H8 O3  13H 2 O  8CO 2  17H 2
• A Baden-Würtenbergi Állami Egyetemen „herbage”
fű 14,1 % [tömeg %] szerves anyagot tartalmazott 81
[tömeg %] víz és 3,1 [tömeg %] (eltávolított) homok
mellett.
VERENA biomassza injektálása szubkritikus hőmérsékleten [Boukis]
Hirosimai Egyetem [Matsumura]
A termékgázok összetétele [Matsumura]
Jellemzők
Tojóbaromfi alom
Sertéstrágya
Szarvasmarha
alom
H2 [mol %]
37
25
45
CO [mol %]
<1
<1
<1
CH4 [mol %]
22
32
15
CO2 [mol %]
33
32
34
C2H4 [mol %]
C2H6 [mol %]
<1
5
6
4
SunCHem projekt [Vogel]
• A Paul Sherrer Institute (Lausanne) a napenergiát alkalmazza
SunCHem eljárásnál: az algák hidrotermális átalakítása biometánná (szintetikus földgáz, SNG).
• A két fő berendezésben lezajló folyamatok:
– Foto-bioreaktor:
CO2+H2O+hν → CH2O+O2
• CO2, H2O a légkörből tápanyag, H2O, CO2 a hidrotermális elgázosítóból
vissza a reaktorba, de kiegészítő vegyszerek is szükségesek az O2kilépéshez („termeléshez”) mellett.
• ♦ Hidrotermális elgázosító: CH2O → CH4+CO2
– A nedves alga hidrotermális elgázosítása CH4 keletkezésével és a
tápanyag a foto-bioreaktorba való visszaadásával.
• A mikroalgák nyitott tavaknál 30-150 t szárazanyag/ha termésre
képesek, az eddig megvalósult telepeken 30 t száraz
anyag/haév.
• Abban az esetben gazdaságos, ha költsége <20 EUR/GJü.
SunCHem folyamat [Vogel]
Foto-bioreaktor [Brandenberger]
A mikroalgák lehetőségei [Rösch]
•
Technikai változás:
– Génmanipulált mikroalgák (génforrás → mérnöki szempontok →
baktériumtörzsek);
– Tömeges algaművelés fény-hatékony, kis költségű rendszerek
fejlesztésével (nyitott medencék, csöves és FPA foto-bio-reaktorok);
– Mikroalgák aratása hatékony, sokoldalú eljárásokkal a híg szuszpenzióból
a biomassza koncentrálása, az algatermékek kivonása és tisztítása.
•
Gazdasági változás:
– Mikroalgák termelési költsége:
• 4-23 EUR/kg biomassza [Wijffels, 2008],
• 3 EUR/l olaj [US Védelmi Minisztérium, 2007].
– Jövedelmek:
•
•
•
•
•
bio-üzemanyag,
értékes melléktermékek,
ÜHG csökkentése,
hulladékvíz-kezelés,
nettó trágyaérték nirogénkötő-algák esetén.
A mikroalgák aratása, bio-pelyhesítés, fejés
Ökológiai változás, pozitív energiamérleg:
A CO2 visszanyerése erőművi és ipari füstgázból
Ökológiai követelmények, táplálkozási változás:
A táplálék felvételének javítása, a szennyvíz táplálékának
újrahasznosítása, nitrogénkötő cianobaktériumokkal (kék, zöld alga)
szimbiózisban élő mikroalgák kitenyésztése
Ökológiai változás, a termőföld felhasználhatósága:
A föld termőképességének rendelkezésre állása és fenntarthatósága a
mikroalgák tömegtermelése mellett
Multifunkciós algabázisú termelés [Rösch]
3.4. Pirolízis, cseppfolyósítás
• Pirolízis a tüzelőanyag melegítése levegő- vagy oxigén teljes
hiányában. A pirolízis-termékek: faszén, bio-olaj és termékgáz.
• Gyors pirolízis: a biomassza felmelegítése a lehető
leggyorsabban (~1s) gondosan ellenőrzött hőmérséklet (~500
oC) mellett, majd a termékek lehető leggyorsabb (<2 s) lehűtése.
• Az eredmény 75 m% folyadék, bio-olaj, 12 m% faszén és 13 m%
gáz kihozatal mellett, aminek előnyei:
– Közvetlen folyadék termelése (tüzeléstől és gázosítástól eltérően);
– A folyadék a szilárddal szemben előnyösebb a kezelés, tárolás és
szállítás területén;
– Az endoterm folyamatok (tüzeléstől és gázosítástól eltérően)
hőbevitelt igényelnek, de a folyamat energetikailag önfenntartó a
melléktermékek (faszén, termékgáz) eltüzelésével;
– A biomassza jellemzői fontosak a folyadék kihozatalának és
minőségének meghatározásánál;
– Sokoldalúbb felhasználás.
A gyors pirolízis koncepciója, a termékek sokfélesége [Bridgwater]
Számos decentralizált gyors pirolízis üzem + központi üzemanyag-feldolgozó
TECHNOFIN termo-katalitikus pirolízis
• Induló K+F projekt, aminél a felhasználni kívánt
biomasszák:
– eredeti biomassza,
– autó fluff (autó hulladék és fém visszanyerés után
visszamaradt könnyű maradék),
– poliaminok (alumínium/műanyagok),
– poliolefin műanyagok,
– városi hulladék biológiailag lebomló szárított frakciója.
• A pirolízis-termékek gáz-gőzturbinás kombinált
erőmű tüzelőanyagaként szolgálnak.
– A biomasszák pirolízise elgázosításra irányul, a termékgáz
gázturbina égőterében való hasznosításával,
– míg a maradék faszén és kátrány eltüzelése a gőzkazán
tűzterében, ahová a gázturbina füstgázát is bevezetik,
– a termelt gőz gőzturbinában expandál.
TECHNOFIN gáz-gőzturbinás kombinált erőmű [Moriconi]
Pirolízis forgó kemencében [Kern]
A forgó kemence feladata a biomassza illó frakcióinak szétválasztása és együtttüzelése a széntüzelésű
gőzkazánban, a Cl, K, Na-ban feldúsult faszén-frakció pirolízise
A biomassza gyors pirolízise és vízgőzzel való reformálásának folyamatai [Westerhof]
Pirolízis olaj
finomítás
Vizes frakciójú
finomítás
Biomassza
Biomassza
Biomassza
Pirolízis olaj
Pirolízis olaj
Pirolízis olaj
Finomító
Syngas,
hidrogén
vízgőz
szétválasztás
Vizes
frakció
Nehéz
frakció
Finomítás
Feljavítás
hidrogén
Együttes
finomítás
Könnyűbenzin
finomító
Syngas,
hidrogén
vízgőz
Az olaj vízgőzzel való reformálásának kétfokozatú koncepciója
1./ A pirolízis-olaj atomizálása (500-850 oC), elpárologtatása,
katalizátor fix ágyon, szintézisgáz keletkezik. „Szétkapcsolás”
mindkét fokozatban és megvizsgálni a szén eloszlását a
termékekben.
2./ Pirolízis olaj atomizálása (H2, CH4, CO, CO2, C2+ képződés, 850
oC-tól elgázosítás), elpárologtatása, amiből gőzök, gázok és
faszén keletkezik.
– „Szétkapcsolás” mindkét fokozatban és megvizsgálni a szén
eloszlását a termékekben.
– Az atomizálás/elpárologtatás a hőmérséklet (500-850 oC)
függvénye (9 % faszén-tartalomnál a hőmérsékletnek nincs
hatása).
– A faszén a hőáram szabályozásával minimalizálható.
• A 360 oC hőmérsékletű olajnál legkisebb a faszén-képződés,
maximális a gázkihozatal, és kulcskérdés az olajban jelenlévő
oldhatatlan frakciók mennyisége.
4.1. Anaerob lebontás (digestion)
•
•
Anaerob lebontás: A szerves anyagok bomlása levegő hiányában baktériumok hatására.
A baktériumok lebontják a szerves anyagot és metánból (50-70 %) valamint szén-dioxidból
(50-30 %) álló gázkeveréket termelnek más gázok nyomkoncentrációival.
–
–
•
•
A biogáz fűtőértéke 17-25 MJ/Nm3.
Az átalakítási tényező általában 40-60 %. A folyamat a természetben is lejátszódik (pl. mocsárgáz,
szemétgáz, szarvasmarha bendő).
Szerves anyag + anaerob baktériumok + enzimek → biogáz (CH4+CO2) + iszap.
Feltételek:
–
–
Nedvesség: >50%;
Hőmérséklet:
•
•
•
–
–
–
–
–
–
–
(Pszikrofil <30°C),
Mezofil 30-40°C – kevésbé érzékeny,
Termofil 40-55°C – nagyobb gázkihozatal;
Tartózkodási idő: 15 – 100 nap;
pH≈7,5;
Tápanyag: optimálisan 1-3 kg sza./Nm3gáz/nap;
Segédanyagok: oldott nitrogénvegyületek, ásványok, nyomelemek – trágyában megtalálható;
Optimális C:N arány: 20:1 – 40:1;
Fertőtlenítőszerek és antibiotikumok minimalizálása;
Állandó körülmények (T, pH).
Az anaerob lebontás négy szakasza [Born]
Komplex szerves anyagok
1 hidrolízis,
2 savképződés
3 ecetsavképződés,
4 metánképződés
(szénhidrátok, proteinek, zsírok)
1
Oldható szerves molekulák
(cukrok, aminosavak, zsírsavak)
2
Illékony zsírsavak
3
Ecetsav
4
CH4, CO2
H2, CO2
4
CH4+CO2 gázkeverék
LAB
DEP
LAB
DEP
BIO
LAB
SZV
0.35
2
szükséges O arány, mol/
számítás: tömeg egyenlõség
0.3
0.25
0.2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
CO2 arány, mol/mol
0.5
0.6
0.7
1
0.9
0.8
0.7
0.6
CH4 arány, mol/mol
0.5
0.4
0.3
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
sûrûség, kg/Nm3
35
30
25
fûtõérték, MJ/Nm3
20
15
10
Az anaerob lebontás négy szakasza
1./ Hidrolízis: a szerves anyag nagy molekuláit kezdetben „szétrobbantja” a víz,
proteinek, szénhidrátok és lipidek keletkeznek, amelynek reakciója
AB+HOH → A-OH + H-B.
2./ Savképződés: A hidrolízis illó savakat (pl. propion), aminosavakat és glükózt
(egyszerű cukrot), hosszúláncú zsírsavakat állít elő.
3./ Ecetsav-képződés: Ezek a savak ecetsavvá alakulnak savképző baktériumokkal,
miközben hidrogént és szén-dioxidot termelnek:
C6H12O6 (glükóz) + 2H2O → 4 H2+2CH3COOH (ecetsav) + 2CO2.
4./ Metántermelés: A baktériumok „feltárják” a savasítás termékeit és metánt
termelnek az alábbi reakciókkal:
CH3COOH → CH4 + CO2,
4H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O.
• A savképződés és metántermelés a hidrogén és ecetsav gátló baktériumokkal
szimbiózisban történik, ezért az ő felhasználásuk a metántermelő baktériumok
mellett hasznos.
• Az átalakítási tényező nagy, a glükózban tárolt energia ~90 %-a átvihető a
metánba.
Nyírbátor 2,5 MWe
4.2. Erjesztés (fermentation)
• Az erjesztés (fermentálás): enzimek vagy
mikroorganizmusok által okozott átalakítási
folyamatok.
• Etanol (EtOH)-2G biotechnológiai gyártása:
Egyfokozatú erjesztés
VER
E
Biomassza
előkezelés
Biogáz
Metánkeletkezés
60% CH4
40% CO2
Q
távhő
GM
FK
2G NILE projekt [Monot]
2G BIOLYFE projekt [Chiaramonti]
enzimek
víz
biomassza
előkezelés
betáplálás
gőz
Hidrolízis +
fermentáció
visszanyerés
EtOH
Kazán +
generátor
gőz
Villamos
energia
víz
2G HYVOLUTION projekt [Wukovits]
Hidrogéntermelő folyamat
A lebontás és erjesztés integrálása [Ljunggren]
1. szakasz
Fotofermentáció
Sötét
fermentáció
2. szakasz
H2
Végtermék
H2
Savak + H2
Metán
H2 + Metán
Cukrok
Metán
Anaerob
lebontás
Metán
Az integrált folyamat
• Hidrogéntermelés: A sötét fermentáció a szaharidot
hidrogénné és savakká, a foto-heterotropikus
fermentáció a savakat hidrogénné alakítja.
• Metántermelés: Az anaerob lebontás a szerves
anyagokat metánná alakítja.
• Az integrált folyamatok:
– Előkezelés: kiinduló nyersanyag: nedves krumplihéj
(keményítő-bázisú), cseppfolyósítás, cukrosítás;
– Gázkezelés: Amin (DEA) abszorpció;
– Termofil fermentáció (ThF): 70 oC, hőhasznosítás (befolyó az
elfolyóval); AnD termékgáz eleresztése, ha a H2 parciális
nyomása >20 kPa, kiegészítő CO2 adagolással;
– Anaerobic lebontás (AnD): 35 oC, felszálló anaerob iszap
takaró.
A biológiai integrált metán- és hidrogéntermelő folyamat [Ljunggren]
Kétfokozatú erjesztés [Osaka]
ételmaradék
ártalmatlanítás
cseppfolyósítás
etanol
enzimek
Szimultán
édesítés és
erjesztés
desztilláció
Q
E
Metán
keletkezés
Biogáz
60% CH4
40% CO2
GM/FK
Iszapkezelés
(együtttüzelés erőműkazánban
SEKAB projekt [Linstedt]
Lignocellulóz
Előkezelés
Enzimes
hidrolízis
Erjesztés
Desztilláció
Szilárd
anyag
Energia
Kapcsolt
energiatermelés
Etanol
Oldott
anyag
biogáz
Anaerob
kezelés
Alternatív felhasználás
pl. üzemanyag
5. Extrahálás (kivonás)
• Az olajos növényekből az olajok kivonása, majd
észterezés után bio-dízel (RME) előállítása.
Növényfajták
például
Technológiák
Pálma, repce,
napraforgóolaj
Nádcukor, manióka,
cukorrépa, cukorcirok,
burgonya, csicsóka
Extrahálás,
kivonás
Erjesztés,
desztilláció
Szerves
hulladékok
Anaerob
rothasztás
észterezés
Üzem- és
tüzelőanyagok
Növényolaj
RME
Etanol
Metán
(biogáz)
6. Bio-üzemanyagok
•
•
•
Jelenleg a mezőgazdasági terményekből (gabona, olajos magvak) első generációs bioüzemanyagok (bio-dízel, bio-etanol) elterjedése folyik, ismerve a korlátozott
költségcsökkentési lehetőségeket és elfogadva tanulási periódus szükségességét
[Pelkmans].
A ligno-cellulóz tartalmú mezőgazdasági új termékekből (pl. fű), melléktermékekből és
erdészeti maradékokból második generációs bio-üzemanyagokat (FT-dízel, etanol, DME
(CH3-O-CH3), szintetikus földgáz (SNG)) kívánnak előállítani. Ennek kutatása megkezdődött
a kőolaj-feldolgozók és autógyártók részvételével.
A szintetikus üzemanyagok kémiailag azonosak, és teljesen összeegyeztethetők a
hagyományos dízellel és benzinnel. A biomassza szintézisgázából az alábbi termékek
állíthatók elő [Dinjus]:
–
–
–
•
•
Fischer-Tropsch (FT) szintézissel és finomítással: viasz, dízel, benzin, LPG, gáz, stb;
CO2 és CO leválasztással: vagy hidrogén, vagy metán (SNG);
metanol szintézissel és további feldolgozással: DME, propilén, etilén, dízel, benzin, stb.
Az új igényeknek (pl. a kibocsátási szabványoknak) megfelelően alakítható az új
belsőégésű motorok koncepciója. A bio-üzemanyagok alapanyagának széles választéka
jelentős CO2-kibocsátáscsökkentő potenciált ígér.
A fosszilis, bio-üzemanyag, hibrid-, villamosenergia-hajtás átmenetet az elkövetkező 15-20
évben biztosra veszik, ami kb. húsz év múlva a villamosenergia-rendszer termelői (minél
nagyobb részarányban karbon-mentes villamos energia) és fogyasztói oldalának (otthoni
(éjszakai) „akkumulátor-feltöltés”) átalakítását is igényli majd.
Második generációs (2G) bio-üzemanyagok bevezetése [Pelkmans]
Második generációs (ligno-cellulóz bázisú) üzemanyagok [Pelkmans]
Bio-üzemanyag
Jellegzetes bio-üzemanyag
Termelési folyamat
Bio-etanol
Cellukóz-etanol
Biokémia: enzimes hidrolízis
és erjesztés
Szintetikus bio-üzemanyagok
Fischer-Tropsch (FT) dízel
Bio-metanol
Di-metil-éter (DME)
Nehéz alkoholok (butanol és
nehezebb)
P-sor (etanol + MTHF stb)
Termokémia: Elgázosítás és
szintézis
Bio-dízel (1-2. generáció)
zöld pirolízis dízel
H-bio
Termokémia: Pirolízis
Hidrogénezés (finomítás
kiegészülve növényi
olajokkal)
Metán
Bio SNG (földgáz)
Termokémia: Elgázosítás és
szintézis
Bio-hidrogén
Hidrogén
Termokémia:
Elgázosítás és szintézis
Biológia
A szintetikus üzemanyagok kémiai eljárásai [Dinjus]
Bio-folyadék gyártás folyamatsémája [Dinjus]
A szintetikus üzemanyag előállításának energia- és tömegmérlege [Dinjus]
3G Bio-SNG 7 projekt [Seiffert]
3G Megújuló földgáz (RNG) előállítása és felhasználása [Bush]
A megújulóföldgáz-üzem alap konfigurációja [Bush]
Biomassza
1450 t
50% nedv.tart.
3700 MWh
800 t CO2
Faszárítás
a,
610 MWh
Elgázosítás
b,
300 t O2
a, fa szárítása 20% nedvességtartalomig
b, szintézisgáz-tisztítással és víz-gáz reakcióval
c, kompresszióval és savtalanítással
d, 94% metán, 53 bar, égéshő: 35,5 MJ/m3
Metanizáció
c,
1,2 MWh
RNG
300 000 m3
2700 MWh
Biomassza-átalakítási hatásfokok [Bush]
Energiaátalakítás
Hatásfok [%]
Gőzerőmű (E)
20-30
Belsőégésű motor (W)
25-37
Kombinált gáz-gőz erőmű (E)
35-50
F-T dízel (Qü)
35-45
Megújuló földgáz (Qü)
50-68
Összefoglalás
•
•
A többféle biomasszából három szekunder energiahordozó (üzemanyag, hő és villamos
energia) valamint kémiai anyagok állíthatók elő.
A ma mezőgazdasága energia- és üzemanyag-felhasználó, ezért üvegházhatású gázokat
(ÜHG) kibocsátó, élelmiszer-termelő ágazat. A holnap mezőgazdasága kis (vagy negatív)
karbon-tartalmú energiát felhasználó, egyre több élelmiszert előállító ágazat lesz, aminek
„megoldása” zárt hurkú („zérushulladékú”) rendszer:
–
–
–
•
A biomassza alapanyagok
–
–
•
•
input: ÜHG kibocsátás,
output: ezt „megkötő” élelmiszertömeg a felhasznált energia és üzemanyag levonásával.
(A fosszilis üzemanyag referencia értéke 83,8 g CO2ekv/MJü.)
egyrészt „szűkülnek” – az élelmiszer elsődlegessége mellett – a ligno-cellulóz alapú mezőgazdasági
(pl. szalma, kukoricaszár), erdészeti (pl. vágástéri hulladék) melléktermékekre, (ha kiépülnek az
ültetvények) a termesztett energianövényekre,
másrészt „bővülnek” (pl. nagyvárosokban a válogatott hulladékok, ételmaradékok, ipari hulladékok,
a tengermelléki országokban az algákkal).
A biomassza átalakításának növekvő hatékonyságát az eljárások kombinációjától, több
szakterület (mezőgazdaság, hő- és villamos energetika, olajfinomítás, biokémia, stb.)
kooperációjától, szakismeretük „egyesítésétől” várják.
A fenntartható energetika egyik lehetősége jó mezőgazdasági adottságaink kihasználása a
hazai energetikai biomasszák termesztésére, nagyvárosaink hulladékainak
ártalmatlanítására, mint primer energiahordozók, amikből szekunder energiahordozók
állíthatók elő. Ehhez mind a mezőgazdasági termelők szemléletének (melléktermékek
begyűjtése, tárolása), mind a nagyvárosi lakosság (hulladék, mint nyersanyag elfogadása)
hozzáállásának megváltozása szükséges!