Molnár Dávid: Biomassza a villamosenergia-termelésben

A biomassza megújuló energia, a napsugárzásból származik. A szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek összességét és az átalakulás után keletkező minden termék és hulladék értendő.

Keletkezése alapján csoportosíthatjuk a biomasszát[1]. Elsődleges biomasszák a természetes vegetációval jönnek létre, ilyenek a mezőgazdasági növények (szalma, szár, torzsa), erdő (tűzifa, erdei hulladékok), legelő, rét, vízben élő növények, kertészeti növények, s e csoportba tartoznak a speciálisan erre a célra termesztett energianövények. Másodlagos biomasszák közé az állatok, az állattenyésztés fő- és melléktermékei illetve hulladékai tartoznak (trágya). Harmadlagos biomassza a települések szerves eredetű hulladékai (szerves iszap), a biológiai jellegű feldolgozóipar melléktermékei, hulladékai és fahulladék.

Aprított fa (link)

A biomasszát használnak közvetlenül eltüzelve, brikettálva, elgázosítva, biogázként és bioeredetű motorhajtóanyagként. Közvetlen eltüzelés a legegyszerűbb felhasználási forma, mely során a tűzifát, faipari melléktermékeket, és hulladékokat tüzelnek el.

Ilyen módon hasznosítják a szalmát, kukoricaszárat és csutkát, napraforgó szárát, illetve más növények szárát, héját, és egyéb szilárd maradványait. Nedvességtartalmuk változatos, a szalmáé 10-20%, kukoricaszáré 40-65%, szőlővenyigéé és fahulladéké 20-45%, ez 13-40% közé kerül a tárolás közbeni száradás során, fűtőértékük 10-20 MJ/kg. Nehezíti a felhasználásukat az alacsony sűrűségük, ezért hogy tömörebbek legyenek, brikettálják (préselik) ezeket, ami elég sok nedvességtartalmat kiszorít belőle. A biobrikett mérete 10-50 mm. A legalkalmasabb termékek a búza-, repce- és szójaszalma, a kukoricaszár, a fűrészpor és a faforgács. Fűtőértékük 15-17 MJ/kg, 6-8%-os nedvességtartalom mellett. Az elgázosításnak két fajtája van. Egyik az oxidáló közegek kizárásával történik, ilyenkor fagáz, faszén, kátrány és kátrányos víz keletkezik, a másik eljárás során az oxidáló közeg jelenlétében végzik az elgázosítást, így csökken a szilárd és folyékony anyagok mennyisége. Az így nyerhető fagáz fűtőértéke 10-12 MJ/m³.

A szerves anyagok erjedése során biogáz képződik. Két eljárás létezik biogáz előállítására: az egyik a nedves lebontás, aminél az első lépésben az összetettebb anyagok egyszerűbb szerves anyagokká alakulnak (gázok, alkoholok, savak), utána pedig baktériumok tovább bontják ezeket szén-dioxiddá, metánná és más gázokká. A másik eljárás a félszáraz technológia, aminél az első fázis oxigén környezetben zajlik és utána következik az oxigénmentes szakasz. Elvben minden szerves anyagból lehet biogázt előállítani, mégis inkább a környezetszennyező szerves anyagokat szokták ilyen módon felhasználni. Az állattartó telepeken keletkezett hígtrágya és a szennyvíz számít elsősorban forrásnak, de ezek mellett felhasználnak még élelmiszeripari hulladékokat, energianövényeket és a növénytermesztés melléktermékeit is.

A biogáz fűtőértéke elérheti a 24-26 MJ/m³-t is. A bioeredetű motorhajtóanyagokat napjaink közlekedésében használt benzin és gázolaj helyettesítésére kezdték használni. Alkoholféleségek közül a metanol és az etanol használható fel. Tapasztalatok szerint a belsőégésű motorok átalakítása nélkül is felhasználhatók az alkoholféleségek, viszont nem az eredeti anyagok helyett, hanem mellett, 10-15%-nyit kevernek a bioüzemanyagból a benzin, illetve gázolaj mellé. A fűtőértékük kisebb, mint a benziné, a metanolnak 20 MJ/kg, az etanolnak 27 MJ/kg. A növényolajak a dízel üzemű motorok üzemeltetésénél lehet felhasználni. A fűtőértékük nagyobb, mint az alkoholé: 38-40 MJ/kg, ezt hozzákeverve 20-25%-ban a gázolajhoz a motor nem igényel átalakítást[2].

Erőművi szinten megvalósuló biomasszából történő villamosenergia-termelésnek kettő jellemző megoldása van. A szilárd anyagok elégetéséhez gőzerőművek a megfelelők, amik abban különböznek a pl. szénnel működő gőzerőművekhez képest, hogy másabb kialakítású a kazán, különösen akkor, ha szalma bálát tüzelnek el. A gáz halmazállapotú anyagokból történő energia előállítása gázmotoros erőművekben történik. Mind a gőzturbinás, mind a gázmotoros erőművek kicsi vagy közepes méretben valósíthatók meg, mivel a felhasználható bioenergiák nem állnak rendelkezésre számottevő mértékben egy bizonyos területen, hanem nagyobb kiterjedésű vidéken lehetne elegendő alapanyagot beszerezni, aminek pl. beszállítása további nehézségeket vet fel. A szilárd biomassza tüzelőbázis előnye, hogy elégetése során a károsanyag-kibocsátása minimális. A gáz, illetve folyadék halmazállapotú tüzelőanyagok felhasználásához jó hatásfokú gázmotorok állnak rendelkezésre. A szilárd biomasszát előszeretettel alkalmazzák széntüzelésű erőművekben kiegészítő alapanyagként, a Mátrai Erőműben például a szénhez 10% biomasszát adagolnak, mivel így jelentősen csökken a szén-dioxid kibocsátása. A hagyományos tüzelésű szilárd anyagot felhasználó biomassza erőművek hatásfoka 30-40%, míg a biogáztüzelésű erőműveké 40%[3].

[1] Büki Gergely: Erőművek, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2004, 501. oldal

[2] Büki Gergely: Energetika, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1997, 367. oldal

[3] Fazekas András István: Villamosenergia-rendszerek rendszerszintű tervezése I., Akadémiai Kiadó, Budapest, 2006, 543. oldal