7.4. A biomassza hasznosításának története

Láthattuk, hogy a biomassza használatának története egészen az ősemberig nyúlik vissza, az egyes átalakítási és alkalmazási technológiák azonban csak a XIX. sz. végén jelentek meg, és csak a XX. sz. végén kezdtek elterjedni.

1812-ben Londonban először mutattak be pirolízis üzemet, mellyel olajat lehet előállítani. 1840-ben Franciaországban üzembe helyezték az első biomassza alapú gázégetőt. Az 1860-as évektől kezdve a főzés, fűtés, gőzmozdonyok és gőzhajók elsődleges fűtőanyaga a fa volt, melyet csak 30 évvel később váltott fel a szén. Az így termelt gőzből az 1870-es években már elektromos áramot generáltak. A német Nicolaus August Otto feltalálta a robbanómotort, melyet 1876-ban etanollal is működtettek. Néhány évvel később Henry Ford az első kísérleti autóit szintén etanollal hajtotta meg. 1900-ban a szintén német Rudolf Diesel demonstrálta, hogy dízelüzemű motorjai mogyoróból sajtolt olajjal is képesek működni. A T-Model megépítésekor (1908) Henry Ford arra számított, hogy a közlekedési eszközök fő üzemanyaga az etanol lesz, ezért Kansasban etanol üzemet épített. A széntüzelés csak 1910-től jelent meg a háztartásokban, habár az iparban már 20 éve használták. Az 1930-as években a kerozin és üzemanyagolaj átvette az elsődleges energiahordozó szerepét a gazdaságban. Az Amerikai Egyesült Államokban a ’30-as évek közepéig az autókat etanollal hajtották meg, melyet a második világháborút követően a piacon megjelenő alacsony árú és nagy mennyiségű benzin váltott fel. Az 1950-es években az elektromos- és gázfűtés felváltotta a fatüzelést a legtöbb otthonban és kereskedelmi létesítményben. A biomassza, mint megújuló energiaforrás azonban csak az 1970-es évektől került előtérbe. Ebben az időszakban a fosszilis üzemanyagok árának jelentős emelkedése miatt alternatív energiaforrás után kezdtek el kutatni. Elsők közé tartozott az elgázosítás technológiájának és az erre épülő gázüzemű autóknak a kifejlesztése, illetve energiafelhasználása [7.2].

A biomasszát megújuló energiaforrásként 1975-ben fogadták el hivatalosan. A biomasszán alapuló energiatermelés kis skálájú használata ez időben terjedt el. Habár a biomassza-kazánok és -kályhák működésének alapjait már 1930-ban véglegesítették, csak az 1970-es évektől kezdve váltak népszerűvé. Az 1980-as években jelentek meg azok a generátorok, melyeket fatüzeléssel fűtöttek. 1982–1983-ban kisüzemeket építettek, melyekben hulladékfából képesek voltak elektromosságot termelni. Eredetileg ezek az üzemek fűrészport használtak, de a fakitermelés növekedésével egyéb fa, mezőgazdasági és kommunális hulladék is alkalmazásra került. Az 1990-es években a fosszilis üzemanyagok árai szabályozottak lettek, mely jelentősen visszavetette a fejlesztéseket. Ezzel párhuzamosan az USA-ban az oxigénezett (etanollal kevert) üzemanyagok használatára kötelezték azokat a területeket, ahol a CO2 szennyezés nagyon magas – ezáltal az etanolgyártás ismét elkezdett növekedni. 1992-ben, Kanadában az etanol üzemanyagokat adómentessé tették. A 2000-es években a kimerülő szén és kőolaj tartalékok, az atomerőművek balesetei és az üvegházhatású gázok csökkentésére irányuló törekvések következtében újra lendületet kapott ez az ágazat. Ekkor jelentek meg az energianövények és a hozzájuk kapcsolódó kutatások.

A biomasszát hasznosító technológiák fejlődési irányai szerteágazók (7.8. táblázat). A biomassza alapanyagok (új energianövények), a közvetítés, az átalakítás, a végtermékek és az integrált rendszerek fejlesztése egyaránt folyamatos és sokrétű. Egyes fejlesztések, mint például az etanol előállításához szükséges energiabevitel 10–30 MJ/l-rel történő csökkentése, a 2020-as évekre már megvalósulhat. Ugyanakkor az algatelepek teljes kihasználhatóságát csak a 2050-es évekre prognosztizálják. A különböző fejlesztési irányok összefoglalása a 7.8. táblázatban található.

Felhasználási fázis

Feltörekvő technológiák

Jövőbeli technológiák

Biomassza alapanyagok

     

• új energiafüvek

• új olajnövények

• biohulladék-kezelés

 

• új erőművek

• vízi biomassza (algák)

• kisebb energiabefektetéssel járó mezőgazdasági rendszerek

• informatikai módszerek alkalmazása a felszíni és biológiai rendszerkezelésekben

Ellátó rendszerek

     

• új agrotechnikák (aratás)

• ellátó hálózat logisztikai fejlesztése

• egyéb egyszerű előkezelések (pl. átmosás)

• biomassza sűrítés

• biofinomítók

• biotechnológia alapú minőség-ellenőrzés a teljes beszerzési láncban

• informatikai eszközök használata a beszerzési hálózat és kezelés optimalizálására

 

Átalakítás

             

• fejlesztett égetés

• együtt-tüzelés

• gázosítás

• pirolízis

• bioetanol cukorból és keményítőből

• bioetanol lignocellulóz anyagokból

• biodízel növényi olajokból

• anaerob bomlás fejlesztése

• biohidrogén (biomassza konverzióból)

• plazma alapú konverziók

• meglévő biokonverziós technikák fejlesztése

• új konverziós utak (pl. elektrokémiai)

• új módszerek az alsó légbefúvós feldolgozásra (pl. pirolitikus folyadékok vagy FT-bioüzemanyagok esetén)

   

 

Végtermékek

       

• biohő

• fejlesztett szilárd biotüzelők (pl. pelletek)

• közlekedési bioüzemanyagok

• bioelektromosság

 

• hidrogén használata üzemanyagcellákban

• FT bioüzemanyagok használata új típus motorokban (pl. kombinált robbanó motorok)

• új biotermékek

• komplex, több termékű rendszerek

• CO2 elnyelés; más új végtermékek (pl. zárt rendszerek)

Rendszer integráció

   

• standardok létrehozása

• legjobb gyakorlat

• gazdasági és ökológiai modellezés és optimalizáció

• informatikai alapú kezelés

• szocio-technológiai és esztétikai kivitelezés

• fenntarthatóság kialakítása globális és lokális hatások figyelembevételével

7.9. táblázat: A biomassza technológiai fejlesztéseinek jövőbeli irányai [7.1].

Közülük kiemelten fontos szerepe van az algatenyészetek alkalmazhatóságának (FAO-Report-44, 2010). Algákat szinte bárhol lehet termeszteni, ahol elegendő napfény, CO2 és víz áll rendelkezésre. Mivel az algáknak több fajtája van, ezért olyan területeken is termeszthetők, ahol a hőmérséklet alacsony (akár 5 °C alatti). Termesztésükhöz nincs szükség talajra, így mezőgazdasági termelésre alkalmatlan területeken is lehet üzemeket létrehozni, ráadásul a mezőgazdasági növényekhez képest lényegesen nagyobb mennyiség, akár 70 t/ha szárazanyag nyerhető ki belőlük. A kísérleti üzemekben általában szennyvizet áramoltatnak az algákat tartó berendezésekben, melyek a vízben található anyagokat bontva a kapott CO2-t használják fel. Attól függően, hogy milyen algákat alkalmaznak, kinyerhető belőlük hidrogén is, vagy éppen élelmezési célokat is szolgálhatnak magas vitamin és tápértéküknek köszönhetően. A számtalan alkalmazási terület mellett további előnye az algák hasznosításának, hogy a korábban bemutatott biomassza termékek szinte összes típusa előállítható belőlük (7.15. ábra). Jelenleg azonban még csak fejlesztési, illetve demonstrációs fázisban van az algarendszerek kiépítése.

a különböző algákból számos alapanyag nyerhető ki: szénhidrogének, nyers biomassza, lipidek, hidrogén és keményítő. A korábban ismertetett eljárások segítségével folyékony és gáznemű üzemanyagok, hő, növényi olajok, gyógyszeripari, élelmezési termékek készíthetők.

7.15. ábra: Az algatelepek ipari felhasználásának lehetőségei (FAO Report-44, 2010).