A faenergetika minőségi fejlesztésének szakmai megalapozása (mire elég a magyar dendromassza?!)

Energetikai nyárültetvény

Bevezetés, biomassza, dendromassza fogalmai

A fosszilis energiahordozók készleteinek folyamatos csökkenése és elsősorban környezetünk védelme, a klímaváltozás megelőzése szempontjából folyamatosan nő a szerepe a megújuló energiaforrásoknak. Hazánknak a témával való elkötelezettségét három kormányzati stratégia is aláhúzza:

- Megújuló Energia - Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terve 2010-2020-ig

- Nemzeti Energiastratégia 2030-ig

- Nemzeti Vidékstratégia

E stratégiák megfogalmazzák, hogy a primer energia felhasználásban a mai 7%-ról 2030-ig 20%-ra kell emelni a megújulók részarányát.
A Vidékfejlesztési Minisztérium szerint "a vidéki energiaellátás esetében a decentralizált, kisebb kapacitású, helyi nyersanyagbázisra épülő és helyi igényeket kiszolgáló, kis szállítási igényű biomassza-, illetve biogáz-erőművek megvalósítását tartjuk reálisan megvalósíthatónak és támogathatónak."

A központi irányelvekkel elvileg egyetértve, nem örülünk azonban annak, hogy a biomassza és a bioenergetika fogalmába beleértett faanyagról általában említést sem tesznek. A valóság pedig az, hogy a szilárd biomasszaként nevesült energiaforrások 80-90%-a jelenleg faanyag, vagyis dendromassza.

Biomassza alatt a biológiai eredetű szárazanyag tömeget értjük, vagyis a földön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek tömegét (növények, állatok, gombák, mezőgazdasági termékek, hulladékok, kommunális hulladékok). Magyarország biomassza tömegét 350-360 millió tonnára becsülik, ezen belül az évente megújuló növényi biomassza pedig 105-110 millió tonna.

A dendromassza a biomasszán belül a fásszárú növények (fák, cserjék) szárazanyag tömegét értjük (éves szinten a megújuló mennyiséget 6-6,5 millió tonnára becsülhetjük, mivel az erdeink 2011 évi folyó növedéke 13,1 millió m3 volt). E területen döntő szerepet játszanak erdeink és az energetikai ültetvények.

NymE Faipari Mérnöki Karán folyó kutatások keretében vizsgáljuk a hosszabb távon rendelkezésre álló dendromassza bázis (erdők, ültetvények) kapacitását, a faenergetikai potenciáljukat, feltárjuk az energia hozamot befolyásoló tényezőket és a környezetvédelmi összefüggéseket, valamint meghatározzuk az energetikai hasznosítás optimális módjait. Alapvető célunk a faenergetika hatékonyság növelésének szakmai-tudományos megalapozása. A jelen tanulmányban bemutatjuk a faenergetika fontosabb összetevőit.

Szeretnénk arra is rámutatni, hogy az ipari felhasználásra alkalmas faanyagok elégetése nemzetgazdasági vétek, mivel a fa, mint megújuló nyersanyag sokkal nagyobb szerepet kellene, hogy kapjon a fosszilis nyersanyagok kiváltásában különböző termékek előállításakor és az építészetben.

A kitermelhető tűzifa

A korábbiakban megemlítettük, hogy a megújuló energiaforrások ma a primer energia felhasználásnak mintegy 7%-át adják. A sok pozitív erőfeszítés és kutatás ellenére ma még ennek 75-80%-át a biomassza felhasználás adja. A biomassza felhasználáson belül a dendromassza, vagyis a faanyag részesedése szintén 80% körüli. Így a faanyag részesedése az összes energiafelhasználásban 4,2-4,5%.

Ma a faenergia források 4 csoportba sorolhatóak:

- Szabvány tűzifa

- Erdei apadék (vágástéri hulladék, tisztítási, gyérítési anyagok, kéreg, tuskó, ágfa)

- Fafeldolgozási hulladékok (másod nyersanyagok), elhasznált fatermékek ("altholz")

- Energetikai faültetvények

Magyarországon ma a vizsgálataink szerint 9-10 millió m3 faanyag lenne kitermelhető az erdők állapota és korosztály viszonyai alapján (a teljes 13,1 millió m3 folyó növedék védelmi és egyéb okokból nem termelhető ki).

A 2011 évi konkrét adatok szerint a teljes (bruttó) fakitermelés 8,1 millió m3 volt, amelyből 6,9 millió m3 került kiszállításra, felhasználásra. Ez azt jelenti, hogy 1,2 millió m3 apadék (ágfa, vékonyfa, stb.) maradt az erdőn felhasználás nélkül, ez pedig a bruttó fakitermelés 14,8%-a volt.

Megjegyezzük, az előző, 2010-es évben az apadék mértéke 20% körüli volt, tehát a területen váratlan előrelépés történt.

A fakitermelésen belül a szabványos tűzifa mennyisége 3,6 millió m3 volt, ez pedig a nettó fakitermelés 56,6%-nak felel meg. Érdekesség képen megemlítjük, hogy az európai fakitermelésben 13-14%, a teljes Földünkre vonatkozó adatok szerint pedig 53% a tűzifa részaránya. Európában belül a jelentős különbség azzal áll összefüggésben, hogy a magyar erdők 87%-a lombos fafajú, európai szinten pedig 40% körüli a lombosok aránya.

Sarangolt tűzifa erdei környezetben

A szabvány tűzifa általában két formában kerül értékesítésre:

- Sarangolt tűzifaként (1. ábra). Megemlítjük, hogy a faanyag számbavétele körül nagy pontatlanságok lehetnek az űrméter tömör m3-re való átszámításában. E területen az FMK Innovációs Központja olyan fotóanalitikus módszert fejlesztett ki, amely lehetővé teszi a pontosabb számbavételt és az adatok tárolását (témafelelős: Pásztory Zoltán).

- Hasított, egységrakatolt (kásztázott) tűzifa (2. ábra). E választék hazai és export vonatkozásban is egyre jelentősebb. A hasított tűzifa előnye még, hogy 3-4 hónap alatt elveszti a nedvességtartalmát szellős tárolás esetén (sarangolt tűzifa esetén 2 év tárolás szükséges).

A kész, hasított tűzifa az elmúlt években keresett termékké vált

Az utóbbi években erős vitát kavart az erőművek tűzifa ellátása. Sajnos egy helytelen döntés miatt igen nagy mennyiségű (több millió m3) viszonylag jó minőségű ipari fa is elégetésre került (pl. kazincbarcikai erőmű).

Egyre jelentősebb az energetikai faanyagok apríték formájában történő forgalmazása. Itt kell megemlíteni, hogy a tűzifa mellett fontos forrás lehet az aprított kéreg- és háncshulladék is (3. ábra).

Az erdei apadékként nyilvántartott erdőn maradó faanyag jelentős mennyisége begyűjthető lenne energetikai célra. Becsléseink szerint a bruttó fakitermelés 10%-a kerülhetne összegyűjtésre, aprításra, felhasználásra. E területen jelenleg folynak a technológiai fejlesztések.

Összefoglalva a jelenlegi fakitermelési lehetőségeket:

- Szabvány tűzifából a közeljövőben 3,5-3,8 millió m3

- Erdei apadékból 700-800 ezer m3 használható fel energetikai célokra.

Megjegyezzük az apadék begyűjtésére jelentős szervezési és fejlesztési munkát kell végezni.

Energetikai célú kéregapríték

Energetikai faültetvények

Az energetikai faültetvények létesítése terén jelentős kutatási (ERTI, NymE) és gyakorlati munka folyik. Az ERTI kutatásai szerint az ültetvények létesítésénél sarjasztatásos technológiával a nemes nyár ültetvények jöhetnek számításba, 2-3 éves vágásfordulóval. Megjegyezzük bizonyos termőhelyi viszonyok között az akác, fűz, császárfa és pusztaszil ültetvények is létesíthetők. Ezen ültetvényekről a termőhelytől függően évente 20-40 m3/ha faanyag nyerhető. 20 éves távlatban megfelelő finanszírozás esetén 50 ezer ha ültetvény létesítésére nyílhat lehetőség (4. ábra). Ez azt jelenti, hogy hosszabb távon évi 1,5 millió m3 körüli energetikai faanyag keletkezik.

Energetikai nyárültetvény az ERTI telepén

Fafeldolgozási eselékek (másod nyersanyagok)

Örömmel szólhatunk arról, hogy igen jelentős a fejlődés a faipari eselélkek/melléktermékek hasznosítása területén. Ma már joggal nevezhetjük a fűrész- és csiszolatport, a gyaluforgácsot és a darabos eselékeket másod nyersanyagoknak (5. ábra). Becsléseink szerint évi 3 millió m3 ipari fa felhasználás mellett közel 2 millió m3 (1 millió tonna) másod nyersanyag keletkezik. Jelenleg a fűrészpor és darabos eselék keresett alapanyag a forgácslemez- és pellett-gyártásban egyaránt. 2011-ben az energetikai fatermékek kereskedelmi forgalma meghaladta a 100 ezer m3-t. A faipari üzemek energia ellátásában a gyengébb minőségű melléktermékek (kéreg, csiszolatpor) is kezdenek fokozottabb szerepet játszani.

Másod nyersanyagok (eselék, melléktermék) egy fűrészüzemben

Magyarországon néhány termék kivételével (pl. rakodólap) megoldatlan az elhasznált fatermékek újrahasznosítása. Hosszabb távon az e területen képződő évi 0,5-0,7 millió m3 faanyaggal is számolhatunk.

Becsléseink szerint a faeselék és a használt termék 50-50%-a használható fel ipari és energetikai célokra. Ez azt jelenti, hogy 1,3 millió m3 (0,65 millió t) energetikai faforrással számolhatunk e területről.

Összefoglalóan megállapíthatjuk, hogy hosszabb távon évente 7-7,5 millió m3, kb. 3,5 millió t faanyag biztosítható energetikai célokra, ami jelentősen hozzájárulhat a megújuló energiaforrások terén vállalt kötelezettségeink teljesítésében.

A biomassza felhasználást a jelenlegi 40,7 PJ értékről 2020-ra 60,9 PJ értékre szeretnénk felemelni a Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terv alapján. Így tudnánk elérni a vállalt 14,6% megújuló részarányt.

A faenergetikának ma kimagasló szerepe van a lakossági hő ellátásban is (40-45%), örömünkre szolgál, hogy egyre több falu, település is közös, ún. falu fűtőműveket létesít a fosszilis energiaforrások kiváltására.

A jelenlegi árak alapján a végzett elemzéseink (Varga M, Németh G) szerint ez teljesen indokolt, mivel a különböző energiahordozók fajlagos ára a következő (Ft/MJ): tűzifa 1,5-1,9; erőművi apríték 0,8-1,1; fa brikett 2,2-3,5; fa pellett 2,6-4,5; barnaszén 1,9-2,3; földgáz ~3,8; benzin, gázolaj 13-14. Ezen számok kiválóan érzékeltetik a fatüzelés jelenlegi gazdasági előnyét.

A faenergetika minőségi fejlesztése

Sajnálatos, hogy rendkívül alacsony a felhasználás hatékonysága. Itt elsősorban a faanyag nedvességtartalmára és kezelésére gondolunk.

Közismert, hogy a nedves faanyag esetében energiát kell fordítani a víz elpárologtatására (2257 KJ/kg) és ez azt jelenti, hogy 40% nettó nedvességtartalom fölött a fatüzelés már gazdaságtalan. Fontos feladat a megfelelő, olcsó szárítási, tárolási módszerek kidolgozása a különböző készültségi fokú faenergetikai termékekre.

Ugyancsak nagy figyelem fordítandó a kéreghányad és a tiszta tárolás kérdéseire. A faapríték halmazok igen jelentősen szennyezettek szilícium tartalmú szennyeződésekkel (pl. homok, föld), ez pedig gondot okoz a tüzelőberendezések üzemeltetésekor. Fontos lenne korszerűen gépesített tűzifa felkészítő telepeket létesíteni megfelelő szárítóberendezésekkel is ellátva.

A Faipari Mérnöki Kar által végzett jelenlegi kutatások feltárják a különböző kéreg- és farészek fűtőértékét, vizsgálják a kéreghányad szerepét, a hamutartalom összetevőit, mennyiségét. Új eljárásokat törekszenek kidolgozni az energetikai faanyagok olcsó szárítására és fafaj, választék centrikusan vizsgálják a magasabb készültségi fokú energetikai termékek (pellett, brikett) előállításának műszaki-ökonómiai kérdéseit.

Befejezésül szabad legyen még egy mondatot megfogalmazni: a faenergetika hasznos lehetőség, de az emberiség hosszú távú energia ellátását elsősorban a napenergia közvetlenebb és hatékonyabb felhasználása oldhatja meg. A nemes szépségű, kiváló műszaki tulajdonságokkal rendelkező, újratermelhető faanyagot azonban elsősorban ipari célokra kell fokozottabb mértékben felhasználni. A fenti adatok is jól tükrözik, hogy ha az összes rendelkezésünkre álló faanyagot energetikai célra használnák, akkor sem tudnánk faenergiából biztosítani, csak 8-9%-át az ország igényeinek.

Molnár Sándor, Pásztory Zoltán, Komán Szabolcs

A publikáció a "Környezettudatos, energiahatékony épület" című TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068 számú projekt támogatásával valósult meg.