A biohajtóanyag célú hasznosítás kihívásai

Mind az alapanyag begyűjtése, mind feldolgozása és átalakítása, majd a termék hasznosítása komoly feladatot ró a fejlesztőkre. A szabad dendromassza potenciál, azaz az apadék begyűjtésére elsősorban az erdőgazdálkodóknál mutatkozik lehetőség. Nagyobb mennyiségben azokon a területeken érdemes kalkulálni vele, ahol a véghasználaton belül tarvágást hajtottak végre. Átlagosan az országban a hegyvidékeken kisebb, míg a domb és síkvidékeken nagyobb ennek a mértéke (Lett és Stark, 2017). Az utóbbi években egyre jelentősebb hangsúlyt kapnak a folyamatos erdőborítást biztosító módszerek, amelyek esetén egybefüggő vágásterület nem keletkezik. Ezek közé tartozik a szálaló, az átalakító és a faanyagtermelést nem szolgáló üzemmód (NÉBIH, 2015). Ezek az apadék begyűjtését nagyobb költségráfordítással, ökológiai behatással teszik lehetővé. A legnagyobb apadék hasznosító a Pécsi Erőmű, kisebb mennyiségben Pornóapáti, Hangony, Csitár-Nógrádgárdony, Mátészalka, Szakoly, Miskolc, Pannonhalma, Homrogd, Szombathely városokban találtunk példát erdészeti apadék tüzelésére, Tiszaújvárosban fapellet előállítására használnak erdészeti apadékot, ezentúl az apadék hasznosításának jelenlegi egyik gyakori formája a lakossági gyűjtés. KEFAG területén például 3−4 ezer m³ ágfát a lakosság gyűjt be, így jutva olcsó tüzelőanyaghoz. További 10 ezer m³ gépi apadék gyűjtés történik. Mivel az erdészetek munkaerőhiánnyal küzdenek, ezért az apadék begyűjtése nehézségekbe ütközik. Kizárólag gépesítés fejlesztéssel lenne erre mód, azonban ez a költségek emelkedésével jár.

Az új lignocellulóz alapanyagok átalakítása cseppfolyós biohajtóanyagokká sokkal összetettebb technológiát igényel, mint az első generációs biohajtóanyagok. Előállításuk biokémiai és/vagy termokémiai módszerekkel történik. Általában a termokémiai folyamatok nagyobb hatékonyságot és rövidebb reakcióidőt mutatnak, mint a biokémiai eljárások (Dou és mtsai., 2017). A lignocellulóz biomassza termokémiai módszerekkel történő biohajtóanyag célú átalakítása lehet pirolízisen, elgázosításon és közvetlen termikus cseppfolyósítási eljáráson alapuló (Alonso és mtsai., 2010). Alapanyagként elsősorban ipari és kisebb mennyiségben mezőgazdasági melléktermékeket hasznosítanak. Kimondottan erdészeti biomassza hasznosítására bioolaj vagy bioetanol előállítás céljából elsősorban Finnorszában van példa.

(Szalay, 2018). A leggyakrabban alkalmazott pirolitikus eljárás a bevitt biomassza akár 75%-át is képes átalakítani bioolajjá (Jahirul és mtsai., 2012, Extension, 2019). A kihozatal az alapanyag minőségétől függ.

Az apadék hamutartalma akár 3−4% is lehet, a magas kéregtartalom következtében, ami a 20−40%-ot is

elérheti a vékony gallyaknál (Bíró, 2012). A begyűjtés során kéregre tapadó szennyeződésektől a hamutartalom tovább emelkedik. A túlzott mennyiségű szennyezőanyag a kezelési és feldolgozási rendszerek fokozott kopását, a pirolízisolaj kihozatalának csökkenését, az instabilitás növekedését, a reaktorban salakosodást okoz. A termék alacsony viszkozitással és magas, akár 15-20%-os víztartalommal rendelkezik, amely további feldolgozást igényel, hogy a fosszilis hajtóanyagok helyettesítőjévé válhassanak. A Fischer-Tropsch-eljárás egy katalizált kémiai reakció, amelyben a szintézisgázt, a szén-monoxid és hidrogén elegyét alakítják át különböző folyékony szénhidrogénekké. A konverziós ráta és termelési kapacitás is alacsonyabb, ugyanakkor a beruházási költség akár tízszerese is lehet a fejlett hajtóanyagok esetében. Piaci megjelenésük feltétele általában valamilyen támogatási forma. Emiatt a dendromassza jelenlegi hasznosítása elsősorban hagyományos módon tüzeléssel történik (Gyulai, 2006).

Így a cseppfolyós hajtóanyagok mellett az elektromos meghajtás fontos szerepet tölthet be a jövőben a közlekedésben. Az ING becslései szerint 2035-re az újonnan regisztrált gépjárművek akár 100%-át az elektromos meghajtású gépjárművek fogják kitenni (ING, 2017). A RED II a fenntartható és az üvegházhatást okozó gázok kritériumát a közlekedésben felhasznált bioüzemanyagok mellett a villamosenergia előállításra is bevezette.

A biomasszából történő villamos energia előállítására számos technológiai kialakítás létezik. A CHP (kombinált hő- és villamos erőművek) erőművek 85-86% hatásfokkal működnek, mivel a villamos energia mellett a hőenergia is hasznosításra kerül. A hőerőművek 80-84%-os, míg a tisztán elektromos energiát előállító erőművek átlagosan 24-32%-os hatékonysággal üzemelnek az EU-ban (AEBIOM, 2015).

Speciálisan vágástéri apadék és fanyesedékek hasznosítására kifejlesztett erőmű típusok is üzemelnek már Európában, ahol előnyként érdemes megjegyezni, hogy a viszonylag alacsony fűtőértékű és nedves, akár 30-40%-os nedvességtartalmú biomasszából is jó hatásfokkal állítanak elő hő- és villamos energiát (Lako, 2010). Ez azért is fontos, mert a bioolaj előállításánál például 5%-ra szükséges szárítani az alapanyagot, ami ha hulladékhő vagy biomassza felhasználásával is történik, akkor is jelentős energiabevitelt igényel.

Bár a villamos energiaelőállítás technológiája kiforrott és a termék közvetlenül hasznosítható, az elektromos gépjárművek akkumulátorai még fejlesztésre szorulnak.

3. Módszer

Eddig nem volt széleskörben kutatott kérdés, hogy a magyarországi erőművek által termelt villamos energia a közlekedésben milyen hatásfokkal hasznosítható. A számításainkat és eredményeinket elektronikus források, szakirodalmi adatok és a jogszabályi háttér komplex elemzésére alapoztuk. A dendromassza tüzelése során kinyerhető villamos energia mennyiségének meghatározására kettő Magyarországon működő dendromassza hasznosító erőművet vettünk alapul.Magyarországon, a kombinált hő- és villamos erőművek a termelt villamos energia kevesebb, mint 50%-át állítják csak elő. Ezért mind kombinált, mind tisztán elektromos energiát előállító erőművet is figyelembe vettünk.

Kalkulációinkat mindig 1 tonna biomassza felhasználására vetítettük. Az elektromos gépjárművek esetében átlagos fogyasztást feltételeztünk, amelyet 20 kWh/100 km értékben határoztunk meg. A hasznosított energiamennyiség beszámításánál a RED II jogszabályban meghatározott szorzókat vettük figyelembe. A IX. Mellékletének „A” részében megfogalmazott alapanyagok, mint például az erdőgazdálkodás során keletkező dendromassza és apadék energiatartalma az elszámolás során csupán dupla szorzóval kerül regisztrálásra lignocellulóz cseppfolyós hajtóanyag esetében. Ezzel szemben a dendromassza alapú villamosenergia hozzájárulását a közúti közlekedésben 4-szeres szorzóval kell figyelembe venni.

4. Eredmények

A választott kettő Magyarországon működő erőmű fő jellemzői az 1. táblázatban foglaltuk össze. Az egyik esetében a villamos energia mellet a hőenergia is hasznosításra kerül, míg a másik esetében tisztán villamos energiát nyernek ki.

1. táblázat: Kettő magyarországi dendromassza hasznosító villamos erőmű főbb jellemzői (Veolia,

Az erőművek által közölt éves alapanyag felhasználási, valamint a hő- és villamosenergia termelési adatok a következők:

- ^Szakoly: 140-150 ezer tonna/év faaprítékot használ fel, és így 132 935 MWh/év villamos energiát termel

− Pannongreen: 400 ezer tonna/év dendromassza eltüzelésével 312 367 MWh/év villamos energiát és 166 533 MWh/év hőenergiát állítanak elő.

A fenti adatokból kiindulva számítá sokat végeztünk a kinyerhető energia mennyiségére, illetve a megtehető út hosszára vonatkozóan, 1 tonna alapanyag felhasználásával, elektromos meghajtás esetében, lásd 2. táblázat.

2. táblázat: 1 tonna fa alapanyagból előállítható villamosenergia és az általuk megtehető út hossza

Kinyerhető Technológia

Számításaink eredményeként azt kaptuk, hogy 1 tonna faalapú biomassza felhasználásával az alkalmazott villamosenergia előállítási technológiától függően 39-45 km távolságot tehetünk meg egy átlagos fogyasztással rendelkező elektromos meghajtású gépjárművel.

A táblázat alapján kitűnik, hogy a megtehető út hossza szempontjából kedvezőbb a dendromassza hasznosítása a csupán villamos energiát előállító Szakolyi erőműhöz hasonló üzemben. A megtehető távolság nagysága a betáplált alapanyag minőségétől és ebből adódóan a fűtőérték nagyságától is függ. A hasonló erőművi hatásfokok ellenére ennek köszönhető a tonnára vetített különbség. Ugyanakkor energiahatékonysági szempontból semmiképpen sem elhanyagolható tény, hogy a Pécsi erőműben bár a Szakolyi Erőműhöz képest kisebb a kinyerhető villamosenergia, de további 1498 MJ hőenergiát is nyerünk minden tonna dendromassza átalakítása esetén, hasznosításával javítva a teljes folyamat energiamérlegét.