Energetikai ültetvények égési jellemzőinek vizsgálata

Az 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.

h i r d e t é s

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)