Biomassza

1. Biomassza Dr. Dióssy László c. egyetemi docens

2. Biomassza Definíció:Elhalt szerves anyagok tömegének összessége,melyek fotoszintézissel vagy organizmusok átalakító tevékenysége révén jönnek létre, illetve ezek melléktermékei, kivétel az emberi test. A megújuló energiahordozók legnagyobb bázisát jelentik

3. Biomassza használat előnyei és hátrányai • Kéntartalma minimális, általában 0,1 % alatt van, sokkal kevesebb kéntartalmú gáz keletkezik, mint a szén égetésekor → csökkenthetők a savas esők • Kevésbé környezetszennyezőek. Csak annyi CO₂-t juttatnak a légkörbe, amennyit a zöld növények előtte megkötöttek • Kisebb az energiasűrűsége → begyűjtés, szállítás, tárolás jelentős költségtényező • Égetőberendezések nagy beruházási költséggel járnak

4. Biomassza használat előnyei és hátrányai • Hamutartalma 2-8 %, amely közvetlenül felhasználható talajjavításra, káliumtartalmánál fogva felhasználható a talajerő visszapótlásban • Alkalmazásával elősegíthető a fenntartható fejlődés és kímélhető a Föld fosszilis tüzelőanyag tartaléka

6. Biomasszák csoportosítása • Primer (lignocellulózok):Fotoszintézissel létrejövő anyagok (növények, fa) és azok hasznosításának melléktermékei (szalma) • Szekunder (állati biomassza és termék):Primer biomasszák és élőszervezetek közreműködésével létrejövő szerves anyagok, állati zsírok, termékek (tej, tojás), hús(fehérjék) stb. • Tercier:Primer és/vagy szekunder biomasszák hasznosítása során létrejövő anyagok (trágya, szerves hulladékok, szennyvíziszap, cefre, bőr, szőr, vér , élelmiszer maradvány stb.)

7. Biomasszák összetétele • H₂O • Szerves vegyületek (C, H₂), magas energiatartalom, melynek felszabadítása oxidációval, fermentációval, erjesztéssel, pirolízissel • Ásványi anyagok

8. Fotoszintézis • Az ökoszisztémában létrejövő szervesanyag-mennyiség a zöld növények által a fotoszintézis során a Nap sugárzó energiájából átalakított és megkötött kémiai energia→ transzformált napenergia

9. Lignocellulózok • Fotoszintézis:

10. Primer biomasszák eredetük szerint • Erdőgazdasági • Mezőgazdasági • Ültetvényi (pl. energia ültetvények)

11. Energetikai ültetvények Teljes lignocellulóz produktum energetikai hasznosításra kerül  Lágyszárú növények Egynyáriak (energiakender, triticale stb.) Évelők (energiafű és nád) • Fás-szárúak Faültetvények Cserjék (energia fűz stb.) Nemesített fa(nemesnyár stb.) Energiaerdő gyorsan növő fafajokkal (akác, bálványfa)

12. Miscanthus energiaültetvény

13. Energianyár

14. Biomassza energetikai hasznosítása • Termikus hasznosítás • Tüzelés • Pirolízis • Biogáz előállítása

15. Legfontosabb anyagjellemzők a tüzeléshez • kémiai, vegyi összetétel • nedvességtartalom • égéshő, fűtőérték • hamutartalom

16. Jellemző nedvességtartalomfáknál (u%) • Élőnedves 40-47 % • Természetes száraz 25-30 % • Légszáraz 15-20 % • Szárított 9-12 % • Abszolút száraz 0 %

17. Nedvességtartalom és fűtőérték • A nedvességtartalom és a fűtőérték fordítottan arányos mennyiségek. Minél több vizet tartalmaz a fa, annál kisebb lesz a fűtőértéke, mivel a víz égési folyamat során elpárolog.

18. Égéshő, fűtőérték • Éghető anyagok a biomasszában • C, H, S • Égéshő: 1 kg abszolút száraz tüzelőanyag tökéletes elégése során felszabaduló hőmennyiség (J/kg) • Fűtőérték: 1 kg tüzelőanyag elégetése során felszabaduló hőmennyiség, csökkentve a tüzelőanyag víztartalmának elpárologtatásához szükséges hőmennyiséggel (J/kg)

19. Fa és más lignocellulózok fűtőértéke légszáraz állapotban

20. Hamutartalom A biomassza elégetése során visszamaradó ásványi eredetű anyagok összessége (a fa ásványi anyagaiból keletkező oxidok és a farészekben lévő szennyeződések). Értéke: 0,2 – 14 % H% = 100×H/A A = elégetett tüzelőanyag H = visszamaradt hamu tömege

21. Biomasszák energetikai hasznosításánál vizsgálandók Füstgázelemek képződése: SOx, NOx, HCl, PCDD Korróziót okozó emisszió: Al, Si, K, Na, Ca, Mg, Fe, P Aerosol emisszió: Ti, As, Ba, Cd, Co, Cu, Cr, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, V, Zn

22. Előkészítés tüzeléshez • darabolás • aprítás • őrlés • tömörítés • bálázás • kötegelés • brikettálás • pelletálás

24. Pellet Energetikai koncentráció 10-25 mm-es tömörítvény Nagy sűrűség, tömörség Fajtái: fapellet (fűrészporból, forgácsból) agripellet (szalmából, energiafűből) Hamutartalom: 1- 10%) Hőértéke: 16,5-18,5 MJ/kg 2kg pellet=1m³ földgáz

26. Biobrikett Energetikai koncentráció Sajtolt, henger vagy tégla alakú tüzelőanyag Alapanyaga: fűrészpor, faforgács, faőrlemény Hőértéke: 16-19 MJ/kg Hamutartalom: 1-2%

27. Biomassza tüzelés és a környezet kapcsolata

28. Tüzelőberendezések fajtái Kisteljesítményű lakossági célú készülékek kályhák, kandallók hőlégfúvók központifűtés-kiskazánok Közepes teljesítményű hőtermelők üzemi célra Kommunális hőszolgáltatók távhőszolgáltatáshoz és HMV szolgáltatáshoz kogenerációkhoz (kapcsolt hő és vill. en.) Biomassza bázisú erőművek

29. Kétaknás fatüzelésű kiskazán

30. Nagykazán • tüzelőanyag-betoló • primerlevegő ventillátora • mozgórostély-tér • salakürítő lap • salakkamra • terelőlap és szekunderlevegő - fúvókák • hőcserélő

31. Alapvetések Fűtőérték: Az a hőmennyiség ami 1 kg tüzelőanyagból kinyerhető 1 m³ gáz fűtőértéke 34 MJ 1 kg biomassza fűtőértéke 16 MJ 2kg biomassza= 1m³ gáz Ár: biomassza 15 Ft/ kg 30 Ft értékű biomassza kivált gáz 100 Ft/m³ 100 Ft értékű gázt DE a biomasszás beruházási költség háromszorosa a gázénak 100 kW pelletkazán ára: 1,5 millió Ft gázkazán ára: 0,5 millió Ft 1 MW biomasszakazán ára: 20-25 millió Ft 1 MW gázkazán ára: 6-7 millió ft  A biomassza fűtésnél igen jelentős elektromos áram és munkabér költségtöbblet jelentkezik Átlagosan a biomassza fűtés 30-40 %-kal olcsóbb a gázfűtésnél

32. Alapvetések II. A mai korszerű gázkazánok hatásfoka 90-95%, ami igencsak jónak mondható. Hogyan számolják ezt ki? Minden anyagnak van egy úgynevezett égéshője, ami az adott fűtőanyag teljes hőenergiájátjelenti, valamint van fűtőértéke, ami az érzékelhető hőenergiamennyiségét jelenti. Égéshő > Fűtőérték A kazánok hatásfokát úgy számolják ki,hogy a fűtőértéket veszik alapul, az egyébként is eltávozó hőenergiamennyiségével nem számolnak. Pl.: Ha 1 egység tüzelőanyag égéshője 100, de az égés során óhatatlanul távozik felhasználatlan energia, mondjuk 15, akkor az adott fűtőanyagunk fűtőértéke 85 lesz. Ezt a fűtőértéket a kazánok hatásfokának számításakor 100-nak veszik! Tehát ha ezt a megmaradt 85-öt a kazán 90%-ban ki tudja használni, akkor értelemszerűen 90%-os hatásfokkal fűt. Igen ám, csakhogy a kondenzációs kazán az eltávozó hőt is megfogja, amivel eddig nem számoltak. Megforgatja még egyszer a fűtési rendszerben, kisajtolva belőle az utolsó csepp hőenergiát is. Így ha a 85-öt vesszük alapul úgy gondolkodva, hogy a 15 egyébként is elmenne, nos ehhez a számhoz képest a kondenzációs kazán akár 108%-os hatásfokot is elérhet. Ne csodálkozzunk tehát, ha egy prospektusban azt olvassuk, hogy a kondenzációs kazán több mint 100%-os hatásfokkal fűt. Forrás:: http://www.epitesiportal.hu/cikkek/kondenzacios-kazan_14.php

33. Beruházás • Általános elv, hogy a biomassza tüzelésre alkalmas kazán bekerülési költsége mintegy 2,5 – 3,5-szerese az ugyanolyan hő teljesítményű földgázt használó kazán árának. • A biomassza kazán tényleges bekerülését azonban befolyásolja: • A szükséges hőhordozó (levegő, melegvíz,gőz) • A tüzelőanyag fajtája (faapríték, lágyszárú bálafűtés, pellet, egyéb tüzelhető hulladék, esetleg kevert fűtés) • A kazán kapacitása (A nagyobb kapacitású kazánok fajlagos - MW-ra, vagy kW-ra vetített költsége - általában alacsonyabb) • A biomasszára való átállás a kazánon túl azonban még egyéb beruházást is szükségessé tesz: • A fogyasztóhoz való csatlakozás kiépítése • A tüzelőanyag előkészítő berendezései (bálabontó-aprító, esetleg szárító, adagoló) • Tüzelőanyag tároló építmények • Anyagmozgatás (bálák mozgatása) • A hőhordozó eljuttatásához szükséges infrastruktúra (vezetékek) • Esetleg hő leadó berendezések • Elektromos csatlakozások kiépítése • A beruházás teljes összege tehát a kazán árából és a kiegészítő berendezések bekerüléséből, valamint a hozzá kapcsolódó szerelési munkák ellenértékéből tevődik össze

34. Megtérülést befolyásoló tényezők • A hőszükséglet jellege. • A hektikusan változó hőszükséglet nehézzé teszi a szükséges kazán nagyság meghatározását. A telepítendő kazán kapacitásával arányosan (nem egyenes arányban) növekszik a kazán ára is. Amennyiben a maximális hőigényre méretezzük a kazánt az önmagában drága beruházást jelent, továbbá: • Az üzemidő nagy hányadában csak a kapacitásának töredékével üzemel és emiatt: • Növekszik a fajlagos tüzelőanyag fogyasztás így növekszenek az üzemeltetés költségei is • Romlik a kazán emissziója, ami környezetvédelmi problémát is jelenthet • Erősen változó hőigény esetén célszerű meggondolni, hogy ne törekedjünk a teljes hőigény kiváltására. A csúcsigényt (és a nagyon alacsony igényeket) ilyen esetekben célszerű lehet továbbra is gázzal biztosítani. A kazánt viszont úgy méretezzük, hogy az üzemidő alatt a kapacitásának legalább 55-60%-a mindig ki legyen használva. • A beruházás összetétele. • A kazán beállítása mellett mindig szükség van egyéb berendezésekre is. Az egyéb berendezések mennyisége (ára) nagyon különböző lehet attól függően hogy: • Hány egységbe kell a hő szükségletet biztosítani. (csatlakozó berendezések) • Kell e az alap hőhordozóból származó hőt „konvertálni” (hőcserélők beépítésére szükség van e?) • Milyen távolságra kell az alap, vagy a másodlagos hőhordozót vezetni • Mennyi új hő leadó berendezésre van szükség • Milyen egyéb kiegészítő, vagy infratruktúrális berendezésekre van szükség (út, tároló épület kazánház, stb.) • A helyi adottságok figyelembevételével a kazán értéke a beruházás összes értékéhez viszonyítva 28-70% is lehet. (az első érték azt jelenti, hogy a beruházás teljes bekerülése a kazán értékének közel négyszerese • Ezek a tényezők a megtérülés szempontjából meghatározók.

35. Konklúziók • A földgáz által előállított hő biomassza felhasználásával való kiváltásának gazdaságosságát sok tényező befolyásolja, de legnagyobb súlya a kazán teljesítmény kihasználtságának van. • Általánosságban állíthatjuk, hogy amennyiben éves átlagban a kazán által szolgáltatható hőnek (egy műszakot kb. 3 000 órát alapul véve) legalább 40%-át nem használjuk fel, úgy a beruházás csak támogatottan lesz gazdaságos. • A gazdaságosság szempontjából további jelentős tényező az, hogy az adott projekt egészéhez viszonyítva milyen arányt képvisel maga a kazán, mint termelő beruházás. Ha a kazán értéke a beruház egészéhez viszonyítva nem éri el a 40%-ot az a beruházás valószínűsíthetően csak támogatással lesz gazdaságos. • Fontos tényező a felhasználni kívánt biomassza ára (önköltsége) illetve minősége (fűtőértéke). 16 000 Ft/t biomassza árnál magasabb, illetve 13 GJ/t fűtőérték alatti biomassza használata általában veszélyezteti a beruházás gazdaságosságát. • A gazdaságosság szempontjából kedvezőtlen a hőigény nagy ingadozása. • A földgáz kiváltása gazdaságossága szempontjából legkedvezőbb a nagy hő igényű folyamatosan működő feldolgozó üzem.

36. Biogáz Biohulladékok környezetterhelésének csökkentése a jelentős mennyiségű megújuló energiaforrás kihasználásával , Mo. biogáz potenciálja: 25-48 PJ/év Fermentáció:anaerob körülmények közötti biológiai lebontás baktériumok segítségével • Fermentáció során keletkezik: • Biogáz (64% CH4, 36% CO2)Energiatartalma: 23 MJ/m3 • Maradék szilárd anyag • A biogáz hőtermelésre, ill. gázmotorban elégetve villamos és hőenergia termelésre hasznosítható

37. Biogázgyártás alapanyagai • kommunális hulladékok • kommunális szennyvíziszap • élelmiszer ipari hulladékok • vágóhídi hulladékok • szerves trágya és ezek kombinációi

40. Biogáz tisztítása • A biogáz tisztítása a biogáz alkalmazásának lehetőségeit javítja, fűtőértékét növelik. A minőség javításában a metánon kívüli gázok eltávolítását kell megoldani. • A gázt mosókon vezetik át a szén-dioxid és egyéb, főleg kéntartalmú gázok lekötése céljából.

41. Biogáztermelő akna

42. Nedves (sz.a.< 12%) biogáz-technológia

44. Kisteljesítményű gázturbinák (24kW) párhuzamos üzemmódban.

45. Biogáz előállítás technikai fejlesztése • Alapanyagok optimális keverése • Modulrendszerű biogáztelep építés • Álló vagy döntött rendszerű fermentor alkalmazása

46. Bio üzemanyagok Olyan üzemanyagok, melyeket növényi vagy állati biomasszából állítanak elő Megújuló energiaforrások, CO₂ kibocsájtása az égetés során nem több mint ami a biomassza alapanyagban megkötésre került Fajtái: Biogáz Biodízel alapanyag repce, napraforgó Mo. 150 000 t/év Bioetanol alapanyag kukorica Mo. 128 000 t/év Hungrana Szabadegyháza, új üzem Dunaföldváron

47. Biodízel • 250 kg repce vagy 500 kg szójamagból 100 kg olaj nyerhető • A kisajtolt növényi olaj egyszerű kémiai reakcióval alakul át biodízellé, vagy kémiai nevén növényi metilészterré (PME). A növényi olaj feltárása katalizátor (pl. kálilúg) segítségével történik kb. 20% metilalkohol hozzáadása mellett.

48. Biodízel előnyei, hátrányai • Előnyei: kipufogógáz összetétele kedvezőbb, mint a dízelolaj-emisszióé: kevesebb szénmonoxidot, 80%-kal kevesebb széndioxidot, kevesebb szénhidrogént és kormot tartalmaz, kéndioxidot (a savas eső egyik forrása!) gyakorlatilag nem, csupán nitrogénoxid-tartalma nagyobb. • Hátránya: megtámadja a gumitömlőket, ezért a vele érintkezésbe kerülő vezetékeket polietilénre vagy fémre kell kicserélni.

49. Bioetanol=etil alkohol • Előállítása során először egy enzimet adnak a betakarított, összeaprított növényekhez, hogy elinduljon az erjedés folyamata és fermentált cukorrá alakuljon az alapanyag. Ezután élesztőt adnak a masszához, aminek hatására a cukor alkohollá és szén-dioxiddá alakul. A folyékony fázis desztillálásával nyerik az etanolt. • A bioetanol motorhajtásra benzinhez kevert 20 %-ig alkalmazható; az optimális arány 85:15.

50. Bioetanol • A tiszta bioetanol is alkalmas üzemanyagként, de ehhez a belsőégésű motorokat át kell alakítani és az üzemanyagtartályt is meg kell növelni, mert az etanol energiatartalma kisebb a benzinénél (1 liter etanol = 0,65 liter benzin), ezért ugyanakkora távolság megtételéhez több etanol kell, mint benzin. Az etanol üzemű járműveknél azt is meg kell oldani, hogy az alkohol festék-, gumi- és műanyag-alkatrészekkel ne kerüljön érintkezésbe. • Hagyományos kocsiba 5%-nál több bioetanol nem tankolható.