A biogáz-hasznosítás, mint gyorsan fejlődő üzletág
2008/11. lapszám | Elek Edina | 5533 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Hulladékot termelünk táplálékaink előállításakor - állattartó telepeken trágya formájában, a konzervgyárakban, ahol vágóhídi és növényi termékeket dolgoznak fel -, illetve az ipari és kommunális szennyvíztisztító telepeken és a szilárd kommunális hul...
Hulladékot termelünk táplálékaink előállításakor - állattartó telepeken trágya formájában, a konzervgyárakban, ahol vágóhídi és növényi termékeket dolgoznak fel -, illetve az ipari és kommunális szennyvíztisztító telepeken és a szilárd kommunális hulladéklerakókban. Ezeknek a hulladékoknak az eltakarítása, elszállíttatása, ártalmatlanítása óriási költséggel jár.
A költséget és energiát felemésztő fizikai megsemmisítés (égetés) egyedüli lehetséges kiváltásaként a biotechnológiai eljárásokat alkalmazhatjuk. A mikrobák tápanyag- és energiaforrásként használják az ember által hulladéknak tekintett, újrahasznosítható másodlagos szerves anyagot. A hasznosítás nélkül veszélyes hulladékként kezelendő anyagokból a mikrobiológiai közösségek megújuló energiát (biogáz, ebből termelhető áram és, vagy hő) és műtrágyát kiváltó, értékes biohumuszt állítanak elő, csökkentve a környezetterhelést.
Mi is a biogáz?
A biogáz szerves anyagok anaerob térben, mikroorganizmusok közreműködésével történő erjedésekor keletkezik. 60-65% metán és 30-35% szén-dioxid keverékéből áll, mely kommunális szennyvíziszap, állati trágyák és mezőgazdasági maradékok fermentációja során termelődik. A folyamat spontán módon is lejátszódik mélyvízi tengeröblökben, mocsarakban és hulladéktároló telepeken, azonban mesterséges beavatkozással a gáztermelés hatásfoka megsokszorozható.
Prof. Dr. Kovács Kornél, a Magyar Biogáz Egyesület elnöke a biomassza modern energetikai hasznosítását és a hasznosítás növelését a következőkkel indokolja: A biológiai eredetű hulladékok mennyisége a jövőben jelentősen nő, mert a Hulladékgazdálkodási Törvény előírásai szerint a kommunális hulladékban a szervesanyag-hányadot jelentősen csökkenteni kell, az élelmiszertermelésben és az étkeztetésben keletkező hulladékokat a hagyományos módon (pl. moslék) már nem lehet felhasználni.
Az energiagazdálkodás területén pedig jelentősen nő a megújuló energiahordozók szerepe. Az ország energiamérlegében a megújulók arányát a jelenlegi 3,4%-ról tíz év alatt háromszorosára kell növelni. Ebben a programban jelentős szerepet kell, hogy kapjon a biotechnológiai energiatermelés.
|
|
| Rendelkezésre álló alapanyag százalékos megoszlása hazánkban |
A biogáztechnológia lényege és versenyképességének növelése
A hulladékkezelési technológiákban keletkező metán (biogáz) hasznosításakor az üzemeltetési költségek csökkenek, esetenként a biogáz-hasznosítás a folyamatot önmagában is nyereségessé teheti. A fosszilis energiahordozók előre látható kimerülésével a megújuló forrásokból előállított metán jelentősége a jövő energiagazdálkodásban nyilvánvalóan növekedni fog. Ezért világszerte intenzív kutató-fejlesztő munka folyik a biogáztechnológiák feljavítása érdekében.
Az anaerob szervesanyag-lebontás és biogáztermelés termékeként keletkező fermentációs maradék kiválóan alkalmas műtrágya kiváltására, talajerőpótló készítményként, ami a folyamat gazdaságosságát jelentősen növeli. A biohumusz-előállítás előnyeivel részletesen is kell foglalkozni, mert a biomassza komplex energetikai és környezetvédelmi hasznosítása az igazán EU-konform megoldás.
 |
| A biogáz helye a természet tápanyagkörforgásában |
Mezőgazdasági hulladékból termelt biogáz
Állati trágya „alapanyag-szolgáltatói” lehetnek: tehén, hízómarha, ló, sertéskoca és szaporulata, hízó, juh és baromfi.
Az állattartó telepek trágyán kívüli hulladékainak (elhullott állatok tetemei) nagy részét is hasznosítani lehet a biogáztelepen, megkímélve az állattartó telepet a veszélyes hulladék elszállításának költségeitől.
Növényi alapanyagok: árpaszalma, búzaszalma, energiafű, fű, kukoricaszár, len, kender, nádhulladék, rozsszalma, repce, rizsszalma, zabszalma.
A folyamat optimális működése érdekében a következő szempontokat kell figyelembe venni:
- folyamatos, előmelegített alapanyag-adagolás,
- alapanyag-összetétel fokozatos változtatása,
- rothasztást gátló anyagok kizárása,
- megfelelő keverés,
- hőmérséklet pontos tartása,
- tartózkodási idő biztosítása (elegendő térfogat).
 |
| Biogáz a táplálék- és energialáncban |
A fermentáció előnyei:
- szerves hulladékanyagok környezetkímélő feldolgozása,
- értékes energiaforrás előállítása,
- a kellemetlen szaghatások csökkennek,
- az iszapstruktúra átalakul (állagjavítás),
- kevésbé szennyezi a légkört metánnal,
- kis tápanyagveszteség,
- javul a növények tápanyag-hasznosítása,
- a biotrágya higienizálása.
Kommunális szennyvíziszapból termelt biogáz
Alapanyaga a szennyvíztisztítás során keletkező nyers- és fölösiszap-keverék. A szennyvíztisztítás során keletkező iszapok (5-6% szárazanyag-tartalom, ill. 60-70% szervesanyag-tartalom) anaerob rothasztó tartályokban történő kezelése során, a mezofil tartományban (33-35 °C) 20-30 nap alatt az eredeti szervesanyag-tartalom kb. 45-50%-a lebomlik, és biogáz keletkezik. A lebomlás feltétele az oxigénmentes környezet, ideális hőmérséklet, sötétség és megfelelő nedvességtartalom, mert ezek a metántermelő baktériumoknak az életfeltételei.
A keletkező végtermék a biogáz és a biotrágya (3-4% szárazanyag-tartalmú iszap).
A biogáz - depóniagáz (kommunális szilárd hulladékból keletkező biogáz) hasznosításának általános lehetőségei: hőtermelés; villamos energiatermelés; kapcsolt energiatermelés, villamos energia és hő együttes előállítása; CO2-értékesítés (üvegházhatású gázok, CO2 egység, metán 21-szeres hatás); gáztisztítás, értékesítés; tüzelőanyagcella (hidrogén és oxigén elektrokémiai egyesítése, egyenáram keletkezik, valamint víz és szén-dioxid).
A biogáz-technológia gazdasági előnyeiként említhető meg, hogy a folyamatban keletkező biogáz értékes energiahordozó (1 Nm3 biogáz 6 kWh, azaz 23 MJ energiával egyenértékű). Fűtésre, elektromos áramtermelésre egyaránt megfelel, másrészt a fermentáció után visszamaradt anyag sokkal jobban alkalmazható a talaj szervesanyag-utánpótlásának biztosítására, mint az istállótrágya, mert:
- az anaerob kezelés során az értékes nitrogéntartalom megőrződik,
- az elfolyó anyag savassága csökken,
- istállótrágya esetében a C/N arány 30-50%-kal csökken, tehát a keletkező termék alkalmas közvetlen mezőgazdasági alkalmazásra,
- a folyamatban a foszfor- és káliumtartalom a növények számára könnyen felvehető állapotba kerül,
- a gyommagvak csírázóképessége csökken,
- a termék sokkal kevesebb kellemetlen szaganyagot tartalmaz, és könnyen vízteleníthető.
A fermentáció eredményeként a hulladék-elhelyezéssel járó közegészségügyi problémák csökkennek, mert:
- az anaerob fermentáció során az emberre veszélyes patogén baktériumok jelentős része elpusztul;
- a termék térfogata számottevően csökken, tehát könnyebben és biztonságosabban tárolható;
- a környezetet szennyező anyagok koncentrációja csökken az anaerob fermentáció után.
A technológia előnye a mezőgazdaságban az is, hogy megoldható az ágazat saját környezetvédelmi problémája, azaz a hulladékkezelés és -hasznosítás kérdése.
A bioreaktorok általános felépítése
A bioreaktorba betáplálni kívánt anyag az előtárolóba érkezik be. A tárolást itt megelőzheti egyfajta válogatás műveletsora, amelynek egyik legfőbb célja a reaktor műszaki rendszerének védelme, a meghibásodások elkerülése. Ilyen meghibásodást okozhat a szárnyasok tollpihéjének a fermentortornyokban az aprító-keverőszivattyú tengelyére való rácsavarodása. Mindezek mellett törekedni kell arra, hogy a beérkezett anyagok már osztályozva, a lehetőségek szerint homogénen érkezzenek az előtároló fogadógaratjaihoz.
Az előkészítőtérben állítják be a folyadéksűrűséget, ugyanakkor itt állítják össze magát a receptúrát is. A keverőtérben – szivattyúk segítségével – homogenizálják az eddigi folyamatok során még inhomogén anyagot. A bioreaktor méretezéséhez a biztosnak látszó szerves anyagok elemzése elengedhetetlen.
A bioreaktor üzembiztos működésének egyik fontos alapfeltétele a bioreaktorban fermentáló anyagok mennyiségi és minőségi jellemzői által meghatározott manipulációja, mindezek figyelembevételével kialakított fermentációs anyagreceptúra összeállítása és tervszerű szabályozása.
A biogáz előállításánál működési mód szerint háromféle technológia különíthető el:
- a folyamatos eljárás (az alapanyagok be- és kitárolása folyamatos),
- a Batch eljárás (az alapanyagok be- és kitárolása szakaszos),
- a Batch és a folyamatos eljárás kombinációja.
A biogáz előállításának hőmérséklete szerint kétféle technológia különböztethető meg:
- A mezofil technológia: előnye, hogy alacsony hőmérsékleten, 30-40 ºC közötti tartományban üzemel, ezáltal egyszerűbb. Hátránya a hosszú ciklusidő (25-35 nap) és az alacsony gázkihozatal.
- A termofil technológia: a termofil technológia a mezofilnál magasabb hőmérsékleten, 50-60 ºC között üzemel optimálisan. A termofil rendszerek még ritkák Magyarországon, mivel
terjedésük csak most, a 21. század hajnalán kezdődött meg. A termofil fermentáció előnye a rövid ciklusidő (10-14 nap), valamint a mezofilnál jelentősen nagyobb gázkihozatal.
A további hatásfokjavítás érdekében alkalmazzák az ún. kogenerációs technológiát. A kogenerációs technológia azt jelenti, hogy a gázból párhuzamosan termelnek hőt és áramot, szemben a hagyományos megoldásokkal, ahol csak hő keletkezik.
Megoldások családi házak esetében
Egy háztartás elektromos- és hőellátásának környezetbarát alternatívája a házi mikroerőmű. Már egyetlen növényolaj- vagy biogázüzemű házi mikroerőmű képes egy átlagos 60 és 300 m² alapterület közötti családi ház fűtési, használati melegvíz- és áramszükségletének kielégítésére, és mivel mindkét technológia kompatibilis a hagyományos radiátoros, fal- vagy padlófűtéses rendszerekkel, ezért alkalmazásukhoz még a meglévő fűtési rendszer átalakítására sincs szükség. Olyan magas komfortfokozatú rendszer építhető ki, mely felhasználóbarát, és nem igényel szokásváltoztatásokat. Az erőforrások pontos kihasználásával pedig minimálisra csökken a tárolandó energiafelesleg, ami alacsony költségeket von maga után.
A hidegen préselt növényolaj-üzemű házi mikroerőművek alkalmazása kertvárosi területeken és szezonális igénybevételű ingatlanoknál célszerű, ugyanis ezek a rendszerek kiválóan teljesítenek mind folyamatos, mind szakaszos igénybevétel esetén. A növényolajos mikroerőműveknek a legkisebb a helyigénye, hiszen mindössze 1,5 m²-nyi terület elegendő a telepítésükhöz. A növényolajos mikroerőművek üzemanyag-fogyasztása igen alacsony, mindössze 1,2 liter óránként. A legnagyobb komfortfokozattal rendelkeznek, mivel működésük gyakorlatilag teljesen automatikus.
Azokon a vidéki területeken, ahol a felhasználónak rendelkezésére áll a rendszer optimális működéséhez szükséges biomassza (napi min. 100 kg), mely biztosítható háztartási, mezőgazdasági vagy állati eredetű hulladékokból (pl. trágya, zöld vágási hulladék stb.), a szakértők a biogáz mikroerőműveket ajánlják. A biogázos házi mikroerőművek fenntartásukat tekintve a legolcsóbbak, amennyiben a felhasználónak rendelkezésére áll a szükséges szerves anyag, hiszen ekkor a gép üzemanyaga szinte ingyen van. A technológia azonban nem csak a folyamatos biomassza-igény, hanem a tisztán növényolajos rendszernél jelentősebb helyszükséglet miatt is elsősorban inkább a vidéki területeken javasolt, ahol néhány négyzetméterrel nagyobb terület biztosítása nem okoz problémát.
A házi biogázrendszer felépítése
- Egy energiatermelő egység, amely körülbelül 1,5 m²-nyi helyet igényel.
- Legalább egy biogáz alapreaktor, melynek átlója min. 2,5 méter, magassága pedig 1,3 méter. A reaktor elhelyezhető szabadtéren, talajszinten vagy földbe süllyesztve, vagy tető alatt nyitott és félig nyitott helyiségekben.
Nagyobb méretű ingatlanoknál további választható elemek beépítésére is van lehetőség, például hőszivattyúk, kiegészítő reaktorok stb.
A biogáz fűtőértéke
A földgáz gyakorlatilag teljes egészében metánból áll, ezért a biogáz fűtőértéke a metán részarányától függően a földgáz fűtőértékének 50-70%-át teszi ki. 1 m³ biogáz hőenergiája tisztítás nélkül megközelítőleg 1 kg barnaszenet vagy 0,5 liter tüzelőolajat képes helyettesíteni.
Mennyi fűtési hőt termel egy házi mikroerőmű?
Vegyünk összehasonlítási alapnak egy 100 m² alapterületű és EU 140 kWh/m², új épületenergetikai normának megfelelő, jól hőszigetelt családi házat, melynek éves fűtése 14 000 kWh/év, vagyis kb. 1500 m³/év földgázzal megoldható egy közel 100% hatásfokú melegvíz-kazánnal.
A legkisebb mikroerőmű már képes egy 100 m²-es háznál évente 1500 m3 földgázfűtés egyenletes helyettesítésére. A berendezés 80/60 ºC melegvíz-teljesítménye min. 6 kW, így a 14 000 kWh/év meleg vizet 2300 üzemórás működéssel képes biztosítani.
Többletáram-értékesítés akár családi házak esetén is
Egy 100 m2 alapterületű és négyszemélyes családi háznál évente 4000 kWh áramfogyasztással számolhatunk. A házi mikroerőművek 4 kW áramteljesítményűek, valamint az energiatermelési megoszlásuk nagyjából a következőkkel jellemezhető: egy berendezés egy 1 kWh hő előállítása alatt párhuzamosan 0,5 kWh zöldáramot termel. Így a 2300 óra üzemidő (ennyire van szükség a ház fűtésének biztosításához) alatt egy mikroerőmű a fűtés ellátása mellett 9200 kWh zöldáramot is termel, amely nemcsak, hogy kielégíti, de meg is haladja egy család átlagos éves áramszükségletét.
Ez azért fontos, mivel lehetőség van a termelt áramtöbblet értékesítésre a helyi áramszolgáltatónak. Ugyanis az új villamosenergia-törvény lehetővé teszi az áramszolgáltatóval az oda-vissza árammérős elszámolást. Ez azt jelenti, hogy ha a családi ház átlagosan 4000 kWh/év áramot fogyaszt, de a mikroerőmű 9200 kWh/év zöldáramot termel, akkor a keletkezett zöldáram-többlet 5200 kWh/év, ezt pedig az áramszolgáltatók kb. 27 Ft/kWh + ÁFA zöldáram-áron veszik át. A háztulajdonos így 140 000 Ft/év pluszbevételre is szert tehet.
Megtakarítás
Előbbi példánknál maradva a költségek a következőképpen alakulnak:
A lakás 1500 m³/év földgázfűtése 110 Ft/m³-es gázárral számolva 165 000 Ft/év. Ugyanennél a lakásnál a 4000 kWh/év áramfogyasztást 40 Ft/kWh-val számolva 160 000 Ft/év. Azaz a családnak egy hagyományos rendszernél villanyra és fűtésre évente összesen 325 000 Ft kell költeni.
Növényolaj-, illetve biogázüzemű házi mikroerőmű alkalmazása esetén ez az összeg a töredékére csökkenthető. Természetesen a megtakarítás mértéke attól függ, hogy a felhasználó mennyiért jut hozzá a különböző bio-üzemanyaghoz.
Amennyiben a bemeneti szerves anyagot a felhasználó a rendelkezésére álló állati trágyából vagy szerves hulladékokból biztosítja, akkor a rendszer üzemanyagköltsége gyakorlatilag nulla, megtérülési ideje pedig 3 és 6 év között mozog általános esetben. Társasházi vagy tanyasi alkalmazások még inkább rentábilisabbak lehetnek.
Sokszor merülnek fel olyan kérdések a biogáz-hasznosítással kapcsolatban, melyek nem világosak az érdeklődők számára. Tekintsünk át néhányat, szakértői véleményekkel.
Társulnak-e kellemtelen szagok a biogáz rendszer működéséhez? Nem, a reaktor a környezetbe semmilyen kellemetlen szagot nem bocsát ki. A lebomlás során keletkezett kénhidrogén biotechnológiai módszerekkel semlegesítésre kerül. Az egyetlen kellemetlen szagforrást a bekerülő anyagok (trágya, szerves hulladék stb.) jelenthetik. Ez kiküszöbölhető szárított energianövény használata esetén, illetve, ha a nem szagtalan beviteli anyag (pl. trágya) bejuttatása zárt rendszerben történik. Az erjedés befejeztével a rendszerből kikerülő biotrágya pedig gyakorlatilag szagmentes.
Használható-e a biotrágya a növénytermesztésben? A biotrágya alkalmazása (a kedvező biológiai hatások eredményeképpen) a komposzthoz képest 50%-os, a műtrágyához képest 30%-os terméstöbblettel járhat a szántóföldi növénytermesztésben.
Káros-e a biogáztermelés a környezetre nézve? A biogázból történő energia- és hőtermelés szén-dioxid-semleges, azaz a biogáz felhasználása során nem kerül többlet szén-dioxid a levegőbe, ellentétben a fosszilis energiahordozókkal. Ez azt jelenti, hogy a biogáz elégetésekor keletkezett CO2 mennyisége nem haladja meg a felhasznált növények fejlődése során a légkörből megkötött szén-dioxid mennyiségét. A mezőgazdasági melléktermékek, trágyák fermentálása során pedig a CO2-nél 25-ször károsabb üvegházhatású gáz, a metán légkörbe jutását lehet elkerülni.
Veszélyes-e a biogáz berendezés? A berendezésben keletkező metán zárt rendszerben kerül felhasználásra. A zárt láncolat miatt a reaktortérbe kerülő oxigén szintje soha nem érheti el még a 3%-ot sem. Ez azért fontos, mert csak 10-15% feletti oxigénkoncentráció esetén kell a robbanásveszélyességtől tartani.
| időjárásfüggő (Ft/kWh) | időjárástól független (Ft/kWh) | |
| Csúcs | 23 | 26,12 |
| Völgy | 23 | 23 |
| Mélyvölgy | 23 | 9,38 |
| Napi átlag | 22,47 | |
| Hétvégi átlag | 21,3 | |
| Éves átlag | 22,1 |
Magyarországi helyzetkép
Az uniós és a magyar szabályozás is kötelezővé teszi, hogy a felszabaduló, a szén-dioxidnál huszonötször erősebb üvegházhatású metánt tartalmazó biogázt a szemétlerakók tulajdonosai összegyűjtsék és hasznosítsák, vagy az elégetéséről gondoskodjanak. A kommunális hulladéklerakókban a szigetelt tárolókban elhelyezett hulladékban lévő szerves anyag bomlásakor fölszabaduló biogázt összegyűjtik.
A beruházás nagyon hamar, akár 2-3 év alatt megtérül, így egyértelmű, hogy minden nagy szeméttelep gazdasági érdeke a biogáz hasznosítása. A másik keletkezési hely a szennyvíztisztítókhoz köthető, ahol az iszap kezelése során keletkezhet biogáz. Itt a legalább napi 15 000 m3 kapacitású telepeken éri meg a beruházás, és a gázmotorral termelt villamos energia az egyébként rendkívül energiaigényes telepek villamos energiaszükségletének mintegy 25-30 százalékát fedezi, továbbá a gázmotor hulladékhője vagy a felesleges gáz elégetése során fölszabaduló hőenergia az épületek fűtésére és a technológiai hőigény kielégítésére is használható.
Magyarországon jelenleg kb. 100 olyan szennyvíztisztító telep van, amelyik kapacitása több mint 15 000 m3 naponta. Ebből mindössze tizenötben működik olyan anaerob iszapkezelés, amely biogázt is termel. Az EU-támogatással megvalósuló nagyobb telepek mindegyikében tervezik a biogáz hasznosítását. Az országban egyelőre megközelítőleg fél tucat, állati eredetű szerves hulladékok gyűjtését és hasznosítását végző telep működik, a beruházások 3-5 év alatt térülnek meg.
Pályázati lehetőségek, pénzügyi támogatások hazánkban
Az önkormányzatok 2008-tól kezdve biztosítanak lehetőséget a társasházak számára a társasházi közös tulajdon megújuló energiás fűtés- és áramkorszerűsítésére. A támogatások átlagos mértéke 30%.
Egyéni tulajdon esetén a NEP (Nemzeti Energiatakarékossági Program) keretében pályázat lehetőségével lehet élni, amely 30% állami támogatást biztosít a lakások zöldáram- és zöld-fűtéshő megoldásaihoz. A 30 % támogatás maximum 1,2 milló forint lehet, a maradék 70%-ra pedig kedvezményes kamatozású, hosszú lejáratú hitel vehető fel.
Amennyiben az épület az átlagosnál nagyobb energiafogyasztású, akkor a zöldenergiás fejlesztésnél lehetőség van zöldenergia-berendezés géplízing igénybevételére. Ebben az esetben a zöldenergiás géplízing törlesztése fedezhető az energetikai megtakarításból.
Míg 2006 elején Magyarországon mindössze kettő állati trágyára alapozott biogázüzem üzemelt, illetve állt építés alatt, addig „a támogatások hatására akár újabb 35 biogázüzem is épülhet két éven belül” - nyilatkozta Bíró Tamás, a Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium osztályvezetője a 2008-as RENEXPO-t kísérő rendezvényeként szervezett biogáz-konferencián.
Magyarország energiaimport-függősége 75%-os, ezt csökkenteni kell, miközben növelni szükséges a megújuló energiaforrások részarányát.
A Környezet Energia Operatív Program keretében nemcsak a trágyakezeléssel kapcsolatos projekteket támogatják, hanem minden hulladékot vagy növényi mellékterméket feldolgozó üzemet is.
A szakma képviselői remélik, hogy az EU-s támogatásoknak, illetve az egyszerű gazdasági racionalitásnak köszönhetően a biogáz-hasznosítás a következő évtizedben gyorsan fejlődő üzletág lesz Magyarországon is.
