hasznosítható potenciálja, napenergia - biomassza - szélenergia - vízenergia - geotermikus energia
4. fejezet - A megújuló energiaforrások
4.2.1. A biomassza fogalma, biomassza potenciálok
A napsugárzás fotoszintézis útján jelentős mennyiségű biomasszát hoz létre megújuló jelleggel. A Föld felszínére évente érkező napsugárzás 2,6 x 1024 J/év energiájának valamivel több mint 2 ‰-e fotoszintézis révén 5,7 x 102 J/év energiaértékű biomasszát hoz létre. Ez tekinthető a világban a fotoszintézisből származó elméleti biomassza készletnek. Magyarország esetén az évi 437 x 1018 J/év napsugárzás – a világarányok figyelembe vételével – évente 958 x 1015 J/év = 958 PJ biomasszát termel évente. [ 1 ]
A biomassza termelés elsődleges célja az élet fenntartása, de meghatározott része energetikai célokra is hasznosítható. A biomasszából származó megújuló energia tehát végső soron napenergia.
Az energiatermelés lehetőségeit biomasszából a 4.4. ábrán foglaltuk össze.
4.4. ábra - az energiatermelés lehetőségei biomasszából [ 2]
A megújuló energiaforrások
A biomassza fogalma nem teljesen egységes. A biomasszán illetve egyes csoportjain [2] alapján a következőket értjük:
• Elsődleges biomassza: természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti növények, vízben élő növények.
• Másodlagos biomassza: állatvilág, gazdasági haszonállatok, az állattenyésztés főtermékei, melléktermékei, hulladékai.
• Harmadlagos biomassza: biológiai anyagokat felhasználó iparok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetű hulladékai.
A bioenergia potenciál számszerűsítését – a mezőgazdasági-környezeti szempontok elsődlegessége mellett – lényegesen befolyásolja, hogy a szóba jövő bioforrásokat milyen műszaki megoldásokkal és energetikai-gazdasági hatékonysággal lehet az energiaellátásban hasznosítani.
4.2.1.1. A potenciális bioenergia [11]
A Magyar Tudományos Akadémia Energetikai Bizottság Megújuló Energiák Albizottsága a 2003-2005.
akadémiai években elkészítette a magyarországi megújuló energiák elméleti potenciálját.
A tanulmány szerint Magyarország elméleti biomassza energetikai potenciálja 203,2 – 328 PJ/év [ 5 ].
A terjedelmi korlátokra tekintettel a részletes számítások közlésére nincs lehetőség, Magyarország fenntartható bioenergetikai potenciáljának becslésére készült tanulmányok eredményei a 4.2. táblázatban láthatók.
4.2. táblázat - biomassza potenciál becslések [11]
Számítást végzők Alsó érték Felső érték
PJ/év MTA Megújuló Energiák
Albizottság (2005 – 2006.)
203 328
Energia Klub (2006.) 58 223
A becsült adatok széles sávban szóródnak, vannak tisztázandó számítási metodikai kérdések.
A becsült erdészeti potenciált a 4.3. táblázatban foglaltuk össze.
4.3. táblázat - erdészeti biomassza potenciál [3]
Biomassza típus Volumen (millió t/év) Becsült fűtőérték (PJ)
Tűzifa* 2,7-3,7 36,5-50,0
Becsült vágástéri apadék 0,3-0,4 4,1-5,4
Becsült faipari hulladék 0,2 2,7
Összesen** 3,2-4,3 43,3 – 57,1
* A fenntartható erdőgazdálkodás fakibocsátása az elmúlt évek átlagában: 2,9 millió m3 tűzifa.
** Feltételezve a 2020-ra kitűzött 13 %-os megújuló energia részarányt, a teljes megújuló potenciálon belül a fenti mennyiség 32 - 42 %-a az erdőgazdálkodásból rendelkezésre áll.
A hulladék vagy melléktermékek potenciálja a 4.4. táblázatban látható.
4.4. táblázat - növénytermesztés, erdőgazdálkodás, fafeldolgozás melléktermékeinek becsült potenciálja [3]
Az elsődleges biomassza csoporton belül a bioenergia hasznosításának több lehetősége merül fel, nevezetesen:
A megújuló energiaforrások
• az energetikai célokra is felhasználható növénytermelési melléktermékek energetikai célú hasznosításának fokozása
• nagy energiahozamú energiaültetvények tudatos, kizárólag energiatermelés célú telepítése
• az erdészeti melléktermékek növekvő mértékű hasznosítása
A másodlagos biomassza nagyobb része melléktermék, zömében állati trágya, amelynek felhasználási lehetőségei sorában az energiatermelés, pl. a biogáz is megjelenik.
A harmadlagos biomassza az élelmiszeripar, könnyűipar, faipar és a települések szerves hulladékaiból képződik.
A faipar hulladékait már jelenleg is széles körben használják energiaellátásra, a települések szerves hulladékának energetikai hasznosítását az 5. fejezetben mutatjuk be.
4.2.1.2. Biomassza energiaforrások [2]
A) Energetikai célra termeszthető növények
Az energiatermelésre számításba vehető növények száma szinte korlátlan, hiszen lignincelluzózként mindegyik alkalmas a környezetbarát energiatermelésre a napenergia megkötése révén a zárt CO2-körforgalom előnyeinek megjelenése mellett.
A választás legfontosabb szempontjai a következők:
• többféle termesztési technológia megvalósítása váljon lehetővé
• egy-egy, már jól kialakult nemzetgazdasági ágazat technológiái és műszaki megoldásai legyenek hasznosíthatók
• legyen megoldás az intenzív és az extenzív termesztési és hasznosítási technológiák alkalmazására
• a lehető legkülönbözőbb termőhelyi viszonyokra lehessen választani közülük.
Lágyszárú növények
Jellemzőjük a hektáronkénti igen nagy növény (hajtás)-szám, a viszonylag kis növénymagasság, a mezőgazdaságban kialakult technológiák-, és a kialakult műszaki megoldások alkalmazhatósága.
Ezen növények és technológiák alkalmazásának nagy előnye az, hogy a mezőgazdaságban alapvető műszaki-technológiai változtatásokra nincs, vagy alig van szükség, viszont a megtermelt biomassza évenkénti betakarítása, illetve a növények életciklusa miatt a betakarítások száma nagy és nem halasztható.
A jövőbeni biomassza-energiahordozók között a legfontosabbak:
• repce (Raphanus sativus)
• rostkender (Cannabis sativa L.)
• triticale
• magyar árva rozsok (Bromus inemis Leyss)
• pántikafű (Baldingerea arudinacea L.)
• miscanthus Fás energianövények
A fás növények a lágyszárúakhoz hasonlóan lignocellulózok, de évelők, és a föld feletti részek nőnek tovább minden évben. A napenergia megkötése és a CO2-forgalom megegyező a bemutatott növényekkel, de alapvető különbség van abban, hogy nem kell minden évben betakarítani, és ha egy tervezett betakarítás valamilyen okból elmarad, az állomány zavartalanul tovább nő, tehát technológiai problémák nem merülnek fel. Ezek közül a legfontosabbak:
• akác (Robina sp.)
• fűz (Salix sp.)
• nemesnyárak (Populus sp.)
Az energetikai célra termeszthető növények közül a repce jelentősége lesz várhatóan a legnagyobb úgy hatóanyagként mint energetikai üzemanyagként (kogenerációs energiatermelés) történő elhasználást vizsgálva [44].
B) Energiaerdők
Ebből a fejezetből látható, milyen széles skálája van az energetikai célra hasznosítható biomassza-féleségeknek, termesztésüket azonban sok tényező gátolja, nevezetesen:
• a nehéz termelői-társadalmi elfogadtatás
• a feldolgozó módszereket nehéz beilleszteni a meglévő agrártechnológiába
• kicsi a biomassza területi energiahozama
• energetikai hasznosításának nagy a beruházásigénye.
Az energiaerdő olyan speciális faültetvény, amelyből a legrövidebb idő alatt a legkisebb költséggel nagy mennyiségű és jól elégethető tüzelőanyag nyerhető. Az energiaerdőt célszerű a mezőgazdaságilag nem hasznosítható, vagy termelésből kivont területekre telepíteni. Ezek az ültetvények a vágásfordulójuk időtartama szerint lehetnek mini (1-4 év), midi (5-10 év), rövid (11-15 év), közepes (16-19 év), hosszú (20-25 év) élettartamúak. E telepítési típusra elsősorban az akácfélék alkalmasak gyors növekedési esélyük, nagy szárazanyaghozamuk, könnyű kitermelhetőségük és feldolgozhatóságuk miatt. Ezen kívül megemlíthető még a hárs, a juhar, a fűz, az éger, a hazai nyár.
Hazánkban is folytak, valamint folynak energiaerdő-kísérletek különböző tájegységeken, különböző talajviszonyok között, eltérő fafajokkal és technológiákkal.
Halupa (1983) beszámolt azokról a kísérletekről, amelyekkel azt kívánták megállapítani, hogy a meglévő akácosok kitermelése után létrejövő sarjállományok alkalmasak-e energiacélú erdők kialakítására.
1986-ban már fűzzel, nemes nyárral, égerrel is folytak kísérletek, majd 1988 őszén nyírrel egészítették ki a fafajokat. A kétéves fatermelés közönséges akácnál abszolút száraz tömegben átlagosan 11,08 t/ha volt. Az éves szárazanyaghozam 3,5-20 t/ha között változott a vágásfordulótól és a fafajtától függően.
Napjainkban a Nyugat-Magyarországi Egyetem Erdészeti és Faipari Mérnöki Karán folynak ilyen jellegű elsősorban kisparcellás kísérletek. [forrás: Dr. Marosvölgyi Béla, NYME]
4.5. ábra - NYME kisparcellás kísérletek (Forrás: Dr.Marosvölgyi )
A megújuló energiaforrások
Magyarország energiaerdő-kísérletek
Az energetikai faültetvények helye és szerepe a környezetbarát energiatermelésben és a földhasznosításban Magyarországon még mindig vitatott kérdés, de a kutatások elvégzése rendkívül fontos, mert az ültetvény-gazdálkodás szakmai kérdéseit a módszer elterjesztése érdekében és térnyerése előtt mindenképpen tisztázni kell. Ezzel a céllal folytatnak kísérleteket, amelyek során figyelembe veszik a hazai klimatikus sajátosságokat (viszonylag kevés csapadék 350 – 550 mm/év; nyári aszályos időszak), a földterületek minőségét, az élőmunka-kapacitást, stb.
A vizsgálatok különböző termőhelyi viszonyok között már korábban elkezdődtek, de a mezőgazdasági termelés alól kivont területeken csak 3 éves kísérleti adatokkal rendelkeznek.
A beállított kísérletek célja:
• létesítési-, fajta-, hálózati- és hozamkísérletek, valamint üzemeltetési és költségvizsgálatok,
• más növényekkel (Miscanthus, Triticale, cukorcirok, szudánfű, stb.) összehasonlító vizsgálatok,
• energetikai és tüzeléstechnikai vizsgálatok végzése.
A kísérleti területeken Populus, Salix, Rbinia, Acer, Eulanthus, Paulownia fafajokkal folytak vizsgálatok és lágyszárú növényekkel történő összehasonlító hozam vizsgálatokra is sor került. [30].