2.5. Biomassza

A megújuló energiaforrások közül a biomassza rendelkezik a legnagyobb felhasználható potenciállal. Például Dél-Amerikában a potenciálisan kinyerhető energia eléri az 500 Mt olajekvivalens értéket is (2.17. ábra), s a többi nagy régióban is meghaladja a 100 Mt-t. Egyedül a nagy kiterjedésű sivatagos, nagyon száraz vidékeken (Szahara, Ausztrália) találunk alacsony értékeket, melyek az 50 Mt olajekvivalens értéket sem érik el.

A biomasszából nyerhető energia felhasználásának földrészenkénti megoszlása

2.17. ábra: A biomasszából nyerhető energia felhasználásának földrészenkénti megoszlása (olajekvivalens Mt egységben) (WRSC nyomán)

Annak ellenére, hogy a biomassza a globálisan legegyenletesebben eloszló megújuló energiaforrás, kiaknázása korántsem olyan kézenfekvő, hiszen ebből fedezzük mindennapi élelmezésünket is. A növények által évente beépített szén mennyisége kb. 35 Gt, melyet felhasználva 50%-os széntartalommal számolva is mintegy 1260 EJ energiát kapunk. Ezen mennyiség azonban adott év időjárásától függően jelentősen ingadozik, a jelenlegi energia szükségletnek csupán 1–3 szorosát adja. Az élelmezés fenntartásával optimálisan 250–500 EJ energia nyerhető ki potenciálisan a biomasszából. Ebből 2012-ben összesen mintegy 53 EJ-t hasznosítottak, mely a világ teljes energiatermelésének mintegy 17%-a (Sawin et al., 2012). A legnagyobb forrás továbbra is a tűzifa (67%), majd ezt követi a faszén (6%) és az újrahasznosított fa (6%). A különböző mezőgazdasági források, mint a mezőgazdasági hulladék (4%), állati melléktermék (3%) és energia ültetvények (3%) összesen 10%-kal járulnak hozzá az összenergiához. Az ipari hulladékfa (3%), a kommunális hulladék (3%), a feketeléből (1%) és erdőhulladékból (1%) származó energia további 8%-ot tesz ki (2.18. ábra). Ebből is jól látható, hogy a tradicionális és modern biomassza felhasználás között jelentős különbségek vannak, habár a modern alkalmazások egyre inkább elterjedőben vannak.

az erőforrások megoszlása: 67% tűzifa, 6% faszén, 6% újrahasznosított fa, 4% mezőgazdasági hulladék, 3% állati melléktermékek, 3% energia ültetvények, 3% ipari hulladékfa, 3% kommunális hulladék, 1% feketelé, 1% erdőhulladék.

2.18. ábra: A globális biomassza alapú energia forrásai (REN21, 2013 nyomán)

Habár a teljes biomassza energiatermelés évente mintegy 1,3–1,5%-kal nő, a modern biomasszából származó energia 2000-ben 8 EJ, 2004-ben 9,6 EJ, 2010-ben 11 EJ, 2012-ben pedig 18,35 EJ volt (Chum et al., 2007; Sawin et al., 2012), amely a 12 évre nézve évi 6,5%, az utolsó 2 évre nézve pedig évi 18%-os emelkedést mutat. Ennek jelentős részét a másodlagos energiaforrásokból (pl. üzemanyagok) kinyerhető energia adja. A tradicionális források esetén az elsődleges és másodlagos energiaforrások aránya kb. 5:1, a modernekre ez az arány már 2:1. A biomasszából származó energia aránya adott ország teljes energiatermeléséhez képest jelentősen függ az ország gazdaságától. Amíg például a fejlődő országokban (pl. Kína, India, Mexikó) a biomassza csupán 5–27%-át teszi ki az energiaforrásoknak – mely arány folyamatosan csökken a növekvő fosszilis energiafelhasználás miatt –, addig a legszegényebb országokban a teljes energia mintegy 80%-a biomassza eredetű (IEA, 2011; Chum et al., 2007).

A biomassza hőhasznosításának pontos mérőszámait nehéz megadni a házi tüzelések miatt. Az viszont bizonyos, hogy 2000-től 2011-ig 3000-ről 155.000-re emelkedett a Németországban, lakóházakban található pellet tüzelésű kazánok (erről további részletek a 7. fejezetben találhatók) száma, Olaszországban pedig 1,56 millió található belőlük. Az Amerikai Egyesült Államokban a faalapú tüzelés mértéke 34%-kal nőtt az elmúlt 10 évben, összesen 12 millió háztartásban fűtenek pellet és további 2–2,5 millióban egyéb fatüzelésű rendszerrel. Ipari méretekben a teljes biomassza energiatermelésből mintegy 8 EJ-t az ipari és 3,4 EJ-t az épületek fűtésére fordítanak. Kifejezetten a modern biomassza alapú fűtőrendszerek kapacitása kb. 10 GWh-val nőtt globálisan, amellyel a globális kapacitás 290 GWh-ra emelkedett (Sawin et al., 2012).

A fűtésre szánt pellet-termelés 2010-ben 14,6 Mt, 2011-ben 18,3 Mt volt, melynek vezető termelői az USA, Kanada, az EU (Németország, Svédország, Ausztria és Lengyelország együtt), Oroszország, Kína és Brazília. A jelenlegi sorrend változóban van, ugyanis míg 2011-ben Oroszországban 2 Mt pelletet gyártottak, és üzembe helyeztek egy 0,9 Mt kapacitású gyárat is, addig Brazíliában három 1 Mt pellet termelésére alkalmas gyár épül. A brikettet kisebb mértékben gyártják, mint a pelletet. Kína a fő brikett-termelő évi 0,5 Mt-val, majd követi Japán, India, Malajzia és Thaiföld (összesen 0,5 Mt). Az Ázsián kívüli brikett termelés évi 1,3 Mt-t tesz ki (Sawin et al., 2012).

A biomassza alapú elektromos áram fejlesztés a világtermelés csak kb. 1%-át adja, azonban folyamatosan növekszik (2.19. ábra). A beépített kapacitás globálisan 66 GW volt 2010-ben és 72 GW 2011-ben. A fejlesztett áram kb. 80%-át szilárd biomasszából állítják elő. A szilárd biomasszából 13,7 GW-ot (56,7 TWh), illetve 26,2 GW-ot (69,9 TWh) az USA-ban és az EU-ban termelnek. Ennek 36%-a csak elektromos áramot előállító erőművekből, 64%-a CHP-ből származik (CHP: kombinált hő- és áramfejlesztő üzem, melyről bővebben a 7. fejezetben lesz szó). Az EU-ban a kommunális hulladékból 17,3 TWh-t állítottak elő 2011-ben, melynek közel felét CHP üzemekben fejlesztik. A világ többi nagy villamosenergia-termelői Brazília, Kína, India, Japán és Thaiföld rendre 8,9 GW, 4,4 GW, 3,8 GW, 3,3 GW, illetve 1,6 GW kapacitással, melynek jelentős része együtt-tüzelésű üzemekben történik (Sawin et al., 2012).

A biomassza alapú elektromos áramtermelés globális növekedése 1990 és 2011 között

2.19. ábra: A biomassza alapú elektromos áramtermelés globális növekedése, 1990–2011.

Az elektromos áramfejlesztő üzemek elterjedésének egyik következő hulláma az afrikai országok bekapcsolódását fogja jelenteni. Jelenleg Kenya, Mauritius, Uganda, Zimbabwe országokban van CHP erőmű, de megkezdték az erőművek építését Kamerunban, Elefántcsontparton, Ghánában, Libériában, Nigériában, Ruandában, Szenegálban, Sierra Leonéban és Szudánban. Az afrikai üzemek átlagos kapacitása 10–20 MW közötti, mint ahogy ez jellemző a CHP üzemekre az USA-ban is. Az USA-ban további két 100 MW-os erőmű építését kezdték meg. A legnagyobb elektromos áramot termelő erőmű Angliában található és 2012-ben indult be, ahol egy 1 GW kapacitású szénerőművet pellet forrásúvá alakítottak, mely 750 MW kapacitással rendelkezik [2.1]. A fejlett országokban emellett több korábban fosszilis alapanyaggal üzemelő erőművet alakítottak át együtt-tüzeléses rendszerűvé, ebben élen jár Finnország (81 db), USA (40 db) és Németország (27 db).

A szilárd biomassza alapú elektromos áram termelés mellett a biogáz használata is elterjedőben van. Az Európai Unióban 2010-ben 30,3 TWh áramot termeltek (20%-ot CHP-ben), az USA-ban a hulladéklerakók és a farmok áramtermelése 14,3 TWh, illetve 0,5 TWh volt. Példaként emelendő ki Kína is, ahol csak 2009-ben 2000 db nagy és közepes emésztőt építettek ipari célokra, 22.570 db kisebb emésztőt farmokon, és 630-at kommunális hulladék és szennyvíziszap feldolgozó telepeken, így 2010-ben az ország biogáz alapú elektromos áram termelő kapacitása 800 MW volt. Indiában ennek mintegy tizede, 81 MW a kapacitás, 70 új biogáz üzem (kommunális hulladék) bekapcsolásával. Ez az arány tükröződik a háztartásokban alkalmazott biogáz berendezések számában is, 2011-ben Kínában mintegy 43 millió, Indiában pedig 4,4 millió volt található.

A biogázt közlekedési eszközökben is lehet használni, Európában a mintegy 70.000 gázüzemű tömegközlekedési buszból 9000-et hajtanak meg vele. A közlekedésben a bioetanol és biodízel alkalmazása ennél nagyobb. Amint a 2.20. ábrán látható, a bioüzemanyagok termelése folyamatosan nőtt az elmúlt évtizedben, a 2011-ben tapasztalt megtorpanás a gazdasági válság következménye. Brazíliában a termelés mintegy 10%-kal esett vissza, melynek eredményeképpen a kormányzatilag szabályozott 25%-os bioetanol bekeverés mértékét 20%-ra csökkentették. Ugyanakkor még így is Brazília a második legnagyobb bioetanolt készítő ország. Habár az USA-ban gyártják a legtöbb etanolt, Brazíliából további 325 millió litert importáltak 2011-ben. A két ország együttesen a világ bioetanol termelésének 87%-át adja. A gyártott biodízel mennyisége csupán negyede a bioetanolénak. Ez azzal magyarázható, hogy a biodízel gyártás technológiája rendkívül új keletű, 2000 előtt ipari mennyiségben nem is gyártották. A biodízel gyártás technológiai korlátai miatt évi növekedése kisebb (14,5%), mint a bioetanolé (15,5%). Az USA-ban 2010-hez képest 159%-os emelkedés volt tapasztalható a gyártott üzemanyag mennyiségében 2011-ben. A 2011-es megnövekedett teljesítmény miatt vette csak át a vezető szerepet az USA (2.1. táblázat), a legtöbb biodízelt emellett Németországban és Argentínában gyártják. Észrevehető továbbá, hogy a biodízel globális termelése területileg kiegyensúlyozottabb a bioetanolhoz képest, mindemellett az EU-ban a több dízelüzemű autó miatt nagyobb a gyártott üzemanyag mennyisége. Összességében a bioüzemanyagok így is csak a közlekedésre szánt üzemanyagok 2%-át adják.

Megtermelt bioetanol és biodízel globális mennyisége milliárd literben. Az etanol 2000-ben 18, 2005-ben 32, 2007-ben 50, 2010-ben 85 milliárd liter volt, az utóbbi években stagnál a mennyisége. A biodízelből kevesebb mint 1 milliárd litert gyártottak 2000-ben folyamatos növekedés mellett 2007-ben 11, 2011-ben pedig 21 mrd litert állítottak elő.

2.20. ábra: A globális bioüzemanyag termelés változása a 2000–2011 időszakban (Sawin et al., 2012).

 

Bioetanol

 

Biodízel

 

1.

USA

54

USA

3,2

2.

Brazília

21

Németország

3,2

3.

Kína

2,1

Argentína

2,8

4.

Kanada

1,8

Brazília

2,7

5.

Franciaország

1,1

Franciaország

1,6

6.

Németország

0,8

Indonézia

1,4

7.

Spanyolország

0,5

Spanyolország

0,7

8.

Thaiföld

0,5

Thaiföld

0,6

9.

Belgium

0,4

Olaszország

0,6

10.

Kolumbia

0,3

Belgium

0,4

11.

Hollandia

0,3

Hollandia

0,4

12.

Ausztria

0,2

Ausztria

0,4

Globális összes

86,1

 

21,4

 

EU összes

4,3

 

9,2

 

2.1. táblázat: Bioüzemanyag termelés [milliárd liter] országonkénti eloszlása 2011-ben (Sawin et al., 2012).