Könyv
kategóriák

A biomassza felhasználása

Szerző: Bai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András
Ár: 5000 Ft Kiadói ár: 4000 Ft Megtakarítás: 20 %
Kosárba
pénztárhoz

A biomassza energetikai felhasználása már a múltban sem volt ismeretlen és jelenleg is számos országban aknázzák ki a benne rejlő lehetőségeket.
Hazánkban a romló közgazdasági feltételek, a szűkösen található energiaforrások egyre aktuálisabbá teszik a megújuló energiahordozókból, ezen belül az élelmiszergazdaságban képződő, illetve a kommunális jellegű biomasszából nyerhető energia szélesebb körű elterjedését.

mutass többet mutass kevesebbet
Terjedelem: 226 oldal
ISBN: 9789639422469
Méret: B5
Kiadó: Szaktudás Kiadó Ház

Tartalomjegyzék:

Bevezetés (Dr. Bai Attila)
1. A biomassza jelentősége (Dr. Bai Attila)
1.1. A biomassza képződésének és felhasználásának folyamata
1.2. A felhasználás forrásai és hasznosítási módjai
1.3. A biomassza potenciális mennyisége és felhasználása
1.3.1. Globális áttekintés
1.3.2. A hazai helyzet
Irodalomjegyzék
2. Talajerő-gazdálkodás, almozás (Dr. Nábrádi András)
2.1. A szervestrágyázás szerepe, gazdasági kérdései
2.2. A hígtrágya szerepe, jellemzői
2.3. A szalmatrágya szerepe, jellemzői
2.4. A zöldtrágyázás szerepe, jellemzői
2.5. A hulladékkomposzt szerepe, jellemzői
2.6. A szervestrágya elhelyezése
Irodalomjegyzék
3. Takarmány-gazdálkodás (Dr. Nábrádi András)
3.1. Mezőgazdasági melléktermékek
3.2. Élelmiszeripari melléktermékek
3.2.1. Gabonabázison alapuló élelmiszeripari melléktermékek
3.2.2. Ipari növényi bázison alapuló melléktermékek
3.2.3. Állati terméken alapuló élelmiszeripari melléktermékek
3.2.4. Élelmiszeripari melléktermékek a takarmányozásban
3.2.4.1. A takarmányként hasznosítható biomassza ökonómiai értékelése
3.2.4.2. A takarmányként történő felhasználást befolyásoló tényezők
Irodalomjegyzék
4. Tarlóégetés (Dr. Bai Attila)
4.1. Növényvédelmi szempontok
4.2. Tápanyag-gazdálkodási szempontok
4.3. Talajművelési szempontok
Irodalomjegyzék
5. Ipari hasznosítás (Dr. Lakner Zoltán)
5.1. A keményítő felhasználása
5.2. Rostnövények
5.3. A növényi eredetű olajok ipari felhasználása
5.4. Fehérjék
5.5. Olajnövények
5.6. Növényi eredetű színezékek
Irodalomjegyzék
6. Energetikai lehetőségek
6.1. Az energiaszükséglet alakulása
6.1.1. Globális tendenciák (Dr. Lakner Zoltán)
6.1.2. A hazai energiatermelés és -felhasználás (Dr. Lakner Zoltán)
6.1.3. Az energiaköltségek jelentősége és változása a hazai háztartásokban
(Dr. Bai Attila)
6.1.4. A mezőgazdasági energiafelhasználás (Dr. Bai Attila)
6.2. A potenciális energiaforrások (Dr. Marosvölgyi Béla)
6.2.1. Melléktermékek
6.2.2. Energianövények
6.2.2.1. Lágyszárú növények
6.2.2.2. Fás energetikai ültetvények
6.2.2.3. Az energianövények energetikai hasznosításának
ökonómiai-társadalmi megítélése
6.2.3. Az energetikai faültetvények lehetséges szerepe az energiatermelésben
6.3. Az energianyerés technikai lehetőségei és gazdasági értékelésük
6.3.1. Faapríték-tüzelés
6.3.1.1 Technikai lehetőségek (Dr. Marosvölgyi Béla)
6.3.1.2. Gazdasági jellemzők (Dr. Bai Attila)
6.3.1.2.1. Kisüzemi kazánok
6.3.1.2.2. A közönséges-, illetve energiaerdő közötti különbségek
6.3.1.2.3. A távhőszolgáltatás hazai helyzete
6.3.1.2.4. A biomasszára alapozott távhő-szolgáltatás
6.3.2. Biobrikett, tűzipellet (Dr. Marosvölgyi Béla)
6.3.2.1. Bálázás
6.3.2.2. Brikettálás
6.3.2.2.1. Általános jellemzők
6.3.2.2.2. Energiaigény
6.3.2.2.3.A biobrikett-gyártás technológiái és gazdaságossága
6.3.2.3. Pelletálás
6.3.3. Biogáz (Dr. Bai Attila)
6.3.3.1. Alkalmazott technológiák és gazdasági értékelésük
6.3.3.1.1. Élelmiszergazdaság
6.3.3.1.2. Települési szilárd hulladékok
6.3.3.1.3. Szennyvíztelepek
6.3.3.1.4. Komplex jellegű regionális biogáztelepek
6.3.3.2. Hazai és nemzetközi elterjedés
6.3.4. Biodízel (Dr. Bai Attila)
6.3.4.1. A biodízel előállítása
6.3.4.2. Hazai és nemzetközi elterjedés
6.3.4.3. Az EU csatlakozás hatása a biodízel-előállítás gazdaságosságára
6.3.4.4. Ökonómiai sajátosságok
6.3.4.4.1. Az őszi káposztarepce és a napraforgó összehasonlítása egyéb kultúrákkal
6.3.4.4.2. A biodízel-előállítás közvetett hatása a mezőgazdasági termék-előállításra
6.3.4.4.3. A biodízel versenyképességének vizsgálata a gázolajjal szemben
6.3.4.4.4. Egyéb gazdasági összefüggések
6.3.5. Bioetanol (Dr. Lakner Zoltán)
6.3.5.1. A bioetanol-gyártás nemzetközi fejlődése
6.3.5.1.1. Brazília bioalkohol-programjának tapasztalatai
6.3.5.1.2. Az Amerikai Egyesült Államok bioetanol-programja
6.3.5.1.3. Franciaország bioalkohol-programja
6.3.5.1.4. Néhány egyéb ország bioetanol-programja
6.3.5.2. A bioalkohol-gyártás környezetvédelmi összefüggései
6.3.5.3. A bioetanol-előállítás technológiai-gazdasági viszonyai
6.3.5.4. A bioalkohol gyártás energetikai viszonyai
6.3.5.5. A hazai bioetanol-előállítás
6.4. Az energetikai eljárások stratégiai elemzése (Dr. Bai Attila)
Irodalomjegyzék
7. A gazdasági értékelés speciális szempontjai
7.1. Alternatív költségek (Dr. Bai Attila)
7.1.1. Az alternatív költségekről általában
7.1.2. A biomassza felhasználásának alternatív költségei
7.1.2.1. A mezőgazdasági melléktermékek alternatív költségei
7.1.2.2. Az egyéb melléktermékek és hulladékok alternatív költségei
7.1.2.3. Az egyéves szántóföldi növények alternatív költségei
7.1.2.4. A többéves energetikai ültetvények alternatív költségei
7.2. Biomassza-energetikai vertikumok vizsgálata (Dr. Bai Attila)
7.3. Biomassza-energetikai beruházások elemzése (esettanulmányok)
(Dr. Bai Attila)
7.3.1. Családi ház fűtése melléktermékkel
7.3.2. Középméretű vállalkozás fűtése melléktermékkel
7.3.3. A tatai távfűtő-rendszer
7.3.4. A székesfehérvári szennyvíztisztító telep
7.3.5. A kunhegyesi biodízel-üzem
Irodalomjegyzék
8. A biomassza-alapú energiatermelés jelene és jövője
(Dr. Bai Attila, Dr. Lakner Zoltán)
Mellékletek
1. A leggyakrabban használt energetikai mértékegységek
2. A leggyakrabban használt űrmértékek
3. Pénzegységek többszörösei
4. Az energetikai és űrmértékek nagyságának bemutatása logaritmikus skálán
5. Biomassza-energetikai eljárásokat oktatók, kutatók és szakreferensek listája
6. Hatályos jogszabályok kivonata
6.1. Tarlóégetés
6.2. Közvetlen eltüzelés
6.3. Biogáz
6.4. Biodízel
Ábrák jegyzéke
Táblázatok jegyzéke
Képmelléklet

mutass többet mutass kevesebbet

Olvasson bele:

1. A biomassza jelentősége

A földi élet alapfeltétele, létünk alapja a Nap energiája. Élelem és energia nélkül nem létezne emberiség. Élelmiszereink közül az állati termékek a növények átnemesítésével képződnek, túlnyomórészt pedig feldolgozás után fogyasztjuk el őket. Energiaforrásaink egy része már évezredek óta tárolja a napenergiát (fosszilis energiahordozók). Minden állati és emberi táplálék, az összes hagyományos energiaforrás és az ezeket alap-, vagy segédanyagként felhasználó ipari termelés létalapja a napenergiát megkötő „mini naperőművek”, a növények felhasználása.
A biomassza azonban a növényeknél jóval tágabb fogalom. Magában foglalja egy adott élettérben jelen lévő összes élő és élettelen szervesanyag-mennyiségét, tehát a növényzetet (fitomassza), az állatvilágot (zoomassza) és az elhalt szervezeteket, valamint a szerves hulladékokat is.

1.1. A biomassza képződésének és felhasználásának folyamata

A növények a fotoszintézis útján a napfény energiáját nagy energiatartalmú szerves vegyületek formájában kötik meg. Ezek a szerves anyagok (különféle szacharidok) alkotják a növényi szervezetet, mely – ellentétben a napenergia közvetlen hasznosításával – már a fejlettebb élőlények számára is felhasználható. Ez a folyamat többirányú lehet, attól függően, hogy adott esetben a növényben raktározott tápanyagok, vagy a megkötött energia lényegesebb-e számunkra. Első esetben takarmányként, étkezésre, ipari célra, vagy talajerő-utánpótlásra használhatjuk fel a növényt, míg a második esetben energiaforrásként. Mindkétszer a fotoszintézissel ellentétes folyamat játszódik le, melyeknek alapját az 1. ábrán bemutatott anyag- és energetikai folyamatok jelentik.
Mint az ábrán is látható, a napenergiának a növények csak töredékét (átlagosan 1%-át) képesek megkötni. Míg az algák és a trópusi eredetű („C4-es1”) növények (pl. kukorica, cukornád) 1–2%-os hatásfokkal „dolgoznak”, a mérsékelt égövi („C3-as1”) növényeknél (pl. gabonafélék) a fotoszintézis energetikai hatékonysága csupán 0,1–1%, növénytől és napszaktól függő mértékben. A két szárazföldi növénycsoport közötti nagy különbség elsősorban abból adódik, hogy a C4-es növényeknél a nagyobb fényintenzitás korlátlan mértékben növeli a fotoszintézis sebességét, míg a C3-asok a nyári napok déli óráinak megvilágításának csak mintegy felét képesek kihasználni, emellett a fokozott párologtatás miatt sztómáik is becsukódnak, ami a fotoszintézis alapanyag-ellátásának (a sejten belüli szén-dioxid-koncentrációnak) a csökkenésével jár. A hatékonyabb fotoszintézis miatt a C4-es növények napi tömeggyarapodása is jóval nagyobb, ami a C3-asokét lényegesen meghaladó potenciális terméshozamok elérését teszi lehetővé. Természetesen ez a potenciál csak megfelelő éghajlati feltételek mellett realizálható, de a növénynemesítésben rejlő lehetőségek felhasználásával több C4-es növény nálunk is eredményesen termeszthető.
Érdekes színfoltot jelentenek a növényvilágban az algák. Ezek a növények – bár energiahatékonyságuk a legújabb kutatások szerint közel azonos a C4-es növényekével – nem tudják hosszabb ideig raktározni a tápanyagokat, ezért igen gyorsan szaporodnak. Ebből adódóan a távolabbi jövőben a nagy biomassza-tömeg előállításának igénye kívánatossá teheti – különösen meleg égövi országokban – akár a mesterséges algatermesztést is.
A szerves anyagok szintetikus előállítása (1086 GJ/t) mintegy hetvenszer múlja felül a fotoszintézis energia-szükségletét, vagyis a növények szervesanyag-termelése gyakorlatilag pótolhatatlan; a fényenergia megkötésének és hasznosíthatóvá tételének jelentősége talán még ezt is felülmúlja. A növényi és állati eredetű szerves anyagok egymásba ugyanis folytonosan átalakulnak, ehhez azonban külső energiára van szükség, amit – néhány kemoautotróf szervezettől2 eltekintve – kizárólag a növényi fotoszintézis képes létrehozni.
Az emberi és állati szervezetben az élelmiszer, illetve a takarmány tápanyagaiban rejlő kémiai energia munkavégzéskor mechanikai energiává, az életfunkciók végzésekor hővé, valamint a test saját vegyületeivé alakul át, egy része pedig kiürül a szervezetből. Bizonyos létfontosságú anyagokat az embernek és az állatnak készen kell megkapnia, ilyenek az esszenciális aminosavak, a zsírsavak, egyes vitaminok, ásványi elemek. Ugyanakkor a táplálékfelvétel szakaszos, az energiát a szervezet viszont folyamatosan használja fel. Ezért a felvett energia raktározására van szükség, szénhidrát, zsír, vagy fehérje formájában. Éhezéskor az ember és az állat először a szövetekben található szénhidrátokat és zsírokat égeti el. Ezek elfogyása után az izomzat fehérje-molekuláit használja fel, melynek eredményeképpen veszít testtömegéből, lesoványodik. A raktározott energia felszabadításakor annak átmeneti tárolására és közvetlen felhasználására szolgáló vegyület az ATP, mely természetesen jelentős veszteséggel képes ellátni feladatát. A tápanyagok átalakításának hatékonysága állatfajonként eltérő, de befolyásolja az állatok kora, hasznosítási típusa és az állatban végbemenő lebontó folyamatok típusa is (1. táblázat).


1. ábra: A biomassza képződésének és felhasználásának alapfolyamatai
1. táblázat: Az egyes tápanyagok hatékonysága az állati szervezetben

A növények, a növényevő állatok és a ragadozók közvetve, vagy közvetlenül mind a Nap energiáját használják fel élet- és fajfenntartásukhoz, azonban csökkenő hatékonysággal. Az élelmiszergazdaságban felhasznált növényeknél a gazdasági termés a növény tömegének csak egy részét teszi ki, a többi általában a talaj szervesanyag-készletét gyarapítja. Mind a növényevő, mind a ragadozó állatoknál a felvett takarmány bruttó energiatartalmából veszteségként jelentkezik a bélsár, a vizelet, a bendő- és bélgázok energiája. Az ezek levonása után maradó metabolizálható energia megoszlása azonban már eltérő az egyes állatcsoportoknál (2. táblázat).

2. táblázat: Az egyes állatfajok életfenntartásához szükséges energia

A legeltetés mintegy 10–15%-kal növeli a fenti értékeket. 15–30%-kal nagyobb az energiafelhasználása a kifejlett hímivarú állatoknak is. Az, hogy az állat energiaigényét mennyi takarmány fedezi, a legegyszerűbben a következő összefüggésekkel becsülhető:
(1)A takarmány emészthető energia-tartalma (DE):…

(2) Az emészthető energia 80–85%-át teszi ki az életfenntartásra és termelésre fordítható metabolizálható energia (ME).
Az emésztőcsatorna hosszából és tagoltságából, valamint az állat életmódjából következően, a termelésre fordított energiahányad a kérődzőknél a legnagyobb, a mindenevőknél és a ragadozóknál egyre kisebb. Utóbbiaknál a metabolizálható energia nagyobb részét a mozgásra és hőtermelésre fordítandó, életfenntartó jellegű energia teszi ki. Az ember pedig csak a gazdasági termésben, illetve állati termékben található energiát használja fel, meglehetősen gyenge hatásfokkal, amit tovább ront az élelmiszerek feldolgozásához befektetett energia. Végső soron a Földre érkező napsugárzásnak az ember már csak elenyésző töredékét használja fel, szerencsére állandóan kapjuk ezt az energiát. Az életszínvonal növekedése azonban növekvő mennyiségű energiaigénnyel jár, melyet még – a készletek kifogyásáig – fosszilis energiaforrásokból is fedezhetünk, de előbb-utóbb döntő szerep jut majd a megújuló energiák hasznosításának is, melyeknek hazánkban valószínűleg legnagyobb részarányát képviseli majd a biomasszából előállított energia.
A biomassza energetikai célú felhasználására a tarlómaradványok kivételével bármely fő- és melléktermék felhasználható, ami előnyös az étkezési és takarmányozási célú hasznosítással szemben. A folyamatok során felszabaduló energiának egy része – az alkalmazott eljárástól és technológiai színvonaltól függő hatásfokkal – a hagyományos energiahordozókhoz hasonlóan felhasználható, a folyamat során képződő víz és a szén-dioxid pedig visszakerül a légtérbe. Rendkívül lényeges különbség azonban az, hogy amíg a biomassza energiává alakításakor csak a növények által rövid idővel azelőtt megkötött szén-dioxid-mennyiséget bocsátják ki (így néhány hónapos, vagy – éves időtávban szén-dioxid-semlegesnek tekinthetők), addig a fosszilis energiaforrások a több ezer évvel ezelőtt megkötött szén-dioxiddal terhelik a környezetet. Mivel a Világ energiafelhasználásának túlnyomó részét (közel 90%-át) fosszilis energiahordozók biztosítják, ezért a szén-dioxid-koncentráció feldúsul a légkörben, és üvegházhatást3 okoz.

1.2. A felhasználás forrásai és hasznosítási módjai

A biomassza alapvetően 5 nemzetgazdasági ágból (növénytermesztés, állattenyésztés, élelmiszeripar, erdőgazdaság, kommunális szféra) származhat és igen sokféle célra felhasználható.
Az élelmiszer- és takarmány-előállítás alapanyagbázisát az élelmiszergazdaság (a növénytermesztés, az állattenyésztés és az élelmiszeripar) szolgáltatja. Elsődleges funkciót tölt be, hiszen robbanásszerűen növekvő számú ember életfenntartását kell lehetővé tennie gyakorlatilag változatlan nagyságú termőterületen a fejlődő országokban, ugyanakkor rendkívül sok természeti és közgazdasági kockázattal kell számolniuk a fejlett országok mezőgazdasági termelőinek is. Az egymással ellentétes erkölcsi, gazdasági és politikai érdekek összehangolása napjainkban szinte megoldhatatlan probléma.
A talajerő-gazdálkodásban – a zöldtrágya-növényeket kivéve – leginkább melléktermékeket használnak fel. Ezek túlnyomórészt az élelmiszergazdaságból származnak (szármaradványok, almos trágya, cukorgyári mésziszap), kisebb hányadukat az erdészeti melléktermékek (avar, töredék gallyak) és – megfelelő ártalmatlanítás után – a kommunális, esetleg ipari hulladékok teszik ki. Utóbbiak hatásfokát nagymértékben javíthatja a szelektív hulladékgyűjtés, illetve a veszélyes szennyvizek elkülönítése a kommunális szférától.
Az ipari hasznosítás a fejlett országokban leginkább vidékfejlesztési célokat szolgál. A növényekben található szénhidrátok származékainak kémiai, illetve biológiai átalakítása olyan termékek előállítására szolgál, melyek piacképesek és eladhatóak, szemben az alapanyaggal, mely általában feleslegben van jelen a piacon. A kémiai módszerek közül elsősorban a hidrolízist, a szubsztitúciót és az észterezést alkalmazzák, míg a biológiai eljárások általában a mikrobiológiai erjesztésen alapulnak. A petrolkémiai nyersanyagokkal szemben az iparorientált agrár-feldolgozási rendszerek lehetnek versenyképesek, melyek olyan különleges növények termeltetését, illetve csökkent piacképességű növények speciális feldolgozását jelentik, melyeknek egyébként nem lenne piaca. A jövőben a biomassza ipari hasznosításában tehát - a minőség javításán és a fajlagos költségek csökkentésén túlmenően - döntő szerephez jut majd az új nyersanyagok és az ehhez szükséges infrastruktúra előállítása.
Az energetikai célú hasznosítást tekintve megállapítható, hogy a növénytermesztésben és az erdészetben képződő melléktermékek teljes mennyisége átalakítható valamilyen formájú energiává, de egyre terjedőben van a speciálisan energetikai célú főtermékek előállítása is (energiaerdő, biodízel, bioetanol). Az állattenyésztésben csak a melléktermékek vehetők számításba, elsősorban biológiai elgázosításra, melynek hazánkban nem is annyira az energetikai, hanem inkább a környezetvédelmi (hígtrágya-elhelyezés) és talajerő-gazdálkodási (biotrágya) vonzata bírhat jelentőséggel. Az élelmiszeriparban – elsősorban a növényolaj-iparban – az igen jelentős saját energiafogyasztást csökkentheti az itt képződő melléktermékek energiává (pl. gőzzé) alakítása. Végezetül a kommunális és ipari hulladékok anaerob erjesztése részben egy fejlettebb technológiai szinten teszi lehetővé ezen anyagok kezelését, részben pedig alkalmas a telepek saját villamos- és fűtőenergia-ellátásán kívül rendszerint fölös mennyiségben elektromos energia előállítására is. Utóbbit – jogszabályban szabályozott áron és feltételek mellett – kötelesek átvenni a helyi áramszolgáltatók. Külföldön a használt étolajat is felhasználják biodízel-termelésre, hazánkban mind az eljárással, mind az alapanyaggal szemben sokan hangoztatják fenntartásaikat.
Ezekből az anyagokból sokféle eljárással előállítható hőenergia, villamos áram, vagy hajtóanyag. Hazánkban a közvetlen eltüzelés (elgázosítás), a biobrikett (tűzipellet), a biogáz, a biodízel és a bioetanol tekinthető a legígéretesebbnek. Alkalmazásukat többé-kevésbé behatárolja a felhasználható alapanyag a következők szerint:
–Közvetlen eltüzelés:alacsony nedvességtartalmú és magas fűtőértékű növényi anyag.
–Biobrikett: az előzővel megegyező és felaprított növényi anyag.
–Biogáz:bármilyen szerves anyag, megfelelő arányban összekeverve.
–Biodízel:olajtartalmú magvak, illetve hulladékok.
–Bioetanol:szénhidrát- (cukor, keményítő, cellulóz) tartalmú növényi termékek.
Összességében valószínűsíthető, hogy a jövőben a biomassza felhasználásában a fejlődő országokban az élelmiszergazdasági felhasználás fog dominálni, mivel a lakosság száma ezekben az országokban emelkedik leginkább és az éghajlat miatt eleve kisebb az energiaigény. A fejlett országokban viszont az életszínvonal további növelése érdekében várhatóan egyre jobban elterjednek az ipari és különösen az energetikai eljárások.

mutass többet mutass kevesebbet

A kategória legkedveltebb kiadványai