A biomassza energetikai hasznosítása

DR. PETZ ERNŐ gépészmérnök, c. egyetemi tanár.

A világ energiaellátásában új időszámítás kezdődik. A korábbi figyelmeztető jelzéseket nem vettük komolyan. Rá kellett ébrednünk arra, hogy az energiafogyasztásban nem dúskálhatunk vég nélkül. Az augusztus–szeptemberi Katrina hurrikán és következményei felkiáltójelként figyelmeztették az egész világot arra, hogy az energiatermelés és -fogyasztás egyensúlya mennyire sérülékeny, mennyire borotvaélen táncol, miközben az energiához való korlátlan hozzáférés természetes igényünkké, életminőségünk meghatározó tényezőjévé vált. Az egyre növekvő energiaigényekkel párhuzamosan rohamosan fogynak az energiakészletek. Az évmilliók alatt keletkezett (tehát egyszeri és megismételhetetlen) fosszilisenergiahordozó- készleteket a „modern civilizáció” másfél-két évszázad alatt feléli, miközben visszafordíthatatlanul elszennyezi környezetét. Minél fejlettebb egy ország, annál inkább energiafüggővé, s ezáltal annál sérülékenyebbé válik. Az energiaigények biztonságos ellátása az emberiség jövőjének egyik legfontosabb s talán legkritikusabb kérdésévé válik, amely átrajzolhatja a világ gazdasági és politikai térképét. Ebben a jövőképben Magyarország részére kitörési pont lehet a biomassza energetikai hasznosítása.

A biztonságos energiaellátás alapkérdései

Igények, források. Számos szervezet foglalkozik a világ energiaellátásának elemzésével. Ezek közül elsősorban a Nemzetközi Energia Ügynökség (IEA) rendszeresen megjelenő jelentéseire támaszkodhatunk,1,2 amelyek 2030-ig próbálnak a jövőbe tekinteni. Ezek szerint a világ összes energiaigénye kereken évi 11 millió tonna olaj egyenértékre (440 EJ/év = 440x1018 joule/év) tehető, amelynek átlagos évi növekedése ebben a vizsgált időszakban 1,7%. Az energiaigények fedezésében a fosszilis energiahordozók játszanak döntő szerepet. A gázfogyasztás nő a legerőteljesebben (átlagosan évi 2,4%-kal), az olajfogyasztás várhatóan évi 1,6%-kal, a szénfogyasztás pedig évi 1,4%-kal. A villamos energiára vonatkozó növekedés viszont évi 2,4%.

Európa tehát rendkívüli módon importfüggővé vált.

A világ népessége a vizsgált (2030-ig terjedő) időszakban továbbra is meredeken, exponenciális jelleggel nő, ami az energiaigények alakulásának meghatározó tényezője. A növekedést gyakorlatilag a fejlődő országok várható energiafelhasználása okozza. Napjainkban a fejlett országok energiafelhasználása valamivel nagyobb, mint a fejlődő országoké, noha az előbbiek népessége az összes népességnek csupán 20%-a. Az energiafelhasználás tehát rendkívül aránytalan, mintegy 2-2,5 milliárd ember még egyáltalán nem fér hozzá a vezetékes energiaszolgáltatáshoz. Az iparilag fejlett országok energiafogyasztása a jövőben akár csökkenhet is, a fejlődő országoké viszont exponenciálisan nő, minthogy a következő évtizedekre esik gazdaságuk extenzív fejlődésének időszaka. Ez napjainkban elsősorban Kínában és Indiában figyelhető meg, amelyek ráléptek a „motorizáció útjára”. Ezeknek a rohamosan növekvő igényeknek a kielégítése ma nem látszik biztosíthatónak. Ezért kezdődik új fejezet az energiaellátás történetében.

Ha összevetjük régiónként az olaj, a földgáz és a szén bizonyított készleteit ugyanezen energiahordozók felhasználásával, akkor azt látjuk, hogy mindhárom fosszilis energiahordozó terén Európa felhasználása lényegesen nagyobb, mint a rendelkezésére álló készletek. Európa tehát rendkívüli módon importfüggővé vált: olajellátása már napjainkban, teljes energiaellátása pedig 2030-ra válik 70%-os mértékben importfüggővé. Európa emiatt egyre inkább sérülékennyé és kiszolgáltatottá válik. Befolyása a jelentős energiahordozó-készletekkel rendelkező régiókra viszonylag csekély, érdekérvényesítési lehetőségei beszűkültek. A világ energiahordozó-készleteinek birtoklásáért, a befolyásszerzésért folyó versenyben végérvényesen lemaradt. Csupán üzleti alapon tud és képes a nagy energiaprojektekbe (kutatás, feltárás, kitermelés, vezetéképítés, berendezések szállítása) bekapcsolódni. Ugyanakkor Európa a CO2-kibocsátás területén jelentős önkorlátozó kötelezettséget vállalt. Mindezek figyelembevételével Európának új utat kell(ett) választania. Ezen az új úton előremenekülést jelent a megújuló energiaforrások mind szélesebb körű hasznosítása. Ez tükröződik az EU, és különösen egyes uniós országok hivatalos energiapolitikájában.3,4 Ezekben az országokban jelentős állami támogatást élveznek a megújuló energiaforrások hasznosítására irányuló különféle projektek. E támogatásokkal azonban nemcsak az energiaellátást magát, hanem a belső piac megteremtésével az ehhez szükséges új technológiák és új, korszerű berendezések fejlesztését és gyártását is elősegítik. Ezek exportja révén képesek aztán a globális energetikai üzletbe bekapcsolódni.

Európa energiapolitikájáról e helyen annyit meg kell jegyezni, hogy szélsőségesen a neoliberális elvekre (dereguláció, privatizáció, liberalizáció) épül, amivel rossz úton jár. Elsősorban az állami szerepvállalást illetően kell módosítania álláspontját. A Le Monde október végén például a következőket írja: Európa polgárai „rehabilitálják az államot”, és „nem hajlandók feláldozni a szolidaritás követelményét a piac egyedüli törvényeinek”.

Egyre több prognóziskutató vetíti előre az ún. energiakrízis bekövetkezésének lehetőségét, amelynek legfontosabb veszélyforrásai: az energiaigények felvázolt további jelentős növekedése, a fosszilis energiahordozók kitermelésének várható csökkenése és az energiaellátással kapcsolatos költségek növekedése. Az IEA becslése szerint 2030-ig mintegy 16 billió (16 ezer milliárd) dollár befektetésre van szükség (amelynek 60-70%-a a villamosenergia-termelés területére esik).

Mindezek következtében az energiaellátás kockázatainak jelentős növekedésével, valamint az energiaárak akár rohamos emelkedésével és hullámzásával kell számolnunk.

Az olajkitermelés prognózisa szerint a csúcsot követően 2010 körül a kitermelés mintegy három évtized alatt meredeken visszaesik, ami az energiaárak említett jelentős növekedésének elsődleges okozója. Egyes források szerint máris a kitermelési lehetőségek platóján vagyunk, amit a napjaink olajkereskedelmének eseményei is igazolni látszanak.

A földgázkitermelés hasonlóan alakul, csúcstartománya azonban későbbre esik, vélhetően a 2040–50-es évekre. Így a gáz bizonyos fogyasztói körökben helyettesíteni képes a kőolajat. Ha figyelembe vesszük a szénkitermelést és az egyéb energiaforrásokat, valamint az összes energiaigényt , akkor a hiányzó energiaigényeket – mai ismereteink szerint – a megújuló forrásokból kell kielégíteni. Amennyiben ez maradéktalanul nem sikerül, úgy energiahiány lép fel, amit energiakrízisnek nevezünk. Mindebből megítélhető a megújuló energiaforrások várható szerepe, a hasznosításukra irányuló erőfeszítések jelentősége. Az energiakrízis bekövetkezésének lehetőségét nem szabad kézlegyintéssel elintézni, hiszen regionális szinten máris megjelent. Éppen az utóbbi időben jelentette be Kína, hogy energiaellátási elégtelenség miatt kénytelen a gazdaság természetes fejlődését visszafogni.

A felvázoltakkal kapcsolatban még két kiegészítésre érdemes kitérni. A világ szénkészletei még jelentősek, ezért kitermelésük bármikor növelhető lenne, de a szén-dioxid (CO2)-kibocsátásának csökkentésével kapcsolatos követelmények miatt ez nem járható út.

A másik fontos kiegészítés az egyéb energiaforrásokhoz sorolt atomenergia várható hasznosításával kapcsolatos. Jelenleg az atomerőművek a villamosenergia- termelés 16%-át adják. A jövőben e százalékos arány fokozatosan csökken. A jelenlegi hasznosítási ütem mellett a bizonyított uránkészletek mintegy 35-40 év alatt kimerülnek, miközben a kibányászott uránércek energiatartalmára vonatkoztatott energiahasznosítási hatásfok csupán 0,2%, vagyis a hasznosítás rendkívül pazarló. Ez akkor érvényes, ha a jelenlegi atomerőművi struktúra nem változik. Lényegesen javulna a helyzet, ha megvalósulnának az ún. kétszeresen zárt szimbiotikus atomerőművi rendszerek, melyekben optimális arányban üzemelnek termikus- ún. gyors tenyész- és transzmutáló reaktorok. A tenyészreaktorokban a nem hasznosított izotópokat lehet még hasznosítani, az utóbbiakban pedig a keletkező nagy aktivitású és hosszú felezési idejű hulladék izotópokat lehet átalakítani. Ezzel a megoldással egyrészt az uránkészletek energetikai hasznosítása jelentős mértékben javítható, másrészt a nagy aktivitású hulladékok kérdése is megnyugtatóan rendezhető. A vázolt szimbiotikus rendszerrel az atomenergia hasznosítása mintegy 1000 éves kitekintésűvé tehető. Ennek megvalósítása azonban csak széles nemzetközi összefogással és igen jelentős (kutatási, fejlesztési stb.) ráfordítással lenne megvalósítható. A korábban említett 16 billió dolláros befektetési igény ezeket természetesen nem tartalmazza.

Az első, Franciaországban megépítendő fúziós kísérleti reaktorról (ITER) viszont a közelmúltban született döntés. Várhatóan 2015-re készül el, és az első ipari reaktor üzembe lépése 2050 körül várható („örök energiaforrás”?).

Az elmondottak ismeretében kockázatok nélkül megállapítható, hogy már a közeli jövőben a megújuló energiaforrások egyre jobban felértékelődnek, és az energiaárak szükségszerű növekedése miatt egyre inkább versenyképessé válnak. Jelentősen csökkenthetik egyes régiók, ill. országok importfüggését, és környezetvédelmi szempontból is kedvezőek. A helyi adottságoktól függően a különböző régiókban, ill. országokban az egyes megújuló források (biomassza, víz-, szél-, nap-, geotermikus energia stb.) hasznosításának aránya akár jelentősen is eltérhet.

Világviszonylatban, a villamosenergia-termelésre alkalmas megújuló energiaforrások közül a biomassza képviseli a legnagyobb potenciált (mintegy 10 ezer TWh), de 2030-ig csupán 7,3%-os kihasználása várható. Az OECD-országok primerenergia-felhasználásában a megújulók részaránya a 2002-ben érvényes 3%-ról várhatóan 10%-ra nő. Az EU-25-ök csoportjában a megújulók részaránya 2030-ban az előbbi értéknek majdnem kétszerese. Döntő részesedést itt a szélenergia (65%) és a biomassza (24%) képvisel.

Az ismertetett célkitűzések, ill. az országok vállalásai azonban nem teljesíthetők könnyen. Ezért a megújuló energiaforrások középtávú felhasználása szempontjából irányadónak tekinthető az 1997 novemberében az EU Bizottság által kiadott Energia a Jövőért – Megújuló energiaforrások c. „Fehér Könyv”, amely elismeri, hogy a célkitűzések teljesítése kizárólag piaci alapokon nem biztosítható, ezért támogatási lehetőségeket kell igénybe venni.

Európában, ill. egyes európai országokban várható a legdinamikusabb fejlődés, a korábban ismertetett indokok következményeként. Különösen impozánsak Németország stratégiai tervszámai, amelyek szerint 2050-ben a megújulók részaránya a villamosenergia-termelésben már 64%-os. A magyar energiapolitika távlati stratégiával egyáltalán nem rendelkezik, mégis reális célkitűzés lehet, ha az EU-25-ök részarányánál nagyobb, de a németországi értéknél kisebb részesedés elérését tűzzük ki célul. Az ország energiaellátásának és agráriumának jelenlegi helyzetét, adottságait, valamint jövőjének esélyeit figyelembe véve, helyes és reális célkitűzésként fogalmazható meg az ábrán szerepeltetett 25-30%-os részesedés elérése 2030- ban. Természetesen ezt még kiegészítik a megújuló források egyéb célú (közvetlen mezőgazdasági hasznosítás, bioüzemanyagok előállítása, hőellátás, kapcsolt energiatermelés stb.) hasznosítási lehetőségei.

Az energetikában 25 év hosszú időnek számít, ezért a megfogalmazott célkitűzés megvalósítható. Gondoljunk például arra, hogy 1963-ban helyeztük üzembe az oroszlányi erőmű negyedik 50 MW-os blokkját, és 1982-ben már a paksi atomerőmű első blokkját. De közben létrehoztuk az egységes hazai villamosenergia-rendszert, a magasfeszültségű alaphálózattal és az országos kiterjedésű elosztóhálózattal.

Biomassza – hazai energiaforrás

Megváltozott körülmények. Hazánkban a biomassza-hasznosítás csírái már az 1970-es évektől kezdődően fokozatosan kibontakoztak, és a 80-as évek végéig sok figyelemre méltó eredmény született. A rendszerváltozás után a biomassza hasznosítására épített üzemek egy része leállt és azokat felszámolták, a brikettüzemek nagy része megszűnt, az ERTI energiaerdő-kísérletei leálltak, a korábbi fejlesztési eredmények egy része kárba veszett. Az ország teljes területén kiépült a gázvezetékrendszer, az akkori gázárral semmilyen egyéb tüzelőanyag, így a megújuló energiaforrások sem bizonyultak versenyképesnek.

Napjainkig azonban új helyzet állt elő, ami aktuálissá teszi, hogy érdemben foglalkozzunk a biomassza energetikai alkalmazásával. Csupán a két legfontosabb tény:

    •  Jelentősen emelkedett a szénhidrogének, ezen belül a gáz ára, és további – középtávon akár jelentős – áremelések várhatók, •  Több mint egymillió hektár termőföldet kell kivonnunk a támogatott mezőgazdasági termelésből. Az energiaültetvények egészen új lehetőségeket és távlatot kínálnak a hazai agrárgazdaság részére. A területfejlesztésben egyre sürgetőbbé válik a regionális igények és lehetőségek figyelembevétele, az átfogó társadalmi szempontok érvényesítése mellett. A biomassza területileg decentralizált hasznosítása éppen ezeknek az igényeknek képes messzemenően és sokoldalúan eleget tenni.

Magyarország (az EU felé) 2010-ig az összenergia-felhasználáson belül 6%, a villamosenergia-termelésen belül a szerény 3,6%-os megújulóenergiaforrás- részarány elérését vállalta, mely azonban az ország biomassza-potenciáljának csak töredékét reprezentálja.

Az Imperial College London, Centre for Energy Policy and Technology és az E4tech Ltd. felmérése szerint Magyarország az összes villamosenergia- igényének 27%-át (!) lenne képes biomassza-tüzelésű erőművekből fedezni (ami egyébként összhangban van a fenti megállapításunkkal). Jelenleg Magyarország megújulóenergia-termelése – főként a három biomasszaerőműnek (Bakony/Ajka, Borsod/Berente, Pannonpower/Pécs) köszönhetően – a hazai villamosenergia-fogyasztás közel 2,5-3%-át biztosítja.

A biomassza-felhasználás növekedése esetén 2010-ig a termelési potenciál megháromszorozódhat, ami kiegészítve az egyéb megújuló forrású villamosenergia- termeléssel, összesen elérheti a 3000 GWh/év értéket. A vállalt 3,6%-os értéken túl akár az összes fogyasztás 6-7%-át is elérheti, amennyiben az állam megfelelő intézkedésekkel biztosítja a további növekedés feltételeit. Amennyiben a vidékfejlesztés szempontjából rendkívül fontos decentralizált kis fűtőművek és erőművek létesítési lehetőségeit is figyelembe vesszük, ez az érték akár meg is duplázódhat. Már jelenleg is működnek, ill. épülnek ilyen decentralizált létesítmények.

Hazai biomassza-potenciálok. A biomassza gyűjtőfogalom, számos növényi, állati, ill. kommunális szerves anyagot takar, amelyekről az 1. táblázat ad áttekintő tájékoztatást, egyúttal az éves potenciális energiatartalmuk feltüntetésével (PJ = 1015 joule). E potenciál nem kevés, hiszen a jelenlegi hazai energiafelhasználás egyharmadát képviseli. Az erdőgazdasági fő- és melléktermékek (pl. tűzifa, nyesedék, kéreg, fűrészpor) mellett a jövőben elsősorban az energetikai céllal termesztett növények (pl. fűfélék, fák: akác, nyárfa, éger, fűz stb.), a mezőgazdasági melléktermékek (szalma, kukoricaszár, napraforgószár stb.) és a takarmánynövények: gabonafélék, cukorrépa, köles, kukorica, repce stb.) fognak szerepet játszani. A táblázatból is láthatóan a biomassza alapvetően 5 nemzetgazdasági ágból származhat. Az energetikai hasznosítás jelentős módjai: az eltüzelés, brikettálás, pirolizálás, gázosítás, biogáz-előállítás és a biodízel, ill. bioetanol (biohajtóanyagok) előállítása.

Az erdőgazdálkodásból évente további 3-4 millió tonna biomassza származhat. Fontos megjegyezni, hogy hazánk erdősültsége 1925 óta folyamatosan nő, az éves produktum 12 millió m3, ebből 9 millió m3 termelhető, illetve lett volna kitermelhető évente (ezzel szemben kb. 7 millió m3 fa kitermelésére volt az erdészeteknek felvevőpiacuk, tehát mintegy 2 millió m3 maradt felhasználatlanul). Figyelembe véve a jelenlegi igényeket, gondos és odafigyelő erdőgazdálkodás mellett semmilyen problémát nem okozhat az erdészeteknek, így hazánk erdősültségében semmilyen észrevehető változás nem fog bekövetkezni. Az újabb igényeket viszont energiaültetvényekből kell fedezni.

Versenyképesség. Nemzetközi összehasonlításban a biomassza-erőművek a ligniterőművekkel vannak versenyben. A gázár szükségszerűen bekövetkező, akár jelentős emelkedése következtében a biomassza versenyképessége egyre javul a gázerőművekkel szemben is. Minthogy azonban a gázfelhasználásra csupán az energiaellátás egy (noha jelentős) hányada építhető, a biomassza-potenciál minél nagyobb mértékű kihasználása mind agrárgazdasági, mind energetikai szempontból kitörési pont lehet, és gyakorlatilag kockázatmentes.

Családi házak és tömbházak fűtése esetén a (sajtolással előállított) biobrikett vagy biopellet használata máris messze versenyképes, amint a következő friss osztrák adatok igazolják (2005. szept.): a fajlagos energiaárak olajtüzelés esetén 6,9; földgáztüzelés esetén 4,9; biopellet-tüzelés esetén 3,2 és erdei tűzifa használata esetén 2,5 eurócent/kWh. (Az olaj, vagy gázkazánok lecserélésének költségeit 40%-os mértékben pedig támogatás fedezi.)

A biomassza-hasznosítás bővülésének záloga az energiaültetvények elterjedése, amihez a mezőgazdaságnak, a környezetvédelemnek és az energetikának stratégiai szövetséget kell kötnie. A legjelentősebb társadalmi haszon a mezőgazdasági tevékenység stabilizálásában, a kihasználatlan földterületek hasznosításában, a környezet védelmében, a vidékfejlesztésben, a munkahelyteremtésben és az agrárnépesség megtartásában jelentkezik. A mezőgazdaság szerkezetváltása, az energiaültetvényekre való átállás két fontos alapra épül: az energianövények energetikai hasznosítása egyfelől biztos és stabil piacot jelent a mezőgazdaság számára, másfelől az energetikai létesítmények telepítése, a szükséges berendezések hazai gyártása a vidékfejlesztés és munkahelyteremtés rendkívül kedvező lehetőségeit kínálja. A szóban forgó energetikai létesítmények ugyanis (az ültetvények centrumaiban) elsősorban kisebb helyi, ill. regionális feladatokat látnak el, tehát az egész országban elszórtan települnek. Az országos villamos hálózatra kapcsolódó kiserőművek pedig a szénerőművekhez hasonlóan, menetrendtartó ütemmódban (hűtővíz hiányában a magyar találmányú légkondenzációval), a mindenkori fogyasztói igényekhez igazodnak, tehát a villamos rendszer szabályozása szempontjából is kedvezőek.

1. táblázat: Hazai biomassza-potenciál

1. táblázat: Hazai biomassza-potenciál

Tennivalók. Mindezek ismeretében fontos, hogy felkészüljünk a biomassza hazai hasznosítására, és azonnal hozzákezdjünk az országos biomasszaprogram előkészítéséhez. Nem elegendő ugyanis csak a vállalkozások támogatása, a pályáztatás, az ún. piaci eszközök alkalmazása. Biomassza-potenciálunk országos felmérése után, annak ismeretében ki kell dolgozni a hasznosítás optimális rendszerét (hol mit és mennyit kell termeszteni, hová milyen és mekkora energetikai létesítményt gazdaságos telepíteni, mely berendezéseket célszerű itthon gyártani, milyen szakemberképzési szinteket kell indítani stb.). E téma fontosságára való tekintettel, egy külön Biomassza Nemzeti Célprogramot (BNC) kell létrehozni,5,6 minden érintett országos intézmény és szakmai tudományos műhely bevonásával.

Bíznunk kell abban, hogy a programot döntően saját erőforrásainkra építve meg tudjuk valósítani.

A nemzeti jelző jelentse azt, hogy országosan optimális, vegyes rendszerű (centralizált és decentralizált létesítményekből álló) komplex biomassza- hasznosítási rendszert valósítunk meg. A célprogram megvalósításához ezért széles körű összefogásra, minden érintett és érdekelt fél (minisztériumok, intézmények, tudományos műhelyek, gazdasági társaságok, vállalkozók stb.) közreműködésére, és nem utolsósorban politikai akaratra és támogatásra van szükség. Az állami támogatás igénye a felkészülési időszakban azért indokolt (a mintalétesítmények megvalósulásáig), hogy a biomassza versenyképességének bekövetkezésekor az ország már minden tekintetben felkészült legyen. Bíznunk kell abban, hogy a programot döntően saját erőforrásainkra építve meg tudjuk valósítani.

Fontos, hogy ebben a jelentős feladatban a három érintett minisztérium (GKM, FVM, KVVM) szorosan együttműködjön. Az előkészítő fázisban a Magyar Tudományos Akadémia részvétele is indokolt, a témakör szakmai sokrétűsége okán, elsősorban integrátori szerepkörben. Az első két feladat tehát:

  1. Az országos programtanács létrehozása (feladata a program irányítása).
  2. A biomassza nemzeti célprogram részletes koncepciójának (stratégiájának) kidolgozása.

Az előkészítő fázis finanszírozását a Nemzeti Fejlesztési Hivatallal együttműködve, a három érintett minisztérium bevonásával, döntően EUtámogatásokból kell biztosítani, és természetesen az egész komplex célprogramhoz meg kell nyerni az EU illetékes intézményeinek a támogatását. Ez viszont csak egy alapos és meggyőző koncepció (célprogram) birtokában lehet reális.

Jegyzetek

  • 1. World Energy Investment Outlook 2003. IEA.
  • 2. World Energy Outlook 2004. IEA.
  • 3. Directive 2003/54/EC of the European Parliament and of the Council of 26 June 2003 concerning common rules for internal market in electricity and repealing Directive 96/92/EC (OJC 15.7.2003 L176/37).
  • 4. Green Paper: Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply (Brussels 29, Nov. 2000 COM /2000/ 769).
  • 5. Petz Ernő: A Lévai örökség – energiaerdők víziója. VI. Energiapolitikai Fórum, 2004. április 12.
  • 6. Együttműködési felhívás a Biomassza Nemzeti Célprogram indítására. MTA Lévai András Energetikai Alapítvány, 2005. május 1.