A fa mint megújuló energiaforrás
energif a melléklet
60 2011. 08. I Magyar Asztalos és Faipar
biomassza-tüzelés
A megújuló energiaforrások részaranyát
az 1. ábrán szemléltetjük,
amelyen látható, hogy legnagyobb
mennyiségben a biomassza
kerül alkalmazásra (~80%), ezen
belül is a kiemelkedő részarányt
az erdőgazdálkodásokból származó
tűzifa és fafeldolgozásból
származó faalapú hulladékok/
melléktermékek jelentik.
A rendelkezésre álló gyenge
minőségű szántóföldeken és parlagon
hagyott területeken fás és
lágyszárú energiaültetvények létesíthetők,
melyek segítségével a
biomassza-alapú energiatermelés
2020-ra – reálisan nézve – 50%-
kal növelhető (a jelenlegi mintegy
40 PJ-ról 60 PJ-ra). Jelentős
tartalékok vannak még az erdőn
maradó apadékok, a mezőgazdasági
és faipari melléktermékek
felhasználásában is. Lényegesen
nagyobb kiugrási lehetőség van
azonban a geotermikus és a
napenergiában.
A fából történő hőelőállítás
fő lehetőségei
A fából történő energia-előállításkor
tulajdonképpen a fotoszintézis
során tárolt 19 271 MJ/ tonna napenergiát
szabadítjuk fel. Ennek megfelelően
a fa fűtőértéke abszolút
száraz fa esetén – fafajtól függően
– átlagosan 17,5–18,9 MJ/kg érték
körül alakul. 2 kg abszolút száraz
fa fűtőértéke közel azonos 1 m3
A fa mint megújuló
energiaforrás
Hazánk sajátosságai miatt öt fő megújuló
energiaforrás térnyerésével számolhatunk
hosszabb-rövidebb távon: biomassza, földhő,
nap, szél és a víz. Magyarország biomassza
elméleti potenciálját egyes publikációk 200–
330 PJ/évben határozzák meg. Természetesen
az elméleti potenciál sokkal nagyobb,
mint amit valójában elő tudnánk állítani
(„fenntartható potenciál”: 100–150 PJ).
átlagos földgázéval (1. táblázat). Ez
azonban természetesen csak ideális
esetre vonatkozik, hiszen abszolút
száraz fa, fahulladék nem fordul elő
a felhasználás során, ezért figyelembe
kell venni a víztartalmat is,
amely a fűtőértékét nagymértékben
csökkenti (50%-os nedvességtartalmú
tűzifánál 9–11 MJ/ kg fűtőérték
vehető számításba).
A faanyagot használhatjuk közvetlenül
tüzelési és gáztermelési
célra (melyek során hő és villamos
energia nyerhető ki) és üzemanyag
előállítására is.
A fa energetikai felhasználá -
sának legegyszerűbb módja a
közvetlen eltüzelés, amikor a
tüzelőanyagban (fahulladék,
faapríték, tűzifa, pellet, brikett)
található C, H és egyéb éghető
anyagok oxidációja során égéstermékek
keletkeznek és hőenergia
szabadul fel.
Biomassza tüzelésénél a fő tüzelési
zónában – a tüzelőanyagtól és az
eltüzelés módjától függően –, átlag
mintegy 900–1300°C hőmérsékletet
lehet elérni. A füstgázok az
égéskamra végén 600–700°C-ra
hűlnek le. A vízgőz és szén-dioxid
mellett kisebb mennyiségben számos
gáz keletkezik, mint pl. CxHy;
HCl, dioxinok, furánok, SO2, SO3;
NOx, N2O.
A faalapú energiahordozók égetésére
leggyakrabban alkalmazott
tüzelőberendezések elsősorban az
előtéttüzelők, az előtoló rostélyos
kazánok, alátolós tüzelőberendezések,
a cirkulációs és nyugvóágyas
fluidkazánok, valamint a
befúvatásos tüzelőberendezések.
A fából gázt is nyerhetünk termikus
bomlás segítségével. Az elgázosítás
hatásfoka akkor a legjobb, ha a
pirolízis légszegény vagy inert (nem
oxidatív, pl.: nitrogén) közegben
megy végbe. A hőmérséklet további
növelésével (800–1000°C) és
vízgőz jelenlétében a keletkező faszén
is éghető gázzá válik és csak a
hamualkotók maradnak vissza. Az
így nyert fagázzal már a korábbi
évtizedekben is üzemeltettek belső
égésű motorokat.
1. ábra:
A: Megújuló energiaforrások 2010-es tényleges és 2020-as becsült részaránya
B: a biomasszamixen belüli erdészeti fa, faipari melléktermékek felhasználása 2008-ban
(Adatok forrása: Magyarország megújulóenergia-hasznosítási cselekvési terve 2010–2020;
Magyar Energia Hivatal 2008. évi erőművi biomassza-felhasználás ellenőrzése)
A
Rönkfa
34,54%
Tűzifa
31,31%
Faapríték
31,31%
Fűrészpor
6,93%
Energiaerdő
(apríték)
0,01%
Faipari melléktermék
2,21%
Egyéb fűrészüzemi hulladék/
melléktermék
2,21%
B
2020
(tervezett)
2010
Biomassza
62%
62%
Hőszivattyú
Biogáz Napenergia
Vízenergia Szélenergia
Geotermikus
0,7%
1%
5%
1,4%
0,5%
5%
4%
6%
17%
0,5%
5,1%
8,6%
Magyar Asztalos és Faipar I 2011. 08. 61
biomassza-tüzelés
Kapcsolt
energiatermelés
A kapcsolt energiatermelés (vagy
másképp kogenerációs energiatermelés)
fogalma azt jelenti, hogy
egy berendezéssel egyszerre
többféle energiaszükségletet (pl.
villamos energia, hőenergia) is
kielégíthetünk. A faalapú hulladékokból
és egyéb biomasszából
a hő melletti áramtermelésre számos
lehetőség kínálkozik, melyek
a gáz- és gőzerőfolyamatokon
alapulnak. Az előállított gázból
vagy gőzből, motorok és turbinák,
valamint generátorok segítségével
állítják elő a villamos energiát.
Faalapú hulladékok/
melléktermékek
nemesítése (brikettálás,
pelletálás)
A különböző biomassza-hulladékokból
tömörítési eljárásokkal, kötőanyag
nélkül állíthatunk elő nagy
fűtőértékű, a tűzifánál nagyobb
energiasűrűségű energetikai alapanyagokat.
Ezeket brikettálással
(jellemzően 6–10 cm átmérőjű) és
pelletálással (6–14 mm átmérőjű
és 2–4 cm hosszúságú termék)
hozhatjuk létre. A leggyakoribb
alapanyagnak a faalapú porforgácsok
tekinthetők. A nemesítés
során természetesen energiát
viszünk be az egyes berendezések
működtetése miatt. A bevitt
energiát nagymértékben befolyásolja
például az alapanyag
(más préselési nyomás szükséges
különböző faanyagok esetében),
a nedvességtartalom (14% nedvességtartalom
felett szárítani
kell, melyhez nagy mennyiségű
hő szükséges) vagy éppen az
alapanyag szemcseösszetétele
(sok esetben szükséges darálás
és utándarálás).
Kutatásaink során felmértük ezen
nemesítések energiaszükségletét.
A pelletálás átlagos villamosenergia-
szükséglete 100–250 kWh/
tonna (360–900 MJ/tonna). Szárítás
esetén ez természetesen kiegészül
a szárítási hő előállításához
szükséges energiával. Abban az
esetben, ha például 30%-os nedvességtartalmú
alapanyagot kell
leszárítani 10–12%-ra, akkor ehhez
200–250 kWh hőmennyiség
szükséges, melyet például földgáz
vagy saját apríték felhasználásával
állíthatunk elő. A brikettálás
ennél alacsonyabb, mintegy – számításaink
alapján – 50–100 kWh
villamosenergia-szükséglettel jár.
Természetesen ezen költségekhez
adódik még egyéb rezsiköltség,
karbantartási költség, bérköltség
stb. is. Pelletálás esetében a tonnánkénti
önköltség például elérheti
a 25–35 000 forintot is, mely a
gazdaságos termelési minimum
(1–1,5 tonna/ óra) előállítása
esetén igaz (természetesen az
alapanyagár, energiaárak és
energiafelhasználások jelentősen
módosíthatják a kiadásokat).
Teljesen más ér téket kapunk,
ha saját faipari termelésünkből
rendelkezésre áll az alapanyag,
hiszen ilyen esetben értelemszerűen
nem kell az alapanyagot
megvásárolni.
A nemesítéssel előállított energiahordozók
felhasználása esetében
azonban megfelelő tüzelőberendezéseket
is szükséges üzembe
helyezni. A hagyományos biomassza-
tüzelésű berendezéseknél
a megfelelő hatásfok elérése érdekében
tüzeléstechnikai problémák
merülhetnek fel, legyen szó akár
az automatikus adagolásról (alapvető
célja a pelletfelhasználásnak,
hogy a földgázfelhasználás során
tapasztalható kényelmi fokozatot
megközelítsük), vagy akár a tűztér
speciális kialakításáról (égetőserleg).
Centralizált vagy decentralizált
erőműveket
létesítsünk?
Széles körben elfogadott tény,
hogy támogatni, segíteni kell a
decentralizált, kisebb méretű
kogenerációs erőműveket, amelyek
egy-egy kistérség alapanyagait,
hulladékanyagait használják
fel, és ugyanennek a kistérségnek
szolgáltatnak energiát.
Alapvető probléma, hogy a jelenlegi
„kapcsolt energiát” előállító
biomassza-erőműveinknél elsősorban
villamos energiát állítanak
elő, míg a keletkező hulladékhőt
részben vagy teljes egészében a
környezetbe bocsátják ki és így az
nem hasznosul. Ezért ezen nagy,
centralizált biomassza-erőművek
22–35% körüli hatásfokkal működnek.
A nagy mennyiségben
keletkező hő felhasználásának fő
akadálya a nagy távolság és a nem
megfelelő méretű felvevő térség.
2008-ban 9 hazai biomasszatüzelésű
erőmű (beépített összes
teljesítmény 348 MW) 1606,3
GWh (5782 TJ) villamos energiát
és 3273 TJ hőt termelt 35%
hatásfokkal, ami gyengének
mondható.
A kiserőművek alkalmazására számos
példa látható Magyarországon
(Pornóapátiban falufűtés), de
leginkább a szomszédos Ausztriában
(pl. Güssingben a város teljes
hő- és villamos igényét kielégítik
a helyben található parkettagyár
melléktermékeire és tűzifa minőségű
rönkökre alapozva).
Decentralizált rendszereknél elérhető,
hogy nem kell nagy távolságról
begyűjteni az energetikai
alapanyagot, nem kell messzire
szállítani a megtermelt hőt és biztos
felvevőpiac lesz – a környező
településeken – a megtermelt
hőre. Ilyen esetekben az energiatermelés
hatásfoka 50–85%-ra
növelhető, hisz az erőmű által
termelt hő és villamos energia a
környezeti fogyasztás igényének
megfelelően tervezett, ennek megfelelően
értékesíthető. A decentralizált
rendszereknek a helyi, egyes
háztartásokat és közintézményeket
kiszolgáló biomasszakazánokkal
szemben is előnye van, ha komplexen
vizsgáljuk az egyes térségeket.
Ezen előny abból fakad,
hogy nem kell előkészíteni az alapanyagot
(pl.: pelletálásra, azért
hogy otthonunkban kényelmes
legyen kezelni), és változatosabb,
olcsóbb alapanyag-összetétel is
megengedett.
A fafeldolgozás mint
termék- és egyben energiahordozó-
előállító
A faipar jellegzetessége és egyben
egyedi sajátossága, hogy
energiaigényeinek egy részét
külső forrásokból szerzi be, más
részét a gyártás során keletkező
másodlagos nyersanyagok (szélhulladék,
apríték, forgács, kéreg
stb.) telepen belüli elégetéséből
nyeri. A faiparban keletkező hulladékok/
melléktermékek mintegy
2/3-a a helyszínen kerül energetikai
hasznosításra (infrastrukturális
és technológiai hőigények
fedezésére). Itt szinte kivétel nélkül
csakis hőenergia- előállításról
beszélhetünk, holott több esetben
gazdaságosságilag is megalapozott
lenne a kapcsolt villamosenergia-
előállítás, mely részben
vagy egészben fedezné az üzem
villamosenergia-igényeit.
„Mindig gondoljunk arra, hogy
falevél vagyunk az emberiség
fáján. Nem élhetünk a többiek
nélkül, nem létezünk a fa nélkül”
(Pablo Casals)
Prof. Dr. Varga Mihály
egyetemi tanár
Dr. Németh Gábor
egyetemi docens
Csitári Csaba
Phd. hallgató
Nyugat-magyarországi Egyetem
Faipari Mérnöki Kar
Gépészeti és Mechatronikai
Intézet
A tanulmány teljes terjedelmében
a NYME „Örök társunk a fa”
című kiadványában jelent meg.
Fűtőanyagok Fűtőérték (MJ/kg) Fűtőérték (kWh/kg)
Frissen vágott fa ~6,8 ~1,9
Légszáraz fa 14,4–15,8 4–4,4
Abszolút száraz fa 17,5–18,9 4,9–5,3
Fapellet 18 5
Barnaszén 8 2,2
Kőszén 27–32,7 7,5–9
Biodízel 37 10,2
Fűtőolaj 40–43 11,1–11,9
Földgáz 32–42 (MJ/m3) 9,7–12,5 (kWh/m3)
1. táblázat: néhány fűtőanyag fűtőértéke
Forrás: Örök társunk a fa, 9. Fatermékek ölológiai mérlegen
