A fatüzelés energetikai és környezetvédelmi összefüggései

FurnaceA fatüzelés energetikai és környezetvédelmi összefüggései kapcsán Fehér Sándor tartott előadást a 2013-as innoLignum Sopron erdészeti és faipari kiállítás és vásár “Faenergetika napjainkban” című konferenciáján. A tanulmány összefoglalója most az Erdő-Mező Online portálon is olvasható!

A fatüzelés energetikai és környezetvédelmi összefüggései

Fehér Sándor, Komán Szabolcs, Szeles Péter, Antalfi Eszter
NymE FMK, Faanyagtudományi Intézet

Kulcsszavak: fűtőérték, hamutartalom, hamualkotók

Bevezetés

Ma már egyértelmű, hogy az emberiség az energiapazarló életmódja, valamint a környezetet szennyező tevékenysége miatt, a természeti erőforrások, elsősorban a fosszilis energiák – a szén, a kőolaj és a földgáz – kimerüléséhez fog vezetni. Az energiaforrások folyamatos csökkenése mellett egyéb globális problémák is megoldást igényelnek, a túlnépesedés és a légköri szén-dioxid szintjének növekedése a legégetőbb. A fenti problémák megoldásának egyik útja a megújuló energiaforrásokat hasznosító technológiák fejlesztése, ill. az azokkal kapcsolatos kutatások kiterjesztése újabb és újabb területekre.

eloadas8

A megújuló energiaforrások egyik legfontosabb pillére – különösen hazánkban – a biomassza. A biomassza felhasználás egyáltalán nem új módszer az energianyerésre. A kis és közepes gazdaságok számára igen nagy jelentőséggel bír, mint energiaforrás (Bai 2002).

A kutatások egyértelműen arra utalnak, hogy a hazai energiatermelés megújításában kulcsszerepe van, ill. lesz a különböző biomasszák, mezőgazdasági, erdőgazdasági és hulladék felhasználásának energianyerés céljából. A biológiai eredetű szervesanyagproduktumok, még az olyan mezőgazdasági potenciállal rendelkező országban is, mint Magyarország, egyik legfontosabb forrása az energiaerdők és az energetikai faültetvények.

Az energiaerdők speciális céllal létesített és üzemeltetett erdők, míg az energetikai faültetvények energiatermesztésre létesített faültetvények, amelyek elsődleges fafajai a fűzfélék, az éger, a nemesnyárak és az akác. Különösen a gyorsan növő fafajok jöhetnek szóba az energetikai faültetvényeknél.

A fatüzelés energetikai környezetvédelmi jellemzői

A különböző biomasszák energianyerési célú felhasználását azok fűtőértéke, hamutartalma és egyéb égés jellemzői határozzák meg jelentős mértékben Az egyes fafajok energetikai jellemzőire viszont az adott fafaj genetikai tulajdonságai, szöveti szerkezete, makroszkópos jellemzői, ill. az állomány kora van hatással.

A fa, mint tüzelőanyag szempontjából tulajdonságai közül négy összetevő az, amely az energetikai hasznosítás tekintetében főleg meghatározó: a sűrűség, a fűtőérték, a nedvességtartalom, valamint a hamu mennyisége és annak alkotói (Toth et al. 2007). Számos vizsgálat irányult már a fűtőérték meghatározásra a különböző fafajoknál, többek között Marosvölgyi (1996). Jól látható, hogy a különböző fajok között a fűtőérték tekintetében nincs jelentős különbség, amennyiben azok tömegre vonatkoznak (1. táblázat).

fatuzeles1

1. táblázat Fűtőérték és hamutartalom néhány fafajra (Marosvölgyi 1996)

Amennyiben a fűtőérték térfogatra vonatkozik, azaz a sűrűséget is figyelembe vesszük, már jelentős eltérések is kimutathatók a fafajok között (1. ábra).

1. ábra Fűtőérték térfogatra vetítve (Komán et al. 2010)

1. ábra Fűtőérték térfogatra vetítve (Komán et al. 2010)

A biomassza energetikai hasznosítása során keletkező éghetetlen salak, a nagyobb teljesítményű tüzelőberendezéseknél speciális üzemeltetési gondokat vet fel. Ez egyrészt a tüzelőberendezés károsodásával, másrészt a nagy mennyiségben keletkező hamu elhelyezésével kapcsolatos. Ezen problémák elsősorban a tüzelőanyag megtermelése során a talajból a biomasszába beépülő kémiai elemek jelenlétével és azok hatásával magyarázható.

A környezetkímélő eltüzelés szempontjából elsősorban a N, Cl és S tartalom érdekes, míg tüzeléstechnikai szempontból – főleg a salaklágyulás és olvadás – az alkáli (Na, K) és alkáli földfémek (Mg, Ca) jelenléte lényeges. A hamutartalom mennyisége sem mellékes. Az egyes kutatások szerint minden 1% hamutartalom-emelkedés 0,2MJ fűtőérték-csökkenést okoz szárazanyag-kilogrammonként (Gyulai 2009). Ez azonban nem ilyen egyértelmű. Méréseink szerint viszont egyes fafajoknál a kéreg fűtőértéke nagyobb, mint a fatesté, pl. az akác esetében (2. táblázat).

A fás biomasszák viszonylag alacsony N, Cl és S tartalommal rendelkeznek, és a kéreg kivételével, alacsony is a hamutartalmuk (2. táblázat). Hamujuk azonban legtöbbször viszonylag magas nehézfémtartalommal (pl. Zn, Cu, Cr, Co, Pb, Cd, Ni) jellemezhető, ami az emisszió és a hamuhasznosítás szempontjából hátrányos tulajdonság (Paulovics és Bokányi 2010).

2. táblázat Farészek fűtőértéke és hamutartalma

2. táblázat Farészek fűtőértéke és hamutartalma

A hamu összetétele természetesen függhet a fa termőhelyétől, a kortól, a fafajtól és a fa részeitől, mint az ág, tuskó, hajtás, geszt, álgeszt, kéreg arányától. A biomasszák égetése során különböző gázok is keletkeznek, mint szén-monoxid, szén-dioxid, kén-dioxid, stb. (3. táblázat). Jelentőségük környezetvédelmi szempontból eltérő.

fatuzeles4

3. táblázat Fa égetésénél keletkező gázok (Finlayson-Pitts&Pitts 2000)

Különösen kritikus tényező a klorid tartalom, amely az égetés során fém-halogenidek, klórozott szénhidrogének és sósavgáz képződéséhez vezethet.

Összefoglalás

Az NyME Faipari Mérnöki Kar TÁMOP program keretében folyó „Környezettudatos energiahatékony épület” kutatási-fejlesztési projekt „Dendromassza alapú energiaforrások” címet viselő alprojektjének kutatásai a különböző fafajú dendromassza részek (törzsfa, ágfa, kéreg) fűtőértékeit befolyásoló tényezők meghatározására és a kapcsolódó környezetvédelmi összefüggések feltárására irányulnak. A vizsgálatok külön foglalkoznak a hagyományos erdőgazdálkodású tűzifa, valamint az energetikai ültetvényekről származó alapanyagok energetikai és környezetvédelmi kérdéseivel. A dendromassza alapú energiaforrások alprojekt célja az eddigi fa alapú biomassza kutatások eredményeinek kiegészítése, ill. az energetikai kutatások területén található bizonytalanságok megszüntetése a hazai alapanyag bázison alapuló átfogó kutatási projekttel.

Irodalom
Bai, A. (2002) A biomassza felhasználása. Szaktudás Kiadó Ház, Budapest
Finlayson-Pitts, B. J. –Pitts, J. N. (2000)Chemistry of theUpper and LowerAtmosphere. Academic Press.
Gyulai, I. (2009) A biomassza dilemma. Lánchíd Kiadó Kft. Miskolc
Komán, Sz. – Molnár, S. – Fehér, S.– Ábrahám, J. –Toth, B. (2010) Nyár és akác ültetvények fontosabb energetikai jellemzőinek vizsgálata. GÉP, 2010/1-2. 29-32.
Marosvölgyi, B. (1996) Az energetikai ültetvények létesítése és hasznosítása. In: Körmendi, P. Pecznik, P. (szerk.) Megújuló energiaforrások hasznosítása. FM Műszaki Intézet, Gödöllő, GATE, 49–55.
Paulovics, J. – Bokányi L. (2010) Nehézfémmel szennyezett területekről származó fásszárú biomassza égetésekor keletkező maradék anyagok kezelési lehetőségei, II. Barnamezős workshop, Miskolc, 2010. március 31.
Toth, B. – Molnár, S. – Fehér, S. (2007) Az energetikai faültetvény létesítésének hasznosításának összefüggései. II. Ökoenergetikai és X. Biomassza Konferencia, Sopron. 2007. febr. 28. – márc. 1.

„Ez a tanulmány a Környezettudatos energia hatékony épület című TÁMOP 4.2.2.A 11/1/KONV-2012-0068 számú projekt keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.”

Az alábbi kapcsolódó előadás-anyagokat is olvashatja portálunkon a “Faenergetika napjainkban” konferenciáról:
Dendromassza hosszútávú biztosítása gyorsan növő fafajokkal – ELOLVASOM >>>
A hazai faenergetikai potenciál elemzése – ELOLVASOM >>>
Az energetikai ültetvények fajtaválasztéka – ELOLVASOM >>>
A fásszárú energiaültetvények létesítésének termőhelyi és technológiai kérdései – ELOLVASOM >>>
– A dendromassza alapú pelletálás energiaszükségletének csökkentésére irányuló kutatások – ELOLVASOM >>>

(Erdő-Mező Online – www.erdo-mezo.hu)

erdomezolike

Hozzászólások

hozzászólás

Vélemény, hozzászólás?