3. 13.2 A repce beltartalmi jellemzői és hasznosíthatósága
15. fejezet - A biogáz alapanyagok jellemzése
1.
A mezőgazdasági eredetű - biológiailag gázosítható - biomassza tömege 8-10 millió tonnára tehető Magyarországon, amelyből 7 – 9 PJ energia is előállítható (28. ábra). A magyarországi biogáz-potenciál összetételét az 27. ábra mutatja be.
A biogáz üzemekben felhasználható alapanyagok igen széles körből kerülhetnek ki, szinte minden könnyen bontható szervesanyagot fel lehet használni biogáztermelésre. A biomassza biogáz felhasználás szempontjából történő csoportosítását az 14. táblázat tartalmazza.
15. A biogáz alapanyagok jellemzése
Az egyes alapanyagok gázkihozatalát nagymértékben meghatározza a fehérje-, zsír- és szénhidrát tartalom.
Általánosságban elmondható, hogy a magas zsírtartalmú alapanyagok igen nagy gázkihozatallal rendelkeznek.
Az előzőekben felsorolt beltartalmi értékeken felül még fontos a szubsztrátum szárazanyag és szervesanyag tartalmát ismerni. Minél nagyobb az adott anyag szerves szárazanyag tartalma, annál nagyobb az 1 kg alapanyagból termelődő biogáz mennyisége is. A különböző szervesanyagok biogáz kihozatalát a 15.
táblázatban foglaltuk össze.
• A. Elsődleges biomassza
A természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti növények, vízben élő növények tartoznak ide.
A biogáz termelésre leginkább alkalmasak a könnyen bontható, magas szénhidrát tartalmú növények (cukorcirok, siló kukorica, csicsóka). A kukorica, a kanári köles és a különböző évelő fűfajok metán-hozamai közel azonosak. A nagy lignocellulóz tartalmú növények kevéssé alkalmasak biogáz fejlesztésére. Az elfogadható mennyiségű, gazdaságos biogáz termelés legfontosabb feltétele, az egész éven át folyamatos nyersanyagellátás a mezőgazdasági növénytermelés oldaláról nehezen valósítható meg.
Hazánkban biogáz-termelés céljából a silókukorica hasznosítása a legelterjedtebb A silókukorica a hazai takarmánybázis jelentős részét alkotja, vetésterülete azonban a fogyatkozó állatállomány miatt fokozatosan csökkent (29. ábra).
15. A biogáz alapanyagok jellemzése
A silókukorica terméshozama a vetésterületekhez képest fordított irányban változott, akárcsak a szemeskukorica esetében, ami az agrotechnika fejlődésének, de főként az új fajták megjelenésének volt köszönhető.
Az energianövény termesztés során a megtermelt magas szénhidráttartalmú (és emellett alacsony lignocellulóz tartalmú) növényi biomasszát kitűnően lehet hasznosítani biogáz-üzemekben. Ez a lágyszárú energianövényekre, fűre alapozott biogáz-termelés.
Biomassza termeléséhez leginkább olyan növény alkalmas, amely igen gyorsan nő és sejtfal anyagai között az energiában gazdag lignocellulóz megjelenik. Magas energiatartalmú biomasszát képző lágyszárúak az energianád, a már hazánkban is termesztett energiafű, illetve egyes olajos magvú növények, így a repce vagy a napraforgó is nagy jelentőséggel bír. A vizsgált biomassza megjelenési formák közül az energetikai hasznosításra alkalmas füvek erjedési ideje a legrövidebb, s ugyanakkor gáztermelésük is kiváló, hiszen a mindössze 15-20 napig tartó rothasztási idő alatt képződött gáz mennyisége meghaladta a 0,5 Nm3/kg szervesanyag nagyságrendet.
• B.Másodlagos biomassza
A másodlagos biomassza az állatvilág, gazdasági haszonállatok, az állattenyésztés főtermékei, melléktermékei, hulladékai.
A szubsztrátokat tekintve a „nedves‖ (8-20%-os szárazanyag-tartalom melletti), illetve a „félszáraz‖ (20-50%(m/m) közötti szárazanyag-tartalom melletti) technológiák alkalmazása választható hazai körülmények között a kedvező gázképződés szempontjából, amelyeknek bázisai főleg a nagyobb állattartó telepek lehetnek.
Ebben az esetben a híg állapotú állati trágyák kiegészítve a mezőgazdasági termelésből származó szervesanyagokkal kedvező szubsztrátot képeznek az anaerob fermentációhoz. Átlagos körülmények között 1 kg szárazanyagból 300-400 liter 60% metántartalmú biogáz állítható elő, amelynek a mennyisége nagyobb energiatartalmú mezőgazdasági eredetű fő- (pl. teljes-kukoricanövényi zúzalék) és melléktermékeknek (pl.
répaszelet) a bevitelével, ill. erjesztésével még növelhető is.
A biogáz telepek számának szaporodása főként azzal indokolható, hogy nagyon sok állattartó telep kiegészítő egységként, anaerob biogáz-termelő berendezéseket működtet. Ezekre, (leginkább sertéstelepek), az jellemző, hogy nem rendelkeznek nagyobb mezőgazdasági földterülettel a telepek környékén, így a hígtrágya elhelyezésének, ártalmatlanításának a biogáz termelésben való felhasználás a legegyszerűbb módja. Ezáltal csökkenthető a telepek külső energiafogyasztása, illetve egyúttal megoldható a tenyésztés melléktermékeinek megsemmisítése is. A sertés- és baromfitrágyából hozható ki megfelelő technológiai felkészültség mellett a legnagyobb biogáz-mennyiség. Ugyanakkor jelentős a kukoricaszárból, nyúltrágyából (380-464 m3/t) és szennyvíziszapból, csekély a juh- és istállótrágyából kitermelhető biogáz mennyisége.
15. A biogáz alapanyagok jellemzése
Hazánk biogáz-termelési lehetőségei kedvezőek, mivel az állattenyésztés jelentős része koncentrált telepeken zajlik, ahol mindennapos és sokszor problémát okozó feladat a trágya kezelése. A szerves trágyák – beleértve a hígtrágyát is – ártalommentes kezelésének, tárolásának, felhasználásának szabályai az EU jogharmonizáció keretében kormányrendeletben meghatározásra kerültek. A jogszabály tartalmazza a jó mezőgazdasági gyakorlat szabályait, amelyek betartása a nitrát-érzékeny területeken kötelező. Ez a szabályozás biztosítja, hogy a melléktermékek környezetkímélő módon hasznosuljanak. Energetikai célokra történő felhasználásával a jelentős energiatermelés mellett megszűnik a környezetterhelés, a keletkező biotrágya pedig biztosítja a talajok tápanyag utánpótlását.
Egy tehén körülbelül 10 tonna, egy koca pedig 1,2 tonna trágyát termel évente. Hazai viszonylatban a sertéstenyésztéstől várhatjuk a legnagyobb trágya alapú biogáz potenciált.
• C.Harmadlagos biomassza
A harmadlagos biomasszák közül elsősorban az élelmiszeripari mellékterméket, hulladékot hasznosítják biogáz előállítással. Az élelmiszeriparban keletkező hulladékoknak kb. fele (53,3%-a) nem veszélyes vagy nagy szervesanyag-tartalmú, növényi és állati eredetű anyag. Az Országos Hulladékgazdálkodási Terv (OHT-I.) (2003-2008) felmérése szerint az élelmiszeriparban keletkező hulladék közel 30%-a veszélyes hulladék.
Az élelmiszeripari szennyvizek tisztításakor keletkező iszapok mennyisége éves szinten 150 ezer tonna.
A keletkező állati eredetű hulladék mennyisége 2000-ben 330-340 ezer tonna volt (az összes veszélyes hulladék több mint 10 %-a). A hazai szabályozás értelmében az állati tetemek, illetve a vágóhídi veszélyes hulladék –potenciális fertőzésveszélyességük miatt –magas környezeti kockázatot jelentenek, kezelésüket az állategészségügyi szabályoknak megfelelően kell megoldani.
Állatifehérje-lisztté, illetve ipari zsírrá nem feldolgozható állati eredetű hulladékok (pl. bőr, toll, csont, zsíremulzió, zsíriszap, vér) és növényi anyagok elegyéből megfelelő körülmények között biogáz állítható elő.
Az állati eredetű hulladékokból történő biogáz előállítás során az alapanyagokat először hőkezeléssel sterilizálni szükséges. A biogáz-előállítás során a szervesanyagok mintegy 50%-a elbomlik. A maradék sötétbarna színű, szaga az istállótrágyához hasonlít.
A biogáz-termelés során felhasznált hulladékok fő komponensei a fehérjék, szénhidrátok, és a zsírok.
Ezeknek a vegyületeknek az aránya határozza meg a hulladékból keletkező metán mennyiségét (16. táblázat)
A három fő szervesanyag csoport anyagai az anaerob rendszerben a következő átlagos hatásfokkal bontható le:
• zsírok viszonylag jól lebonthatók (65,4 %),
• a szénhidrátok kb. 52% hatásfokkal,
• a proteinek csak kb. 40%-a bontható le.
A szénhidrát-lebontódás meglehetősen ingadozó. Ez arra vezethető vissza, hogy bizonyos szénhidrát vegyületek, pl. keményítők gyengén hidrolizálnak, így az anaerob lebontás számára nehezen válnak hozzáférhetővé, bizonyos esetekben egyáltalán nem is bomlanak.
A biogáz fejlesztés technológiája ma nagyrészt azért épül a hulladékokra, mert a gyakorlatban a kiindulási szervesanyag mindössze 50 - 60%-ban bontható le, a többi elem visszamarad a szilárd vagy híg maradékban, így a biogáz-fejlesztés tulajdonképpen a hulladékhasznosítás részének tekinthető. A megtermelt biogázt a mezőgazdaság számtalan területén lehet hasznosítani, ami főleg hő- vagy villamos energia előállításán keresztül
15. A biogáz alapanyagok jellemzése
valósul meg. Különböző helyiségek (fejőház, istálló, keltető) fűtése, melegvíz-ellátás, terményszárítás, tejhűtés, üvegházak, fóliasátrak fűtése stb. lehetnek a felhasználás területei.