gazdasági értékelése. Üzemtervezés
11. fejezet - Az újabb generációs biohajtóanyagok jellemzői
1.
Az energianövények fogalma tágabb értelemben minden olyan növényi kultúrát magában foglal, melyből energia állítható elő, szűkebb értelemben viszont csak azokat a szántóföldön termesztett növénykultúrákat (fajokat, illetve fajtákat), melyeket kifejezetten energia-előállítás céljára nemesítettek, főtermékük az energia és az energetikai hasznosítást a termelő, valamint a felhasználó is hivatalosan igazolni tudja (Bai in Nábrádi et al, 2008). Az energetikai fajták kisebb területen nagyobb mennyiségű energia előállítását teszik lehetővé, olykor összetételük is eltér a hagyományos fajtáktól, így a belőlük előállított termék minősége is kedvezőbb lehet és lehetővé teszik mezőgazdasági területek megtakarítását is.
Az első generációs üzemanyagok közé hagyományosan a cukor- és keményítő-tartalmú anyagokra alapozott bioetanolt, valamint a szántóföldi növényekből és állati eredetű melléktermékekből készített biodízelt és a biogázt sorolják (Bai, 2009). Az újabb generációs hajtóanyagok közös jellemzője, hogy (1) vagy olyan alapanyagok (pl. lignocellulózok, alga) felhasználásával készülnek, melyek élelmiszeripari célra nem (vagy nem jellemzően) használhatók fel, ilyen módon az előállítható hajtóanyagok potenciális mennyisége nagymértékben megnövekszik, (2) vagy hagyományos alapanyagokból (növényi olaj, szénhidrát) állítják ugyan elő őket, de jóval fejlettebb technológiával és jobb minőségben, ami felhasználhatóságukat javítja (pl. biobutanol, TBK-biodízel). Jóval kisebb a károsanyag-kibocsátásuk az első generációs üzemanyagoknál, a mezőgazdaságon kívül pedig az erdészetekben is munkahelyeket teremtenek, valamint képesek felhasználni mezőgazdasági melléktermékeket (szalma, hígtrágya) is. Önköltségük, valamint fajlagos beruházási költségük azonban jelenleg jóval magasabb az első generációs üzemanyagoktól – különösen a cukornád-alapú bioetanoltól. Ezek a beruházások a kialakulatlan technológia és a bizonytalanabb piac miatt is kockázatosabbak az első generációs üzemeknél. Megjegyzendő azonban, hogy nemcsak az élelmiszernövények iránti igény, hanem a cellulóz ipari kereslete (textilipar, lebomló csomagolóanyagok) is várhatóan jelentősen emelkedni fog. Emiatt ez az alapanyag is fel fog értékelődni, a véges mennyiség miatt pedig ebben a szférában is komolyabb versenyhelyzet prognosztizálható (Bai, 2011).
2012-ben az újabb generációs bioüzemanyagok előállítása elérte a 450 Ml-t, melynek felét az USA-ban, mintegy ötödét pedig az EU-ban állították elő (F.O. Licht, 2013).
A biohajtóanyagokra vonatkozó 2020-as előírások nemcsak az elérendő minimumértékeket, hanem ennek beszámítási módját is szabályozzák, a tendencia az újabb generációs biohajtóanyagok elterjedésének irányába mutat, melyek előállítása elvileg a következő eljárásokkal képzelhető el (Coyle, 2010, Hancsók et al, 2006):
• Biokémiai
• Hidrolízis: a cukortartalmú cellulóz és hemicellulóz elválasztása a lignintől, majd savak, vagy enzimek segítségével egyszerű cukrokká bontása, végül - az első generációs etanolhoz hasonlóan – erjesztéssel és desztillálással üzemanyag-minőségű (95 %-os) alkohol előállítása. Ilyen módon állítható elő a cellulózalapú etanol. Speciális mikróbákkal az etanoltól hosszabb szénláncú alkoholok (pl. biobutanol) is előállíthatók.
• Katalitikus depolimerizáció/hidrogenizáció/heteroatom-eltávolítás: állati, vagy növényi olajokból gázolaj-helyettesítő végtermékek (algadízel, bio-gázolaj, TBK-biodízel) előállítása a nagy szénatomláncú zsírsavak méretének, illetve telítettségének megváltoztatásával.
11.Az újabb generációs biohajtóanyagok jellemzői
• Katalízissel többféle alkohollá, jellemzően metanollá.
• Pirolízis: alacsonyabb hőmérsékleten (cca. 500 C), légköri nyomáson, oxigén teljes hiányában hevítve, majd gyorsan lehűtve a biomasszát, különféle bio-olajok (pl biometanol) desztillálhatók, melyekből finomítást követően olajtermékek széles spektruma lehet a végtermék.
2. 11.1. Cellulóz-alapú etanolgyártás technológiája
A cellulóz-tartalmú biomassza, vagyis a lignocellulózok a növény fajtájától és érettségi fokától függően eltérő mennyiségben tartalmaznak cellulózt, hemicellulózt és lignint, mely három polimer adja a szárazanyag 85-90%-át. A lignocellulózok jellemzően 40-50% cellulózból, 25-30% hemicellulózból és 15-20% ligninből állnak (Wyman et al, 2005), A lignocellulózokban a hasznosítható cukrok komplex, poliszacharidokban kötött formában találhatók meg, melyek felszabadítása nem egyszerű, mivel a növényi sejtfal szerkezete mind vegyszereknek, mind mikroorganizmusoknak meglehetősen ellenálló. A szerkezetet ezért valamilyen előkezeléssel fel kell lazítani. Ez történhet fizikai, kémiai, fiziko-kémiai, illetve biológiai módszerekkel. Az előkezelések hatékonysága mérhető a rostfrakcióban feldúsult cellulóz enzimes bonthatóságával, a hidrolizátum erjeszthetőségével és/vagy a folyadék frakcióban lévő cukrok mennyiségével, felhasználhatóságával (Réczey I-né, 2012).
Az elmúlt évtizedben intenzíven vizsgálták a cellulóz enzimes konverzióján alapuló technológia lehetőségét. Ez a folyamat 5 lépést tartalmaz:
• a nyersanyag előkezelését, mely magában foglalja az aprított nyersanyag méretének csökkentését, frakcionálását és a hemicellulózok hidrolízisét
• a celluláz enzim termelését
• a cellulóz enzimes hidrolízisét
• a fermentációt megfelelő élesztő törzzsel és
• az etanol finomítását.
Az etanol desztillációval 95%-osra töményíthető, melyből azeotróp desztillációval történő vízelvonással 100%-os, tiszta etanol nyerhető.
3. 11.2. Cellulóz-alapú etanolgyártás gazdasági jellemzői
A kukorica- és cellulózalapú etanol önköltségének nagysága és költségszerkezete közötti különbséget a 21.
táblázatban mutatom be. 2009-es üzemi adatok (Poet, Novozymes) alapján a cellulózalapú etanol önköltsége 120-140 Ft/l-re csökkent. 2012-re szakértők nem tartották lehetetlennek a 60 Ft/l önköltség elérését sem, ebben várhatóan döntő szerepe az alapanyag-költség alakulásának lesz. A 60 Ft/l önköltség eléréséhez számítások szerint a BRDB szerint maximum 9-13 eFt/atro t (szállítást, tárolást is magában foglaló) költséggel kellene beszerezni az alapanyagot. Mivel az így elérhető jövedelem a hagyományos szántóföldi növények áraival nem versenyképes, ezért az USA-ban 9-10 eFt/atro t támogatást is fizetnek a termelőknek az alapanyag-termesztésért. A melléktermékek viszont jóval értékesebbek a kukorica-alapú technológia esetében (2009: 20-22 Ft/l), mint a cellulóznál (2009: 6 Ft/l, Biozio, 2009).
11.Az újabb generációs biohajtóanyagok jellemzői
A fajlagos beruházási költségek az újabb generációs hajtóanyagoknál bár lényegesen csökkentek (2008: 200-250 Ft/l/év), de még mindig mintegy háromszor nagyobbak a kukoricát feldolgozó üzemeknél (2008: 70-80 Ft/l/év, 22. táblázat).
Az USA-ban, mint termelést meghatározó országban jelenleg 22 újabb generációs hajtóanyagot előállító üzem működik, a 23. táblázatban látható megoszlásban.
A közeljövőben várhatóan a cellulózalapú bioetanol lesz a meghatározó az újabb generációs hajtóanyagok közül, a 2009-es év eltérő arányait egy nagyméretű (284 Ml/év kapacitású), állati zsírokat feldolgozó beruházás
11.Az újabb generációs biohajtóanyagok jellemzői
üzembe helyezése okozta. 2022-re az EISA (2007) előirányzata szerint az USA bio-üzamanyag-termelése 136 Mrd l/év-re, ezen belül a cellulózalapú bioetanol részaránya 61 Mrd l/év-re fog növekedni.