hasznosítható potenciálja, napenergia - biomassza - szélenergia - vízenergia - geotermikus energia
4. fejezet - A megújuló energiaforrások
4.2.6. A biogáz termelés, a biogáz felhasználása [4]
4.2.6.5. A biogáz termelés és a környezetvédelem [2] [3]
• Biogáz technológiával csökkenthető az üvegházgázok légköri koncentrációja Szén- dioxid (CO2)
Az erjesztés során keletkező metángáz elégetésével hő, vagy villamos energia nyerhető, melynek során CO2
keletkezik. Ez a CO2 annyiban nem járul hozzá az üvegházhatáshoz, hogy a növények a növekedésükhöz szükséges szén-dioxidot a légkörből veszi el. Az energiatermelésnek ezt a formáját CO2 semlegesnek nevezik, mivel semmi más CO2 emisszió nem keletkezik, mint például a fosszilis tüzelőanyagok égetésénél. A CO2
emissziót illetően a komposztálás és az erjesztés közötti energia-összehasonlító számításokból az adódik, hogy egy kizárólag aerob komposztálási folyamatok során a kiegészítő üzemi energiaigényen keresztül a fosszilis energiahordozók miatt egy CO2 terhelés jelentkezik. Ezáltal az anaerob erjesztést és az aerob folyamatot összekötő készülék hozzájárul a szén-dioxid emisszió csökkentéséhez.
Metán (CH4)
A metán gáz üvegházgáz potenciálja 28-szorosa a szén-dioxidénak (azonos mennyiség esetén), így a légkörünket legjobban károsító klímagázok közé sorolható.
Természetes és mesterséges metánforrások a mocsárvidékek, rizsföldek, szarvasmarhatartás, kőolaj és földgáz bányászat és feldolgozása, bányászat, depóniák, vulkánok stb.
A szerves anyagok gyors és gázmentes gyűjtésén keresztül (pl. trágya, szemét) a biogáz üzemben történő ellenőrzött erjesztés során a metán emisszió csökkenthető.
Kéjgázok (N2O)
Az N2O a magas 150 éves tartózkodási idejével az atmoszféra egyik lekárosítóbb üvegházgáza. Főként a vízben és talajban végbemenő biológiai folyamatok bocsátanak ki ilyen gázt. A hosszú tartózkodási ideje és a talaj alacsony szivárgási mutatói magas N2O kibocsátáshoz vezetnek.
A károsító hatásnak két szempontja van: egyrészt hozzájárul az üvegházhatáshoz, másrészt a sztratoszférikus NOx képződés pusztítja az itt jelenlévő ózont.
A Müncheni Műszaki Egyetem által különböző szerves trágyákkal végzett összehasonlító kísérletek azt mutatják, hogy az N2O emisszió a növekvő folyási képességgel csökken.
A szerves anyagok lebontásakor keletkező kigázosított trágya ellentétben a nem kezelttel sokkal jobban beszivárog a talajba. Ez az effektus hozzájárul a nitrogén-oxidok emissziójának csökkentéséhez.
Dániában elkezdtek egy kísérletet a biogáz produkció ökológiai folyamatainak mennyiségi értékelésére. A környező sertéstartó illetve szarvasmarhatartó telepek szerves hulladékát egy központi üzembe szállítják. Ebben az üzemben 1 m3 biomasszából 716 MJ energiát nyernek és 68 kg CO2 emissziót spórolnak meg. A trágya szállításához fosszilis energiahordozóra van szükség, ami 35 MJ-ként és 3 kg CO2/m3 biomasszaként vehető számításba.
Ehhez még hozzájárul a trágyából származó megtakarítás, melynek során a sertés- és marhatrágya összekeverése által javított tápanyaghatáson és a fermentációból származó magasabb tápanyagtartalmon keresztül 30 MJ energiát és 3 kg CO2-ot takaríthatnak meg. A trágya ellenőrzött gyűjtésével a metánkibocsátás csökkenthető. (61 kg CO2 csökkentés érhető el minden m3 begyűjtött trágya után.)
• A gáztermelés során keletkező egyéb emissziók
A biogáz termelő berendezések környezetvédelmi szempontból igen jelentős emisszió arányt képviselnek a megfelelő emissziós tisztító berendezések hiányában.
Az itt keletkező környezeti szempontból jelentős emissziók a következők:
Szaghatás: Bármilyen hulladékkezelő eljárás legfontosabb kritériuma a szaghatás minimalizálása. A hulladékkezelés különböző stádiumaiban a kibocsátás különböző mértékben és koncentrációban jelentkezik.
Főként a gyűjtésnél, a szállításnál és az előkezelésnél keletkeznek ezek a szagok. Az állattartásnál az istállóból, a melléképületekből és egyéb mezőgazdasági tevékenységekből ered a szag emisszió, pl.:
• magától az állattól
• az istálló levegőjétől
• a takarmány előállításából, tárolásából és elosztásából
• az állati ürülék tárolásából és kezeléséből
• szerves trágya kiszállításakor.
Az állattartásból eredő szagok ammóniát, aminokat, kénhidrogént, fenolokat, zsírsavakat tartalmaznak. A biogáz üzemben való kezeléssel az emisszió jelentősen csökkenthető. A metánerjesztés során káros anyagok nem képződnek, vagy erősen lebomlanak. Egy sertéstrágyával folyamatosan üzemeltetett fermentálónál 50 %-os szag lebontás lehetséges.
Zajhatás: Minden olyan folyamatnál felléphet, ahol az anyagmozgatás gépekkel történik. Zajforrások a beszállító járművektől, a biomassza reaktorba való betápláláskor, illetve a szivattyúk üzemeltetéséből eredhetnek.
Szennyvíz: A biogáz üzemben az előkészítés és kezelés alatt nagyon kis mennyiségű szennyvíz keletkezik. Már a legegyszerűbb üzemekben is zárt vízforgató rendszert állítanak be.
Por: A por veszélyességét ezekben az anyagokban a spórák, gombák, vegyi anyagok, és egyéb toxikus anyagok mértéke határozza meg. A biogáz előállítás során többnyire nedves eljárásról beszélhetünk, ezért a por alakban előforduló fertőző és toxikus anyagok nem jutnak fontos szerephez. A reaktor hőmérsékletén ezen baktériumok nagy része elpusztul. A technológiához kapcsolódó egyéb eljárások, mint a komposztálás, szállítás utókezelés sokkal inkább küzdenek ezzel a problémával.
Az anaerob technológiánál és a komposztálás során jelentkező emissziókat a 4.21. táblázat szemlélteti.
4.21. táblázat - emissziók a komposztálásnál, anaerob technológiánál [2]
Egyszerű nyílt
emisszió Magas emisszió Alacsony emisszió Magas emisszió
A megújuló energiaforrások
Levegő Nagyon magas
emisszió Közepes emisszió Nem létező emisszió Közepes emisszió
Víz Magas/közepes
emisszió
Nagyon magas
emisszió Nem létező emisszió Nagyon magas
emisszió
Por Nagyon magas
emisszió Magas emisszió Nem létező emisszió Magas emisszió
Mikroorganizmusok: A szerves hulladék gyűjtőhelyi és a trágyadombok ideális élő- és szaporodóhelyei a betegséget terjesztő mikroorganizmusoknak. A szerves hulladékok biogázkészülékben történő kezelésével felszámolhatók ezek az élőhelyek. Ezáltal a fertőző betegségek elterjedése korlátozható. A metánbaktériumok mérgező hatású antibiotikus hatásokkal, illetve bizonyos biológiai kizárólagossággal rendelkeznek. A biohulladékban előforduló kórokozókat a 4.22. táblázat szemlélteti.
4.22. táblázat - a biohulladékban előforduló kórokozók [2]
Baktériumok Vírusok Paraziták Gombák
A Kínai Parazitológia Intézetben már évekkel ezelőtt megállapították, hogy a kirothasztott iszap több mint 95
%-kal kevesebb parazitapetét tartalmaz, mint a friss iszap. A pusztulási arány a rothasztási hőmérséklettől és rothasztás időtartamától függ. Ez látható a 4.23. táblázat adatsoraiból.
4.23. táblázat - néhány parazita pusztulás aránya [2]
Biogáz rendszer Hagyományos rendszer
Escherichia coli 0,4 1,8 2,0 8,8
Clostridium
A kirohasztott iszap trágyaként való felhasználása azért jelentős, mert a friss iszapban esetleg megtalálható növényi magvak a rothasztás befejeztével csíraképtelenné válnak. A gyommagvak behurcolása a trágyával ezért gyakorlatilag kizárt.
Károsanyagok:
Ehhez a csoporthoz olyan nehézfémek tartoznak, mint a Hg, Cd, Du, melyek már igen kis mennyiségben az emberi szervezetre mérgezőek lehetnek. A környezeti problémákhoz a nehézfémek a nyersanyagszerzésnél, energianyerésnél, ipari és mezőgazdasági feldolgozásnál és alkalmazásnál járulnak hozzá.
A mezőgazdasági alkalmazáson keresztül a hulladékkal, szennyvízzel és szennyezett levegővel kerülnek a bioszférába.
Az állati trágya és a szilárd hulladék nem mentes a káros anyagoktól. A mezőgazdasági hulladékok nehézfém tartalma az állattartás módjától és takarmányozástól függ. A mezőgazdasági hulladékok nehézfémtartalmára további magyarázatot ad a geológiai alapkőzet és a levegőből való bejutás. Nem csak a mezőgazdasági területeken, hanem más régiókban is előfordul magas talajterhelés.
A növények felszíni részeire rakódott poron keresztül a nehézfémtartalom a mezőgazdaság és az élelmiszeripar közvetítésével juthat el a háztartásokhoz, ahonnan a hulladék gyűjtésével a komposztba kerül.
A növényekben levő nehézfémtartalom nem csupán a talajkeveredéssel magyarázható, hanem a nehézfémek külső szennyezésével is. Speciális anaerob eljárásokkal termelhető olyan komposzt, aminek a nehézfémtartalma jóval a határérték alatt marad. Egy helsingöri üzemben a nehézfémtartalmat jóval a határérték alá csökkentették.
Ez azonban nem azt jelenti, hogy a nehézfémtartalom csökken, hanem azt, hogy a szilárd fázisból a folyékonyba helyeződik át. A későbbi használattól függően technikailag lehetséges, hogy az anyagokat az egyik fázisból a másikba helyezzék át.
A nehézfém kijutás problémája az anaerob kezeléssel nem oldható meg. Ez azt jelenti, hogy a termelés során a környezetet károsító anyagokról messzemenően le kell mondani.
4.2.6.6. A biogáz-gyártás gazdaságossága (Dr. Bai Attila a III. Magyar Biogáz Konferencián 2007-ben megtartott előadása alapján)
A hat vizsgált biogáz üzemi modell alapján a hő előállítás önköltsége a 4.16. ábra látható.
4.16. ábra - hő-előállítás: a biogáz önköltsége [3]
A kapcsolt hő és villamosenergia termelés önköltségét a 4.17. ábra mutatja.
4.17. ábra - a kapcsolt energiatermelés önköltsége [3]
A megújuló energiaforrások
A gáztisztítás, biometán előállítás önköltsége a 4.18. ábrán látható.
4.18. ábra - biometán előállítás önköltsége [3]
A biomasszából, biogázból történő hőtermelés kisüzemekben, távfűtés esetén, míg a kapcsolt hő és villamosenergia termelés közép- és nagyüzemek energiaellátására javasolható. A biometán nagyüzemek energiaellátására jöhet szóba.
A mezőgazdasági üzemek jövőbeni energia ellátására a legújabb kutatások szerint az ún. komplex energiaellátó rendszer tűnik a legmegfelelőbbnek. Kapcsolási sémája a 4.19. ábrán látható.