Energetikai ültetvények égési jellemzőinek vizsgálata

energetikai_ultetvenyAz Alföldi Erdőkért Egyesület őszi Kutatói Napján „Egy kocsányos tölgy állomány talajnedvességének változása lékes felújítás során” címmel tartott előadást Fehér Sándor, Komán Szabolcs, Antalfi Eszter és Szeles Péter a Nyugat-Magyarországi Egyetem Faanyagtudományi Intézetétől. Előadásuk anyagát most az Erdő-Mező Online is közzé teszi.

Az Alföldi Erdőkért Egyesület engedélyével a Kutatói Nap többi előadása is olvasható az Erdő-Mező Online portálon!
A cikk alján ajánlót és tartalomjegyzéket is talál!

ENERGETIKAI ÜLTETVÉNYEK ÉGÉSI JELLEMZŐINEK VIZSGÁLATA

Fehér Sándor – Komán Szabolcs – Antalfi Eszter – Szeles Péter
NYME SKK, Faanyagtudományi Intézet, Sopron
fesa@fmk.nyme.hu

Kulcsszavak: biomassza, fűtőérték, hamutartalom, hamualkotók,

Bevezetés

A fosszilis energiaforrások várható rövid idejű kimerülése előtérbe hozta az alternatív lehetőségek felkutatását és hasznosítását. Az igen sok lehetőség közül, mint a víz-, a szélenergia, valamint a biomassza hasznosítása, hazánkban kiemelkedően nagy jelentősége van biomasszának. A biomassza hasznosításának már-már hagyományai vannak, különösen annak tükrében, hogy a gazdasági élet kis és közepes szereplőinek tevékenységében az energianyerés szempontjából fontos szerepe van (BAI, 2002). A biomassza energia célú felhasználásának számtalan útja van. A különböző biomasszák, mezőgazdasági, erdőgazdasági és hulladék felhasználása energianyerésre kimondatlanul is egyre nagyobb jelentőséggel bírnak egy ország energia termelésében. A különböző eredetű biológiai szervesanyag produktumok közül, még a nagy mezőgazdasági potenciállal rendelkező országokban is, mint Magyarország, egyik legfontosabb forrása az energiaerdők és az energetikai faültetvények. Összességében a tűzifa felhasználás jelentősége megingathatatlan (8. ábra).

futoertek1

A biomasszából származó energia, mintegy 90%-át adja a teljes megújuló részaránynak. Ennek is nagy része, 57% tűzifa, amelyet főleg a lakosság használ, többnyire alacsony hatásfokú kazánokban. A kimondottan biomassza, mezőgazdasági hulladék és növényi melléktermék, valamint az energiaerdők, amelyek speciális céllal létesített és üzemeltetésű erdők, az energetikai faültetvények, az energiatermesztésre létesített faültetvények adják a másik részét a biomasszának (32%). Feltűnő, hogy a megújuló energiatermelést szinte teljes egészében a tűzifa (amely szintén biomassza) és a különböző biomasszák adják. Ezek alapján nem véletlen a biomasszák területén folyó kutatások nagy aránya.

A különböző biomasszák fűtőértékének, hamutartalmának és hamu alkotóinak meghatározására irányuló kutatások eredményei nagyon széles tartományban mozognak, amelyeken belül sokszor igen nehéz eligazodni. Az eredmények sokszínűségét elsősorban biomassza alapanyagok sokfélesége határozza meg, a mezőgazdasági biomasszánál a különböző növényi hulladékok, az erdőgazdasági biomasszánál pedig a fafaj, kor, stb. faktorok okozzák az eltéréseket. Másrészt a fűtőérték J/kg mértékegységben való megadása okozhat problémát, amelynek eredménye, hogy értékelhető különbséget nem lehet tenni a biomasszák között. Mindezek alapján kutatásaink célja egy átfogó, rendszerező kutatás lefolytatása a biomasszák égési jellemzőinek területén.

Vizsgálati anyag és módszer

Az erdőgazdasági biomasszák (tüzelőanyag) szempontjából, a fa tulajdonságai közül alapvetően négy összetevő meghatározó az energetikai hasznosítás tekintetében, a sűrűség, a fűtőérték, a nedvességtartalom valamint a hamu mennyisége és annak alkotói (TÓTH ET AL. 2007). Számos vizsgálat irányult már a fűtőérték meghatározásra a különböző fafajoknál, többek között MAROSVÖLGYI (2002). Jól látható, hogy a különböző fajok között a fűtőérték tekintetében nincs jelentős különbség, amennyiben azok tömegre vonatkoznak (2. táblázat).

futoertek2

A világhálón természetesen számtalan adat található, amelyek közül nagyon sokszor a fafaj megjelölése nélkül utalnak a faanyag fűtőértékére és egyéb tulajdonságaira, pedig a tisztánlátás szempontjából legalább a fafaj megjelölése elvárható lenne.

A kutatási program alapvetően két részre tagozódik, a hagyományos erőgazdálkodásból származó fontosabb tűzifák, valamint az energetikai ültetvényekből származó fajok égési jellemzőinek vizsgálatára. Összességében az égési jellemzők vizsgálata a következő származási helyek és fajok vizsgálatát öleli fel:
Hagyományos erdőgazdálkodásból származó tűzifa
· Bükk, Akác, Cser, Kocsánytalan tölgy, Gyertyán, Lucfenyő, Erdeifenyő (Tanulmányi Erdőgazdaság Zrt. Sopron)
· Erdeifenyő, Fekete fenyő, Puszta szíl, Pannónia nyár, I-214 (Kiskunsági Erdészeti és Faipari Zrt. Bugac)
· Bükk, Akác, Cser, Kocsánytalan tölgy, Gyertyán (Vértesi erdészeti és Faipari Zrt. Pusztavám)

Energetikai Ültetvényből származó tűzifa (ERTI, Sárvár)
· Nyár klónok (I-214, Kopeczky, ERTI 1, ERTI 2)
· Fűz klónok (Express, Dráva menti)
· Akác
o Kor (2-3 év)
o Termőhely (savanyú, semleges, lúgos)
o Minta helye (törzs, korona közép, korona csúcs)

A szilárd biomasszák energetikai jellemzőinek meghatározása kiterjed a fűtőérték vizsgálatra, a fűtőértéket befolyásoló jellemzők meghatározására, nedvességtartalom, kéreghányad és sűrűség vizsgálatra. A biomassza energetikai hasznosítása során keletkező hamu, a tüzelőberendezéseknél speciális üzemeltetési gondokat vethet fel. Ez elsősorban a tüzelőberendezés károsodásával, valamint a keletkező hamu elhelyezésével van összefüggésben. A fentiek elsősorban a tüzelőanyag termelése során a talajból a biomasszába beépülő kémiai elemek jelenlétével és azok hatásával kapcsolatos. Elsősorban a N, Cl és a S mennyisége érdekes, különösen környezetvédelmi szempontból. Tüzeléstechnikai oldalról pedig a hamulágyulás és olvadás okoz gondokat, az alkáli fémek, mint Na, K és alkáli földfémek Mg és Ca jelenléte lehet problémás. De a korrózió, a hamu üvegesedése, s így a rostélyok tönkremenetele további problémák forrása lehet. Így összességében a kutatási projekt kereteiben meghatározásra kerül,
· a fűtőérték,
· a hamutartalom,
· a hamualkotók (Na, K, Ca, Fe, Mg, Si, S, Cl, stb.),
· a kéreghányad,
· a nedvességtartalom,
· és a sűrűség.

A kutatási programban vizsgálatra kerülő égési jellemzőkön túl, különböző füstgázok is keletkeznek, amelyek környezet szennyező hatásáról sem szabad megfeledkezni (3. táblázat).

futoertek3

A szén monoxid, széndioxid és kéndioxid környezetszennyező hatása mindenki előtt ismert. Jelentőségük környezetvédelmi szempontból eltérő. Különösen kritikus tényező a klorid tartalom, amely az égetés során fémhalogenidek, klórozott szénhidrogének és sósavgáz képződéséhez vezethet, s így a környezetszennyezésen túl tüzelés technikai problémákat is okoz.

A vizsgálat eredményei

Az energetikai jellemzők abszolút száraz értékben faanyag tömegéhez viszonyított vizsgálata kimutatta, hogy a különböző fajok, ill. nyár fajták között sem az egész mintára vonatkoztatva, sem a fa részeire vonatkoztatva lényeges eltérések nincsenek (4. táblázat). Az eredmények egyértelműen utalnak arra, hogy pl. a gesztesedés nincs érdemi hatással a fűtőértékre. A nyár, valamint a puszta szíl kéreg fűtőértéke valamivel elmarad a fatestétől, ezzel szemben azonban az akácé 1-10%-kal meghaladja azt. Korábbi vizsgálatok az akác kérgére és fatestére hasonló fűtőértéket mutattak ki (NÉMETH, MOLNÁR, 1983).

futoertek4

Az akác kérgének fűtőértéke messze kimagaslik a többi fafaj és a két nemes nyár klón mellett (22,12MJ/kg). Az akác és a többi fafaj, ill. nyár fafajok közötti jelentős (10-18%) kéreg fűtőérték eltérések azt igazolják, hogy az egyes fafajok kéregjellemzői között nagyobb különbségek lehetnek, mint a fatestek között.

A logisztikai feladatok, valamint a tüzelőberendezések kialakítása egyaránt igénylik, hogy ismereteink legyenek a fatérfogatra eső fűtőérték-jellemzőkről. De az egyes fajok közötti tényleges különbségek kimutatására is elengedhetetlenül szükséges térfogatra eső fűtőérték meghatározásra. Ennek értékeit az abszolút száraz sűrűség alapján tudjuk meghatározni. A fűtőérték átszámítások alapján megállapítható hogy a térfogatra számított fűtőértéket a faanyag sűrűsége jelentősen befolyásolja, s ilyen szempontból as fajok és a nyár fajták között már lényeges különbségek mutathatók ki (9. ábra). Az akác fűtőértéke lényegesen (40-90%) kedvezőbb, pl. a nyáraknál, de a szíl és a két fenyő fűtőértékét is lényegesen meghaladja.

Figyelemreméltó azonban az is, hogy a két legelterjedtebb nyárfajta közötti 15-20%-os különbség van.

futoertek5

A hamutartalom vizsgálata egyenlőre csak az akácra és a két nyár klónra történt meg (3. táblázat). A fatest részei közül a szíjácsnak kedvezőbb a hamutartalma, mivel a gesztesedés 3-4-szeres értékre növelheti azt meg. A kéreg hamutartalma pedig 4-20-szor haladja meg a fatestét, tehát a nagy kéreghányad jelentősen befolyásolja a tüzelő berendezés kialakítását (hamutárolás, eltávolítás). Az akác eredményeit összevetve a nyárfajták eredményeivel, kitűnik, hogy az akác kedvezőbb hamutartalommal rendelkezik. Különösen igaz ez a geszt részre (0,20-0,43%), de a kéreg égetésének salakanyag tartalma is valamivel jobb eredményeket mutat (3,9-4,3%), a nyár (4,0-5,2%).

A hamutartalom mennyisége más okokból sem mellékes. A egyes kutatások szerint minden 1% hamutartalom emelkedés 0,2MJ fűtőérték csökkenést okoz szárazanyag-kilogrammonként (GYULAI, 2009). Kutatásaink azonban nem igazolták ezt a fenti megállapítást (3. táblázat). Az igen magas kéreg hamutartalomnak, nagyobb mint 4%, jelentős fűtőérték csökkenést kellene eredményeznie. Ez azonban nem történt meg, sőt az akácnál a fűtőérték a magas hamutartalom ellenére is magas maradt.

Összefoglalás

A kutatási program eddigi eredményei alapján, a fűtőérték és hamutartalom vizsgálatok kimutatták az egyes fafajok és nyár fajták közötti valódi különbséget. A fűtőérték a fatest részei között gyakorlatilag nem változik, kivétel a kéreg fűtőértéke. Az akác kéreg fűtőértéke magasabb a többi farésznél. A két fenyőnél, az erdeifenyőnél és a fekete fenyőnél is hasonló összefüggés állapítható meg. A kéreg hamutartalma az általános irodalmi adatokkal szemben igen magas, meghaladhatja a 4%-t is. A hamu mennyiségét a fafaj, a fajta és a termőhelyi tényezők jelentősen meghatározzák. A nagy hamutartalom miatt a kéreghányadot figyelembe kell venni a tüzelőberendezések kialakításánál (pl. pernyeeltávolítás, tárolás).

Irodalom
1. BAI, A. (2002): A biomassza felhasználása. Szaktudás Kiadó Ház, Budapest
2. FINLAYSON-PITTS, B. J., PITTS, J. N. (2000): Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere. Academic Press,
3. GYULAI, (2009): A biomassza dilemma. Lánchíd Kiadó Kft. Miskolc
4. MAROSVÖLGYI, B. (2002): Az energetikai ültetvények létesítése és hasznosítása. In: KÖRMENDI, P., PECZNIK, P. (szerk.): Megújuló energiaforrások hasznosítása. FM Műszaki Intézet, Gödöllő, GATE, 49–55.
5. NÉMETH, K., MOLNÁR, S. (1983): Az akácfa égésmelegének és fűtőértékének vizsgálata. Budapest, Faipar, 3.
6. TÓTH, B., MOLNÁR, S., FEHÉR, S. (2007): Az energetikai faültetvény létesítésének hasznosításának összefüggései. II. Ökoenergetikai és X. Biomassza Konferencia, Sopron. 2007. febr. 28 – márc. 1.

Köszönetnyilvánítás

“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.”

————–

A következő napokban az alábbi előadás-anyagokat is olvashatja portálunkon az Alföldi Erdőkért Egyesület Kutatói Napjáról:
– A lakitelki erdők leírása, különös tekintettel az őshonosság tükrében – ELOLVASOM >>>
– Az őshonosság fogalmával kapcsolatos elvárások és kétségek – ELOLVASOM >>>
– A Két Víz közének védett és Natura 2000 erdei a változó környezeti viszonyok mellett – ELOLVASOM >>>
– A Szatmár-Beregi kocsányos tölgyesek erdőgazdálkodási tapasztalatai – ELOLVASOM >>>
– Fehérnyár klónok teljesítményvizsgálata alföldi száraz, homoki termőhelyen – ELOLVASOM >>>
– Őshonos nyárfajok genetikai változatossága a Dunántúlon – ELOLVASOM >>>
– Szolnoki árapasztó csatornában végzett beavatkozások árvízre gyakorolt hatásai – ELOLVASOM >>>
– Új hazai, ERTI szelekciójú fűz klón teljesítmény vizsgálata szabadalmi bejelentés megalapozására – ELOLVASOM >>>
– Szelektált akác származások virágzásbiológiai vizsgálata Tiszántúl száraz homoki termőhelyen – ELOLVASOM >>>
– Kocsányos tölgy állomány talajnedvességének változása lékes felújítás során – ELOLVASOM >>>
– Hazai kocsánytalan tölgy állományok faanyag-minőségi kérdései– ELOLVASOM >>>
– Kisalföldi nemesnyár hibridek szárítása – ELOLVASOM >>>
– A magyarországi erdők energetikai célra hasznosítható faanyaga – ELOLVASOM >>>
– Energetikai ültetvények égési jellemzőinek vizsgálata ——
– A biomassza termesztés és feldolgozás függősége a klímaváltozástól – ELOLVASOM >>>
– Rövid vágásfordulójú energetikai ültetvények lombtömegének vizsgálata, szénkörforgalomban betöltött szerepe – ELOLVASOM >>>
– Forvarderek alkalmazási lehetőségei napjainkban – ELOLVASOM >>>
– Talajművelő szerszám végeselem modellezése ELOLVASOM >>>
– Repceszárból előállított pellet hasznosításának ökoenergetikai kérdései – ELOLVASOM >>>

(Forrás: aee.hu – Engedéllyel közzétéve: Erdő-Mező Online – www.erdo-mezo.hu)

erdomezolike

Hozzászólások

hozzászólás

Vélemény, hozzászólás?