A szilárd biotüzel ı anyag értékel ı indikátor

A kiértékelhetıség és az összehasonlíthatóság, valamint a döntés-elıkészítés elısegítése érdekében a kutatásaim során olyan indikátorokat alakítottam ki, amelyekkel egyértelmően lehatárolható, hogy az adott energetikai hasznosítási módszerrel, melyik szilárd biomassza energiahordozó hasznosítható a leghatékonyabban. (IVELICS,2005.)

A szilárd biomasszákat, mint energiahordozókat az energetikai hasznosítás szempontjából olyan indikátort, amely tartalmazza az adott alapanyag víztartalmát, hamutartalmát, főtıértékét és sőrőségét.

LABRECQUE ET AL.1997. meghatározták az úgynevezett energiafa értékelı indexet (FVI - Fuelwood value index), amely az energetikai faültetvényekbıl (elsısorban Salix ssp.) származó tüzelıanyag összehasonlítását teszi lehetıvé, anélkül, hogy csak a főtıérték alapján vennénk számításba az egyes fafajok aprítékát. Ez alapján a rövid vágásfordulójú faültetvények egyes fafajai tüzelıanyag minıségük alapján más sorrendet alkotnak, mint azt a főtıértékük alapján létre lehetne hozni. LABRECQUE ET AL. 1997. által kialakított indikátor a főtıértéket és a speciális sőrőséget pozitív értékként, a hamutartalmat és víztartalmat negatív értékként tekinti. Kanadában LABRECQUE ET AL. 1997. a főtıértéket egy ASTM D240-87 módszer segítségével, bomba kaloriméterben határozta meg.

A speciális sőrőséget úgy határozták meg, hogy az adott anyag szárított tömegét elosztják ugyanennek az anyagnak a zöld térfogatával. A zöld anyag térfogatát vízbe merítéssel mérik, egy hengerben. A szárítást 3-4 napig 70 Celsius fokon végzik. A szárítást tömeg álladóságig hajtják végre, amely mérés eredménye a száraz tömeg. Ez alapján a képlet a következı: speciális sőrőség (SG) = (szárított anyag tömege) / (zöld anyag térfogata).

5.2.1.1. Az energiafa értékelı indikátor (FVI)

Az elızıekben bemutatott mérési módokkal meghatározott főtıérték, speciális sőrőség, hamutartalom és víztartalom alapján, LABRECQUE ET AL. 1997. a következıképpen határozzák meg az energiafa értékelı indikátort:

FVI=(CV*SG)/(A*W),

ahol CV az energiafa főtıértéke (KJ/g), SG az energiafa speciális sőrősége (g/m³), A az energiafa hamutartalma (g/g), W az energiafa víztartalma (g/g).

LABRECGUE ET AL. 2003. a következı átlagos energiafa értékelı indikátor értékeket határozták meg a rövid vágásfordulójú főz ültetvényekbıl kikerülı energia aprítékra (zárójelben a sorrend), ugyanakkor az 5.3. sz. táblázat tartalmazza főz fafajok átlagos főtıértékét, hamutartalmát, speciális sőrőségét és víztartalmát (zárójelben az egyes jellemzık alapján kialakult sorrenddel):

5.3. sz. táblázat: Különbözı kanadai főz klónok tüzeléstechnikai értékei:

Fafaj FVI Főtıérték Hamutartalom Speciális

Malawiban a tőzifa értékelésnél elsısorban a fafajok száradási sebességét tartják meghatározónak, ezért az értékelı indikátor összetevıit máshogy határozták meg, mint LABREGUE ET AL.1997.

Afrikában (Malawiban) a trópusi kemény fafajok kis intervallumon belül változó főtıértéke miatt, a főtıértéket a képletben nem használják. A trópusi kemény fafajok főtıértékét átlagosan 19,73 MJ/kg veszik számításba (EBERHARD IN LABRECQUE ET AL. 1997.). Az indikátor meghatározásánál miden fafajra a főtıértéket egy állandó értékkel helyettesítik, vagy teljesen kihagyják a képletbıl.

Így a következıképpen alakul az energiafa értékelı indikátor:

FVI=(HV*D)/(AC*WC),

ahol HV az energiafa főtıértéke, amelyet jelen esetben 19,73 MJ/kg átlagos értékkel vesznek számításba, D az energiafa átlagos sőrősége, AC az energiafa hamutartalma és WC az energiafa víztartalma, utóbbi kettı százalékos értékben.

A hamutartalmat 2 mg szárított faporból határozzák meg, amelyet 600 Celsius fokon égetnek 45 percig. A víztartalmat a fafaj száraz tömegéhez viszonyítva százalékban adják meg.

Indiában GOEL ET BEHL, 1996. ugyancsak kialakított energiafa értékelı indexet, mint LABRECQUE ET AL.1997., melyet elsısorban az indiai tőzifa állományok vágásfordulójának meghatározásához alakították ki. A képlet ugyanúgy alakul, mint a kanadai, de az egyes komponensek mérési módszere más és más. A fa mintákat mellmagassági átmérınél vágták ki a döntött fákból. Ezekbıl 5 cm³-s darabokat szárítottak súlyállandóságig. A szárított mintákat ırölték és egy Parr oxigén bomba kaloriméterben mérték a főtıértékét. A sőrőséget a döntött fából vett mintából határozták meg. A hamutartalmat pedig 2 gramm mintának az égetésébıl mérték, egy platina betétes kemencében 550 Celsius fokon, amelyben az égetés 5 órán keresztül történt.

Ugyanakkor egyéb indiai kutatók KATAKI ET KONWER,2002. a trópusi területeken található tőzifáknak határozták meg az energiafa értékelı indexét. A képletben nem használták a víztartalmat, melynek figyelmen kívül hagyására nem adtak magyarázatot.

BHATT ET TOMAR, 2002. viszont az energiafa érték indexet hasonlóan alakították, mint KATAKI ET KONWER, 2002. A víztartalom értékeit azért nem vették számításba, mert úgy gondolták, hogy az égéshı értékeit már a víztartalommal csökkentették, amikor meghatározták a főtıértéket. Ezért még egyszer nem akarták csökkenteni az FVI értékét azzal, hogy a víztartalmat is számításba veszik, mint negatív tényezıt.

Mindezek a különbözı számítási eljárások egy-egy cél érdekében alakultak ki. Elsısorban az egyes szilárd tüzelıanyagok, különösen az energiafa féleségek energetikai hasznosításának összehasonlítása érdekében, vagy az egyes tőzifák vágásfordulójának meghatározására.

5.2.1.2. A magyar energiafa és a szilárd biomassza értékelı indikátorok

Hazánkban még nem alakult ki az energiafát mint energiahordozót értékelı indikátor, pedig a Magyarországra váró megújuló energetikai fejlesztések, és a várható erımői átállások miatt, fontos lenne kialakítani az elızıekben bemutatott indikátorokat.

A nemzetközi energiafa érték indikátor meghatározási elve alapján kialakítottam, a magyarországi energiafa fajtáinak értékelésére egy energiafa értékelı indexet (Fuelwood Value Index - FVImagyar). Emellett a kör bıvítése érdekében létrehoztam egy olyan

indikátor kialakítása, amely nemcsak a tőzifával vagy az energiafával, hanem a szilárd biomasszát, mint energiahordozót értékeli. Ez alapján kialakítható az energia célú szilárd biomassza értékelı index (FuelBiomass Value Index FBVI).

Hazánkban a főtıérték meghatározása bomba kaloriméterben történhet. Az értékeket KJ/g-ban szükséges megadni. A mérendı anyagot ırölni kell, legalább 1 mm-nél kisebb szemcseméretőre.

Mivel hazánkban nincs kialakult, az elızıhöz hasonló speciális sőrőség mérési és számítási eljárás, ezért a sőrőség a hazai módszerekkel, száraz tömegre és térfogra határozható meg.

Természetesen a mini vágásfordulójú faültetvényeknél a külföldi szakirodalomban használatos speciális sőrőséggel és a magyar energiafa értékelı indexhez tartozó sőrőséggel is számolni kell, az összehasonlíthatóság érdekében.

Hamutartalom és a víztartalom maghatározása esetén hamutartalom-, víztartalom-mérı mőszerek elfogadottak, azzal a megkötéssel, hogy nem százalékban kell a hamutartalmat és víztartalmat használni, hanem tömegszázalék (g/g) formájában.

IVELICS,2005. szerint az energiafa értékelı index Magyarországon is alkalmazható képlete a következıképpen alakítható ki:

FVI_m=(HV*SG v. G)/(AC*WC),

HV az energiafa főtıértéke (KJ/g), SG az energiafa speciális sőrősége (g/m³), G az energiafa sőrősége (g/m³), AC az energiafa hamutartalma (g/g), WC az energiafa víztartalma (g/g).

A szilárd biotüzelıanyag értékelı indikátor pedig a következı képlettel számítható:

FBVI=(HV*G)/(AC*WC),

HV a szilárd biomassza főtıértéke (KJ/g), G a szilárd biomassza sőrősége (g/m³), AC szilárd biomassza hamutartalma (g/g), WC a szilárd biomassza víztartalma (g/g).

Meghatároztam néhány energiafa féleségre és egyéb biomasszákra a hazai FVI, illetve FBVI értékeket. Az 5.1. sz. és 5.2. sz .diagramok és a 5.4. sz. táblázat bemutatja a különbözı szilárd biotüzelıanyagok értékelı indikátor értékeit. (IVELICS,2005.)

Az FVImagyar és az FBVI indikátorok alapján értékelni lehet az egyes energiafa féleségeket, illetve a szilárd biomasszát a lakosság, az erımővek és a decentralizált hıközpontok számára.

Az FVI, és az FBVI értékek alapján megállapítható, hogy a szilárd biotüzelıanyagok közül a fabrikettek és biobrikettek képviselik az elsı helyet. Sajnos a hazai Salix (főz) faültetvényeinkrıl származó tüzelıanyagok FVI értékei alul maradnak a kanadai vagy az egyéb európai értékektıl, amely elsısorban a sőrőség mérési eljárások különbözıségének köszönhetı. A nemesnyár és az akác energetikai ültetvényeink által szolgáltatott minták sokkal kedvezıbb eredményeket mutatnak a külföldi főz faültetvényekével szemben.

A hazai tőzifák energiafa értékelı indexe szignifikánsan magasabb értéket vesz fel, mint a faültetvények értékei, tehát energetikai szempontból részben eltérı tulajdonságokkal rendelkezik ez a két energiafa típus, amely a sőrőség, a nedvességtartalom jelentıs eltérése miatt alakul ki. Ha összevetjük a mezıgazdasági melléktermékek FBVI értékeit a hazai energiafa féleségek FVI értékeivel kitőnik, hogy csak az energiafő veheti fel a versenyt a

dendromasszából származó biotüzelıanyagokkal. Azonban természetesen nem szabad figyelmen kívül hagyni azt, hogy az energiafő elégetésekor sokkal több kálium, szilícium és klór szabadul fel, mint az energiafánál. Ez kedvezıtlenebb tulajdonságokat kölcsönöz az energiafőnek, mert elégetése során sokkal korrozívabb, mint a dendromassza. Ezért a késıbbiekben szükséges olyan indexek kidolgozása, amelyek figyelemmel vannak a káros hamualkotók hatására.

Az összehasonlítást elvégeztem a biobriketteknél, ahol a fás lignocellulóz alapú brikettek FVI értékei jóval nagyobbak, mint a lágyszárú lignocellulóz alapú biobrikettek FBVI értékei. Ez elsısorban a lágyszárúak, általában főfélék magas hamutartamának köszönhetı.

5.3. A biobrikett (fabrikett, egyéb lignocellulóz brikett) elıállításával kapcsolatos,