Az Olvasóink kérték kezdeményezés keretében már készült bejegyzés a biomassza energetikai célú hasznosításáról, de nagysága miatt több cikkben kell a témát tárgyalni.
Az első rész a fa- és pellet-tüzelésről szólt.
A biomasszát többféle képpen lehet hasznosítani, a fentiek az energetikai célú hasznosítás részeit képezik, és a mai rész is ezt a fejezetet boncolgatja.
A két folyamat során a növényi maradványokból a talajerő visszapótlására alkalmas komposzt és biogáz keletkezik.
A talajerő visszapótlása fontos, hiszen ezáltal a szervetlen műtrágyák talajra való kiszórása megelőzhető vagy adott esetben mennyisége csökkenthető.
Ez utóbbi azért is fontos, mert az ásványi eredetű, de mesterséges műtrágyák nitrogén-tartalma ammónium-, nitrát- és nitrit-ionok formájában van jelen, mely a mikrobiológiai folyamatok során (nitrifikáció és denitrifikáció) dinitrogén-monoxiddá (N2O) és nitrogén-dioxiddá (NO2) alakul. A dinitrogén-monoxid üvegházhatású anyag, majd tovább nitrogénné redukálódik. Melléktermékként ammónia is felszabadul, ami a légkörben alakul nitrogén-oxidokká.
Ez nem csak az üvegházhatást növeli, hanem a műtrágya hasznosulása szempontjából veszteség is.
Tehát mint látjuk, célszerű állati és növényi eredetű trágyával pótolni a szükséges ásványi és szerves anyagokat.
A komposztálás olyan művelet, melynek során a komposztálandó anyagok különböző biológiai folyamatok hatására egyszerűbb láncú szerves anyagokká, valamint szén-dioxiddá és vízzé bomlanak el.
A folyamat aerob, tehát gondoskodni kell a levegőztetésről, és mely során az eredeti növényi elemek szerkezete megváltozik, így a talajba keverve a talaj szerves szerkezete helyreáll, és a követező termesztési időszak során tápanyagot biztosít a növényeknek. Ezt a hatást az állati eredetű komposzttal lehet erősíteni.
A komposztálás exoterm (hőtermelő) folyamat, ami során akár 50-70 ºC is lehet a belső hőmérséklet.
A biogáz előállítása során a növényi rostokat, ipari-növény feldolgozási technológiák növényi maradékait (pl. préspogácsa a növényolaj-gyártás során) szennyvíz-iszapot, és állati eredetű végtermékeket (vizelet és széklet) anaerob, tehát levegőtől elzárt körülmények között rothasztják.
A három anyagcsoportot nem keverik össze, hiszen a stabilizálatlan szennyvíziszapot nem célszerű a telepről elszállítani, a belőle előállított biogáz a telep saját rothasztótornyaiban készül.
Az anaerob folyamatok részére állandó 36-37 ºC hőmérsékletet kell biztosítani.
A folyamat során biogáz keletkezik, mely összetételét tekintve kb. 20-60% metánt tartalmaz.
Melléktermékként van mellette víz, szén-dioxid, ammónia, kén-hidrogén, elemi kén.
Az elkészült biogázból a felesleges melléktermékeket el kell távolítani, mielőtt a hálózatba vezetik, hiszen a kén-tartalomból ismét kén-dioxid keletkezik, a nitrogén-tartalomból pedig nitrogén-oxidok keletkeznek, amik szintén a levegő szennyezését okozzák és savas esőt okoznak.
Az energetikai célú hasznosítás közvetett megvalósulásának tekinthetjük, amikor a biomasszából energiahordozókat állítunk elő.
Egyre többször halljuk, hogy a szerves (fosszilis) tüzelőanyagok (köolaj, földgáz, szén) hasznosítása és használata nem jó, mert sok szén-dioxid és vízgőz kerül a légkörbe, kéntelenítésük többletköltséget okoz (kén-dioxid kibocsátás csökkentési előírások betartása és ezáltal a savas esők kialakulásának megelőzése).
A különböző technológiai fejlesztések során olyan anyagokat kerestek az ásványi olaj és földgáz kiváltására, mely kevesebb káros anyag kibocsátásával jár.
Az irány a bio-üzemanyagok előállítása (biodízel, bioetanol előállítása növényi olajokból és növényi maradványokból) felé tolódott el.
A biodízel kémiailag a zsírok átészteresítése során állítható elő, lényegében a diesel-olajhoz keverve hasznosítható.
Az alábbi ábra mutatja, hogy a teherszállítás során milyen irányban változott a biológiai eredetű üzemanyagok felhasználása.
A legfontosabb alapanyag jelenleg a repce, mert erukasavat tartalmaz, és így nem minden verziója hasznosítható étkezési célokra. (Kép forrása: Tekmash Web-Page)
A reakció-egyenlet alább látható.
Az egyenlet után látható ábra a biodízel előállítás folyamatát mutatja.
1. olajtároló, 2. alkohol tároló, 3. KOH és NaOH tároló edény, 4. reaktor a keveréshez, 5. átészterező reaktor, 6. ülepítő, 7. biodiesel tároló, 8. glicerin tároló, 9. keverő, 10. szivattyúk, 11. olajszűrő.
A technológia egyes lépései:
1. előkezelés: szárazanyag-tartalom, gumi-és nyálkaanyagok eltávolítása
2. szabad zsírsavak megkötése bázisokkal (nátrium- vagy kálium-hidroxiddal, NaOH, KOH)
3. bázis.katalizált átészterezés alkohollal (metil- vagy etil-alkohollal).
4. a termék tisztítása: a szabad zsírsavak és a bázisok egymással szappant képeznek:
R-COOH + KOH/NaOH → R-COONa vagy R-COOK +H2O
A szappanok (nátrium- vagy kálium-sztearát, -palmitát) a biodízelben feleslegesek, az autókban kárt tesznek, ezért ezeket el kell távolítani. Szintén melléktermék a glicerin.
A bioetanol nevéből következően mikrobiológiai eredetű etanol, vagyis alkohol: a szénhidrát-tartalmú növények alkoholos erjedése során etilalkohol keletkezik.
Csak néhány adat: (EtOH = etil-alkohol)
A technológia során a biomassza anyagát szén-monoxidra (CO) és hidrogénre (H2) bontják, mellékterméke a kátrány és az ammónia. A szén-monoxid és hidrogén keveréke a szintézis-gázt adja.
A Fischer-Tropsch-szintézis során szénhidrogéneket állítunk elő szintézisgázból, mely során kb. 10% mennyiségben C1-C4 szénhidrogének,
30-40%-ban petrol-szénhidrogének C5-C18 keletkeznek
40-50%-ban pedig szilárd szénhidrogének állíthatók elő C19-C35).
A hosszú láncú szénhidrogéneket krakkolással lehet elbontani rövidebb láncúakra, így például a viaszos állagúak folyékonyakká rövidíthetőek és üzemanyagként használhatóak.
Konfliktusok
Amikor növényi eredetű, sokszor élelmiszer-alapanyagokról beszélünk, meg kell említeni a konfliktusokat is.
Az energetikai célra termesztett növények elveszik a helyet a táplálkozás szempontjából fontos növényektől, illetve komposzt helyett sokszor elégetik őket.
A táplálkozásra szánt anyagok esetében meg kell cáfolni a kifogásokat: kizárólag oylan alapanyagokat használ az ipar bioüzemanyagok előállítására, melyek emberi fogyasztásra és takarmányozásra nem alkalmasak.
Célszerű alacsonyabb minőségű talajokat a célra igénybe venni és a komposztálás felé venni a hasznosítás irányát, még akkor is, ha a faanyagot aprítani kell előtte, hszen a komposztot a fontosabb ipari anyagok termesztésére hatékonyabban fel tudnánk használni.
Eddigi részek a sorozatban:
ENERGETIKA, MEGÚJULÓ ENERGIÁK
1. A szélenergia
2. Napenergia (1)
3. Napenergia (2)
4. Vízenergia (1)
5. Vízenergia (2): példák
6. Bio üzemanyagok
7. Biomassza