MISKOLCI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

ENERGETIKAI ÉS VEGYIPARI GÉPÉSZETI INTÉZET

VEGYIPARI GÉPÉSZETI INTÉZETI TANSZÉK

Biogáz üzem energetikai és gazdasági elemzése

és fejlesztési tervezete

Készítette:

Szabó Roland Frigyes

NNYA5A

TERVEZÉSVEZETŐ: Venczel Gábor, tanársegéd

ÜZEMI KONZULENS: Gellén Sándor, üzemvezető

Miskolc, 2015

2

Tartalomjegyzék

Tartalom

1. Biogáz ................................................................................................................................ 4

1.1. Mi is a biogáz? ............................................................................................................... 4

1.2. Mi a biogázgyártás? ...................................................................................................... 4

1.3. A biogáz előnyei és hátrányai........................................................................................ 6

1.4. A biogáz hasznosítása.................................................................................................... 7

2. A biogáz-termelési technológiák csoportosítása .............................................................. 8

2.1. A biogáztermelés csoportosításának lehetőségei ......................................................... 9

3. A fermentációs technológiák ..........................................................................................14

3.1. Fermentorkialakítás .................................................................................................... 14

3.2. A fermentáció három fő szakasza: .............................................................................. 16

5. Gázmotorok és gázturbinák ............................................................................................17

6. Biogáz üzemek helyzete Magyarországon ......................................................................18

7. Magyarország biogáz potenciálja .................................................................................... 19

7.1. A növénytermesztési fő- és melléktermékekből származó potenciál......................... 21

7.4. A kommunális hulladékokból származó potenciál ...................................................... 23

8. Működő üzem bemutatása .............................................................................................27

9. A biogáz üzem energetikai jellemzője .............................................................................36

10. Az előállított energia értékesítése ..................................................................................43

11. Javaslattétel az üzem gazdasági hatékonyságának növelése érdekében .......................48

11.1. A puffertartály ......................................................................................................... 48

11.2. A kapacitás növelése ............................................................................................... 50

11.3. A hőenergia hasznosítása ........................................................................................ 51

12. Összefoglalás ...................................................................................................................54

13. Summary .........................................................................................................................55

3

Bevezető:

Az energia az, ami mozgatja a világot, azonban az utóbbi évtizedekben az

energiaválság hatalmas méreteket öltött. Az energia mindenhol ott van, ez

működteti eszközeinket és létrehozza azokat a fogyasztási cikkeket,

élelmiszereket, szolgáltatásokat, amiket mindennap használunk. Életünk fontos

részét képezi, így tulajdonképpen bátran kijelenthetjük, hogy „energiafüggők”

vagyunk. Amikor elmegy az áram, vagy egyre több pénzt költünk villany- és

gázszámlára, vagy amikor tönkremegy a közlekedési eszközünk, vagy éppen

valamilyen gázvita miatt nem kap az országunk földgázt, akkor jövünk csak rá,

mennyire kiszolgáltatottak vagyunk.

Sajnálatos módon arra pedig sokan nem figyelnek, hogy a mértéktelen

energiaéhség és pazarlás következtében a környezetünk egyre nagyobb

léptékben pusztul. Ennek egyik jele a klímaváltozás, amit a levegőbe kerülő

üvegházhatású gázok okoznak. Továbbá problémát jelent a fosszilis

energiahordozók kimerülése és ezek árának folyamatos növekedése. Ezeknek

a nem megújuló energiaforrásoknak a zömét külföldről vásároljuk, amely jól

mutatja, mekkora mértékben függünk más országoktól.

A megújuló energiaforrásokon belül a biogáz előállításában látok nagy,

potenciális fejlődési lehetőséget. Szakdolgozatomban végigvezetem a biogáz-

előállítás és -felhasználás technológiai hátterét, illetve szemléltetem a

hajdúböszörményi Béke Agrárszövetkezeten belül létesített biogáz üzem

működését és annak fejlesztési lehetőségeit, mind a kapacitás és a technológia

terén. Az üzemet volt szerencsém személyesen is meglátogatni, ahol életszerű

körülmények között ismerkedhettem meg a technológiákkal, az egyéni

problémamegoldásokkal. A hajdúböszörményi biogáz üzem rendszere különös

és profitáló a mezőgazdasági telepek között: magas szintű alapanyag-

felhasználás jellemzi, amely során nem keletkezik hulladék anyag. Ezeket a

számok is alátámasztják, melyek szerint az üzem minimális összeget költ

4

alapanyagra, ellenben hatalmas mennyiségű energiát és terméket állít elő, amit

értékesíteni is tud, így hónapról hónapra nagy profitot termel.

A technológia egyáltalán nem új keletű, de még nincs teljesen kiaknázva,

folyamatos fejlesztés alatt áll, mivel egyre több ember látja be a zöld energia

hasznosságát, amelynek következtében egyre növekvő igény is mutatkozik rá.

1. Biogáz

1.1. Mi is a biogáz?

A biogáz nem más, mint a szerves anyagok mikrobák által, anerob körülmények

közt levegőtől elzárt területen való lebomlása során keletkező gázelegy.

A gázelegy tartalmaz metánt (50-70 százalékban), valamint szén-dioxidot (30-

40 százalékban), vízgőzt és némi kénhidrogént.

A biogáz egy gyűjtőnév, így érdemes azt csoportokra

osztani:

- szennyvíztelepi gáz (szennyvíztelepeken képződő

biogáz)

- depóniagáz (szeméttelepi gáz, a kommunális

hulladékban lévő szerves anyag lebomlásából

képződik)

- biogáz mint mezőgazdasági melléktermékből és egyéb szerves

anyagokból (általában ezt értik biogáz szó alatt) [1.].

1.2. Mi a biogázgyártás?

A biogázgyártás egyfajta hasznosítása, újrahasznosítása a kommunális

hulladéknak, mezőgazdasági melléktermékeknek (szalma, zöldség hulladék,

toll, tejsavó, vér, trágya, frissen kaszált fű stb.), szennyvíznek.

5

Ezen technológia folyamatos fejlődésben van, így járul hozzá környezetünk

megvédéséhez. Az évek folyamán egyre több szemét és egyéb melléktermék

keletkezik, ezek tárolása, megsemmisítése sok pénzbe és energiába kerül.

A biogázgyártással ezt a pénzt és energiát akár meg is tudjuk termelni, aztán

hasznosítani, vagy eladni.

A biogáz előállítása folyamán a mikroszervezetek (savképző és metanogén

baktériumok) létfeltételeinek szabályozása a döntő tényező. A megfelelő

feltételek megléte esetén ezek a mikroszervezetek hatványozott gyorsasággal

szaporodnak, melynek gyorsaságát lényegesen befolyásolja az optimális

hőmérséklet (0-70 C°) és a szerves anyag összetétele.

A biogáz képződésének 3 fő szakaszát különböztetjük meg:

1. a szerves anyagban található fehérjék, zsírok és szénhidrátok

egyszerűbb vegyületekre (aminosavakra, zsírsavakra, cukrokra)

bomlanak le

2. az acetogén baktériumok munkájának eredményeként ezekből az

anyagokból szerves savak (ecetsav, propionsav, vajsav), hidrogén és

nyomokban alacsony szénatomszámú alkoholok, aldehidek jönnek létre

3. metántermelő mikroorganizmusok nagyobb csoportja a szerves savakat

metánná, szén-dioxiddá és vízzé bontja le. A metanogének egy másik

csoportja ugyanekkor a keletkező szén-dioxid egy részét az acetogének

által termelt hidrogén felhasználásával alakítja át metánná

A biogáz üzemben ezek a lépcsők nem különülnek el egymástól, egyszerre

vannak jelen, ez az oka a biogáz üzemek érzékeny biotechnológiai

egyensúlyának.

6

1.3. A biogáz előnyei és hátrányai

A biogázgyártás előnyei és hátrányai és környezeti hatásai

1.3.1. A biogázgyártás előnyei:

Szerveshulladék-anyagok környezetkímélő feldolgozása

Értékes energiaforrás

Folyamatos energiaátvétel

A kellemetlen szaghatások csökkennek (anaerob)

Csökken az üvegházhatást okozó gázok, azaz a metán, nitrogén-dioxid

és szén-dioxid kibocsátása a levegőbe

Kis tápanyagveszteség, állagjavítás

A növények számára könnyebben feltárható tápanyag keletkezik

A biotrágya higiénizálása (gyommag, fertőző mikrobák)

Új munkahelyek teremtése, fenntarthatóság

Környezetbarát gáz (Petis, 2008; Hódi, 2006).

1.3.2. A biogázgyártás hátrányai:

Nagy beruházási költség (fermentorok, tervezés, műszaki, gépészeti,

irányítástechnikai költségek),

Hosszú megtérülési idő

Folyamatos alapanyag-utánpótlás stabil árakon és minőségben

A biogázból termelt villamos energia mennyiségében 5 MW-nál kisebb

erőműnél +/-20%-nál nagyobb, 5 MW-nál nagyobb erőműnél +/-5%-tól

nagyobb eltérés esetén – KWh-ként 5 forint szabályozási pótdíjat

köteles az üzem fizetni, illetve ezt elkerülendő előző nap 10 óráig

köteles bejelenteni a változás irányát és mértékét. Ezen kívül minden

hónap első hét munkanapjáig a következő havit, negyedórás bontással

leadni.

Üzemzavarok (habosodás, mikrobiológia)

Széles körű adminisztrációs feladatkör (Hódi, 2006) [1].

7

1.4. A biogáz hasznosítása

A biogáz hasznosításának számos lehetősége van mind a felhasználás, mind

az értékesítés terén. A biogáz felhasználása történhet közvetlenül helyben,

hőelőállításra, gázkazánban. A hő egy részét a fermentorok fűtésére

használják, ez éves szinten a megtermelt hőmennyiség 20-30%-a. Az

erőművek felesleges hőjét hasznosíthatja a mezőgazdasági üzemek, istállók,

lakóépületek, kertészetek, szárítók fűtésére, nyáron az állattartó telepek

hűtésére. Élelmiszeripari üzemek melegvíz-igényét is kielégítheti egy biogáz

üzem. Távhőfűtő hálózaton keresztül az üzemtől távolabb fekvő épületek fűtése

is megoldható.

Az egyik legelterjedtebb hasznosítási forma a biogáznak gázmotorban való

elégetése villamosenergia-előállítás céljából. Ha pedig a gázmotor elsősorban

villamos energiát, másodsorban fűtési energiát állít elő, akkor kogenerációs

berendezésről beszélünk.

Ezt a módszert használja a hazai biogáz üzemek többsége, amelyek gázmotor

vagy gázturbina alkalmazásával működnek.

Ezek a gázmotorok ugyanolyan tulajdonságokkal bírnak, mint bármilyen motor,

csak jelen esetben az üzemanyag biogáz vagy földgáz.

Két elterjedt típus van forgalomban, a dízelmotor olajbefecskendezéssel és az

Otto gázmotor. Az Otto gázmotor magas elektromos hatásfokkal rendelkezik,

de sajnos drágábbak, mint a dízelmotorok olajbefecskendezéssel, illetve

működtetésükhöz külön fűtőolaj nem szükséges. Ezeket észben tartva kell az

optimális blokkfűtőerőművet kiválasztani, amivel a legnagyobb elektromos

hatásfokra kell törekedni. A gázmotorba bevezetett energiamennyiségből

gyártmánytól függően a megtermelt villamos energia 33-40%, a hőenergia 45-

55%. A gázmotorok által termelt hő általában 90°C-os. Ez a hőmérséklet

alkalmas használati meleg víz előállítására egész évben, télen fűtésre, de ipari

és mezőgazdasági hőigényt is lehet vele fedezni.

8

Olyan erőművekben, ahol a gáz minősége, kémiai összetétele folyamatosan

változik, a hosszabb motorélettartam érdekében érdemes elektronikus

motorirányítót és ellenőrző rendszereket használni. Ezt a mezőgazdasági

melléktermékeket felhasználó biogáz üzemeknél szokás használni, mivel itt sok

mindentől függhet a biogáz minősége, ilyen például a haszonállatok új

takarmánya, újfajta növényi hulladék használata.

További speciális eset, amikor a hőenergiát nem fűtésre, hanem hűtési célra

használják.

Ezt úgy oldják meg, hogy a rendszert kiegészítik egy abszorpciós hűtéssel,

ekkor már a rendszert trigenerációs berendezésnek nevezik.

Ilyen technológia található a Fővárosi Gázművek telephelyén.

2. A biogáz-termelési technológiák csoportosítása

A biogáz hasznosítására, illetve előállítására több eljárás alakult ki. Az eljárások

mindegyikének közös jellemzője, hogy középpontjában kizárólag a

biogáztermelés áll; ennek mennyiségi és minőségi jellemzőin keresztül

értékelik, minősítik magát az eljárást, a projektet. A bioreaktor egy olyan magas

szintű (csúcstechnológia) technológiai megoldást képvisel, mely zárt

rendszerben képes a szükséges és elégséges feltételeket biztosítani és ehhez

kapcsoltan szabályozni és irányítani a biológiai anyagrendszerben a

gázképződést meghatározó folyamatokat. Ez utóbbi annak eredményeként

valósul meg, hogy a biológiai anyagokból történő gázképződést elősegítő

baktériumok láncreakciószerű szaporodásának feltételeit biztosítja, folyamatát

szabályozza és vezéreli. Összességében és végkimenetelében a bioreaktor

biológiai anyagok (többségében környezetszennyező) környezetharmonikus

átalakítását és feldolgozását végzi egybekapcsolva a bioreaktor működési

térségére méretezett további projektek környezetbarát működésével (Sinóros-

Szabó et al., 2005). A biogáz üzemek kialakításának célja, hogy minél

olcsóbban, minél több és jobb minőségű terméket állítsunk elő, lehetőleg

automatizált módon. A biogáz előállítására szolgáló eljárások az alapanyag

9

minőségében, betáplálásának módjában és gyakoriságában különböznek (Bai,

2007). A biogáz képződése során levegőmentes anaerob körülmények között a

biológiailag degradálható szerves anyagok alkotóelemeikre bomlanak, a

folyamat eredményeként 50%, esetenként 75% metánt, 25-50% szén-dioxidot

és egyéb gázokat tartalmazó gázkeverék képződik (1. ábra) (Méze, 2007). A

biogáz metántartalma hő- és/vagy villamos energiaként, esetleg

bioüzemanyagként hasznosítható, míg a végtermék, az ún. „biotrágya” szerves

trágyaként, öntözésre, vagy talajjavító anyagként alkalmazható (Petis, 2005)

[1].

1. ábra: anyagok lebontása a fermentorban

2.1. A biogáztermelés csoportosításának lehetőségei

Klein és Winter (2000) a biogáz-előállítási eljárásokat három típusra bontotta,

amelyen belül a nedves eljárást további eljárásokra osztotta fel (2. ábra).

10

2. ábra: a biogáz előállításának csoportosítása

Az alapanyag szárazanyag-tartalmát alapul véve a biogáz-előállítás

technológiáját Bai (2007) három csoportra osztotta:

nedves (max. 15%-os szárazanyag-tartalom),

félszáraz (15-30%-os szárazanyag-tartalom),

és száraz (30-35%-os szárazanyag-tartalom) eljárásokra.

A nedves biogázgyártás alapanyaga általában hígtrágya vagy élelmiszer-ipari

szervesanyag-tartalmú folyadék, melyeknek szárazanyag-tartalma 2-8%, és

szervesanyag-tartalma 40-60% között van. Az alapanyagot általában naponta

több alkalommal szivattyúval táplálják be a fermentorba. Az erjesztő-térben az

úszókéreg, valamint a leülepedés megakadályozására szakaszos, vagy

folyamatos keverést kell biztosítani.

A félszáraz biogázgyártási eljárás a felhasznált alapanyag összetételében tér el

lényegében a nedves eljárástól. A fermentorba előre tervezett recept alapján

összeállított anyagot juttatnak. Az anyag konzisztenciáját különböző

mezőgazdasági melléktermékekkel, gyakran szalmával állítják be (Barótfi,

1998).

11

Az utóbbi években figyelhető meg a 30%-nál magasabb szárazanyag-tartalmú

szilárd biomasszát felhasználó száraz eljárás megjelenése hazánkban (3.

ábra), (Bayerisches Landesamt für Umwelt, 2006).

3. ábra: magas szárazanyag-tartalmú biomassza kezelése

Ez utóbbiakat elsősorban az állattenyésztéssel nem foglalkozó gazdaságok

részére fejlesztették ki. A száraz eljárásnál fontos megemlíteni az ún. második

generációs biogáz-előállítási fejlesztéseket, melyeknél a nagy cellulóztartalmú

melléktermékek kierjesztése hatékonyabban és gyorsabban megoldható, mert a

cellulóz lebontását nagy nyomáson és magas hőmérsékleten, vagy enzimek

segítségével végzik. Ez által a főtermék helyett a nagy mennyiségű

melléktermék (szalma, kukoricaszár stb.) használható fel alapanyagként (Kacz,

2009).

Gerardi (2003) a szennyvíztisztításban használt anaerob fermentorok típusait a

baktériumtenyésztés módja, a hőmérséklet és a fermentorok felépítése alapján

osztotta fel (1. táblázat).

12

Gerardi-féle anerob fermentor csoportosítás

1. táblázat

A hőmérséklettől függően három hőmérsékleti tartomány különböztethető meg

(2. táblázat), ahol az eltérő hőmérsékleteken különböző baktériumtörzsek

aktívak (Olessák és Szabó, 1984).

Hőmérsékletek és a hozzájuk tartozó aktív baktériumtörzsek

2. táblázat

Pszichrofil: Fűtést nem igénylő eljárás, használata hazánkban nem jellemző

az éghajlati feltételek miatt. Alacsony baktériumaktivitás, az alapanyagok

hosszú tartózkodási ideje (akár 60 nap) jellemzi.

Mezofil: A leggyakrabban használt hőmérsékleti tartomány. 25 +/-5 nap

tartózkodási idő, viszonylag egyöntetű, könnyebben bomló alapanyagok

esetében.

13

Termofil: A baktériumok tevékenysége gyors, tartózkodási idő 15 +/-2 nap. A

gáztermelés sebessége a termofil zónában 25-50%-kal nagyobb, mint a

mezofil tartományban (Olessák és Szabó, 1984). A baktériumok

érzékenysége nagyobb. Előnye, hogy a magasabb hőmérséklet miatt a

patogén mikroorganizmusok és a féregpeték nagyobb arányban pusztulnak

(Schulz és Eder, 2005). Azonban az anaerob bomlás nem exoterm, hanem

endoterm folyamat, ezért a lebontandó anyagtömeg melegítésére van

szükség, amelynek gazdaságossági hatásai miatt a mezofil lebontás

előnyösebb (Barótfi, 2000). Másik hátránya, hogy a termofil baktériumok

érzékenysége nagyobb (Eder és Schulz, 2006).

A csőfermentorok jellegzetessége, hogy egy térben található az erjesztő és a

gáztároló, általában kisebb tömegű és jól szállítható, létesítése tehát olcsó, de a

függőleges fermentorok előnyei itt hátrányként jelentkeznek. Elsősorban

kisgazdaságokban, alacsony komfortigényű tömegtermelésre alkalmasak (Bai,

2007).

Mezőgazdasági alapanyagokra épülő biogáz üzemek működését tekintve Szij

(2005) szerint két főbb üzemtípus terjedt el a gyakorlatban. Egyik a tartályos

fermentálás, alacsony fermentorokkal, mely főleg vegyes összetételű

hulladékokat használ, nedves biogázgyártási technológia jellemzi, a tartályok

nagy felületűek, mezofil, termofil, vagy kombinált fermentálási ciklus esetében

alkalmazzák (Petis, 2005). Előnye, hogy alacsonyabb beruházási költséget

igényel, hátránya az alacsonyabb hatásfoka. A másik típus a csőfermentor,

mely alacsony, lapos, csőszerű tartály, főleg termofil hőmérsékleten történik a

kezelés, folyamatos üzemben. Előnye a nagyon jó hatásfoka, míg hátránya a

magas beruházási költsége (Szij, 2005).

Gruber (2007) működési mód szerint, azaz alapanyagok feladása és kiürítése

alapján két üzemeltetési típust, folyamatos és Batch-üzeműt különített el (3.

táblázat) [1].

14

Üzemeltetési típusok

3. táblázat

3. A fermentációs technológiák

3.1. Fermentorkialakítás

3.1.1. Álló hengeres, teljesen átkevert bioreaktor tulajdonságai:

Méret: fermentorméret 6.000 m3-ig,

Építés: acélból vagy vasbetonból, talajszint felett vagy részben/egészben

talajba süllyesztve építhető,

Ajánlott: jól keverhető, alacsony vagy közepes szárazanyag-tartalmú

alapanyagokhoz.

Előnyök:

- kedvező fajlagos beruházási költségek,

- többféle működési forma lehetséges (tároló, átfolyó),

- a technológiai elemek javítása a fermentor ürítése nélkül

megoldható,

- gázkupola elhelyezése és abban biológiai kéntelenítés

megvalósítható.

15

Hátrányok:

- nagy fermentorméret esetén a hatékony keverés és biztonságos

befedés nehezen oldható meg,

- "rövidzárlati" áramlás kialakulása esetén az alapanyag egy része

a lebontáshoz szükségesnél rövidebb idő alatt elhagyja a

bioreaktort,

- kéregképződés és kiülepedés veszélye.

3.1.2. Dugóáramú bioreaktorok tulajdonságai:

Méret: 200-800 m3,

Építés: acélból készült fekvő henger (csőfermentor), vagy vasbetonból

készült fekvő téglatest,

Ajánlott: nagy szárazanyag-tartalmú alapanyagok (pl. energianövények)

feldolgozására,

Előnyök:

- hatékony térfogat-kihasználás,

- a lebontási folyamatok lépcsői elkülönülnek az anyagáramban,

- kéregképződés és kiülepedés kialakulása könnyebben

megakadályozható,

- rövidebb tartózkodási idő,

- hatékony fűtés és keverés

Hátrányok

- csak meghatározott méretben gazdaságos,

- a keverőberendezés meghibásodása esetén a fermentort le kell

üríteni,

- magas fajlagos beruházási költségek.

16

3.1.3. Száraz fermentáció tulajdonságai:

Méret: a moduláris kialakítás következtében nincs meghatározott méret,

Építés: acélból vagy vasbetonból épült téglatest alakú kamrák,

konténerek, boxok.

Ajánlott: könnyen rakodható, magas szárazanyag-tartalmú anyagok

feldolgozásárára,

Előnyök:

- alacsony energiaigény a kevés mozgó berendezés miatt,

- alacsony javítási, kezelési költség,

- az alapanyag fűtése nem szükséges.

Hátrányok:

- a technológia kiforratlan, kevés sikeres referencia áll

rendelkezésre,

- szakaszos biogáztermelés,

- a keverés hiánya miatt az alapanyag egy része nem bomlik le,

- a robbanásmentes be- és kitároláshoz hatékony biztonsági

rendszer szükséges [3].

3.2. A fermentáció három fő szakasza:

• Hidrolízis, fakultatív anaerob baktériumok (Bacillus sp., Clostridium sp.) a

makromolekuláris szerves anyagokat kisebb vegyületekre hasítják, egyszerű

cukor, aminosav, zsírsav, glicerin, víz keletkezik.

• Savképződés, anaerob körülmények között, acetogén baktériumok

(esherichia, pseudomonas, clostridium, bacilus) segítségével lezajlanak a

további lebontási folyamatok, szerves savak, alkoholok, aminosavak, CO2, H2

keletkezik. A végtermékekből az ecetsav baktériumok segítségével acetát, CO2,

H2 keletkezik.

17

• Befejező részfolyamat (β-oxidáció) során a metanogén mikroorganizmusok

(archaea-baktériumok) CH4-t, CO2-ot, H2O-et állítanak elő [2].

4. ábra: biogáz-hasznosításra alkalmas nyersanyagforrások csoportosítása

5. Gázmotorok és gázturbinák

A gázmotor néhány kW és néhány MW közötti teljesítményekre képes, tehát a

biogázerőművek igen széles alkalmazási körét lefedi. Gázmotorok helyett a

gázturbinák alkalmazását a biogázerőművekben néhány szempont

indokolhatja. Egészen nagy teljesítményeknél a gázturbina előnyösebb lehet.

Ha a hőigény nagyobb része technológiai gőz, akkor is kedvezőbb a

fűtőgázturbina. Ha a biogáz olyan rossz minőségű, hogy belsőégésű dugattyús

motorban nehezen használható fel, akkor teljesítménytől függetlenül célszerűbb

gázturbinát választani. Az egészen kis teljesítményeknél ekkor

mikrogázturbinák alkalmazhatók (Büki, 2010).

Egyes esetekben a biogázmotorokat konténeres kivitelben érdemes telepíteni

(5. ábra).

18

5. ábra: konténeres biogázmotor

Ezzel még egyszerűbbé válik a helyszíni szerelési munka, valamint a

beruházás létesítése az időjárástól függetleníthető. Egy ilyen konténer

kompletten tartalmazza az alábbi egységeket:

motor-generátor egység,

hőcserélők, kényszerhűtők,

saját villamos energiaellátó rendszer

kapcsoló szekrény a vezérlési és felügyeleti funkciók ellátására,

konténer saját szellőztetési és hangcsillapítási rendszere

szükséges bemeneti és kimeneti vezeték csatlakozások [1].

6. Biogáz üzemek helyzete Magyarországon

A megújuló energiák hasznosítását célzó fejlesztéseket az EU támogatja,

ezáltal itthon is hozzáférhetőek különböző pályázati források (EMVA- Európai

Mezőgazdasági Vidékfejlesztési Alapból, KEOP- Környezet és Energia Operatív

Program).

Magyarországon a Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium (FVM)

által a nagy állattartó telepek korszerűsítésére kiírt pályázat eredményeképpen

megnőtt a biogáz üzemek létszáma. A pályázók 40-70%-os támogatásban

részesülhettek a biogáz üzemek építéséhez. (Hulladéksors, 2008. 6. szám)

19

A nagy állattartó telepek korszerűsítésére kiírt pályázatok kétség kívül

lendítettek a biogázüzem-építés nehézségein, problémák azonban még mindig

jelentkeznek. A nehézséget a gyakorlatban az okozza, hogy a jól előkészített

projekteknek van nagyobb esélyük a források elnyerésére, tehát a tervekkel,

engedélyekkel rendelkező projektek nagyobb eséllyel kapnak támogatást. Ezek

megszerzése viszont idő- és költségigényes.

Rendelkezni kell:

o környezetvédelmi engedéllyel,

o építési engedéllyel,

o amennyiben villamos energia termelése a cél, úgy a kiserőmű hálózatra

csatlakoztatásához szükséges engedélyekkel.

Az első fokon eljáró hatóságok további szakhatóságokat vonnak be

eljárásukba, amelyek újabb és újabb feltételekhez kötik a hozzájárulásukat.

Mindezek megszerzése több mint egy évig is eltartó folyamat, és tízmilliós

nagyságrendű kiadással jár. A magyarországi projektek nagyrészt azért

akadoznak, mert ez az önerő a mezőgazdaságban csak ritkán áll rendelkezésre

(tejtermelő ágazat visszaesése tapasztalható). Tovább bonyolítja a helyzetet,

hogy Magyarországon még ma is újszerű technológiáról lévén szó, nincsen

egységes és mindenhol egyformán alkalmazott menete az engedélyezési

eljárásoknak. [5]

7. Magyarország biogáz potenciálja

A REDUBAR EU kutatási projekt keretében az elméleti biogáz potenciálok a

2006. évre lettek meghatározva. A számítási eljárás bemenő adatait a nyilvános

statisztikákban feltüntetett adatok képviselik (növénytermesztési főtermékek

mennyisége, állatállomány, lakosság száma, stb.) Az egyes

alapanyagtípusokból előállítható biogázmennyiségek a szakirodalmakban

fellelhető fajlagos biogáz-kihozatali mutatószámokra épülnek. Mivel ezek a

mutatószámok minden esetben egy értéksávot fednek le (a keletkező biogáz

20

minősége erősen függ az alapanyag minőségétől és az eljárás típusától), ezért

egy minimum és egy maximum teoretikus potenciálérték került meghatározásra

minden lehetséges alapanyag tekintetében. Ezen bizonytalansági okokból

következőleg a minimum és a maximum értékek közötti sáv jelentősen

ingadozik az egyes alapanyagtípusoknál]

A négy fő, biogáz előállítására alkalmas biomassza-alapanyag a következő

csoportokba sorolt:

növénytermesztési fő- és melléktermékek;

termokémiai kigázosítás alapanyagai;

állattenyésztési melléktermékek;

kommunális hulladékok (ide értendők a települési szilárd hulladékok, a

települési szennyvíz és a szerves ipari hulladékok).

A számítás alapját az egyes biomasszaforrásokból kinyerhető elméleti nyers

biogáz potenciálok képezik. Minden esetben egy, a szakirodalmakra alapozott

minimum és maximum fajlagos, és ebből következő biogázmennyiségek lettek

meghatározva. Az egyes alapanyagtípusokból ez alapján meghatározásra

került az adott biomassza csoportból éves szinten elméletileg kinyerhető nyers

biogáz mennyisége. Ezekhez az értékekhez került hozzárendelésre a DVGW G

262 számú német előírás egyes biogáztípusok metántartalmára vonatkozó

ajánlása, mely alapján meghatározásra került az adott nyers biogázmennyiség

energiatartalma PJ mértékegységben. Ez a metántartalom a technikai előírás

szerint mezőgazdasági típusú üzemeknél 50-85%, szennyvíztisztító telepeknél

65-70% és a települési szilárd hulladékok esetében 40-60%. Az energiatartalom

minden esetben kizárólag a nyers biogázban található metán égéshője alapján

került kiszámításra (37,706 MJ/m3 1013,25 mbar nyomáson és 15 C0

hőmérsékleten). A számítás során meghatározott minimum potenciál az adott

biomassza-alapanyagból termelhető biogáz szakirodalmakban található

minimum fajlagos értékének és a DVGW előírás adott csoportra vonatkozó

minimum metánhányadának figyelembevételével történt. Így ez az érték jelenti

az adott alapanyagtípusból a legkevésbé hatékony eljárással kinyerhető, de

21

elméleti szinten rendelkezésre álló mennyiségeket. Másképpen úgy

fogalmazhatjuk meg, hogy ez a mennyiség bizonyosan kinyerhető lenne, ha

minden biogáztermelésre alkalmas biomassza-mennyiséget csak és kizárólag

biogáz előállítására használnánk fel. Az elméleti maximum érték a fenti logika

alapján került meghatározásra a maximum elméleti fajlagos értékek és a

DVGW előírás maximum metánhányadai alapján. A kapott eredményekből

láthatóvá vált, hogy ez a két érték bizony eléggé távol is állhat egymástól a

nagyfokú bizonytalansági tényezők miatt. Mégis, a minimum értékeket

figyelembe véve számszerűsíthetők azok az arányok, melyek a hazai elméleti

biogáz potenciált jellemzik. Ezt az értéket összevetve a tényleges primer

energia-, illetve földgázfelhasználásunkkal bizonyos következtetések is

levonhatók a további lehetőségek tekintetében [6].

7.1. A növénytermesztési fő- és melléktermékekből származó potenciál

A növénytermesztési termékekből képezhető biogázmennyiség

meghatározásakor a legnagyobb problémát a növénytermesztési főtermékek,

és a tovább nem hasznosított melléktermékek arányának a megállapítása

jelenti. A számítások során a növénytermesztési főtermékek egyáltalán nem

lettek figyelembe véve mint biogáz-alapanyagok. A munkahipotézis szerint

termelhető biogáz csak a melléktermékekből és a célirányosan biogáz

előállítására termelt energianövényekből lehetséges. Növénytermesztési

főtermékként a gabonafélék, a kukorica, a cukorrépa, a napraforgó, a repce, a

burgonya és a lucerna lett figyelembe véve. A növényi főtermékek és a

főtermék mellett képződő melléktermékek számszerű arányaiból került

meghatározásra az a melléktermék-mennyiség, mely biogáz előállítására is

felhasználható. Például a gabonanövényeknél gyakorlatilag közel azonos

mennyiségben keletkezik melléktermék, mint főtermék. Ha ismert tehát a

főtermékek mennyisége, a melléktermék becsülhető. Ismerve annak

szervesanyag-tartalmát, illetve az 1 tonna szerves anyagból előállítható

biogázmennyiséget (kb. 240-400 m3), a potenciál becsülhető. A fenti elvek

22

alapján Magyarországon 2006-ban átlagosan 131 PJ-nak megfelelő

energiatartalmú biogáz lett volna előállítható növényi alapon [6].

7.2. Termokémiai biogáz potenciál

A termokémiai úton termelhető biogáz potenciál meghatározásakor a kiindulási

alapot az ehhez az eljáráshoz alkalmas alapanyagok mennyiségének becslése

jelentette. Ehhez az eljáráshoz elsősorban szilárd halmazállapotú szerves

anyagok vehetők számításba. Az energiahányad becslése itt más számítási

elvet követelt meg. A rendelkezésre álló biomasszában képviselt

energiatartalom került meghatározásra, és nem a belőle származtatott biogázé.

Mivel a növénytermesztésből adódó potenciált már az előzőekben figyelembe

vettük, ezért az erdészetből származó melléktermékek képezik elsősorban ezt a

potenciált. Ehhez számításba kellett venni az erdőgazdaságban éves szinten

kitermelt mennyiségeket, és az ezekből keletkező hulladékok mennyiségét.

Alapanyagként az energetikai célra hasznosított tűzifa-alapanyagot, a

fűrészüzemekből származó fűrészport és a faipari hulladékokat lehet

figyelembe venni. Ezek mennyisége a főtermékek mennyiségéhez is köthető.

Az így előálló fa alapanyagot egy átlagos égéshővel figyelembe véve (15,5

MJ/kg) megkapható a képviselt energiamennyiség. A fenti elvek alapján

Magyarországon átlagosan 39 PJ-nak megfelelő energiatartalmat képviseltek

az erdészetből és a faiparból származó melléktermékek. A számítási elv

értelmében itt 18 minimum érték nem kerülhetett meghatározásra, helyesebben

mondva nullának vehető [6].

7.3. Állattenyésztési melléktermékekből származó potenciál

Az állattartásból származó biomassza potenciál becslése a növénytermesztési

termékeknél is alkalmazott számítási elvre épül. Az ország 2006-os

állatállományából becsülhető az a trágyamennyiség, melyből biogáztermelés

valószínűsíthető. Az állatállománynál a szarvasmarhák, a sertések, a juhok,

birkák, kecskék, a lovak és a szárnyasok lettek figyelembe véve. Ismerve az

23

adott fajta állatállományát, szakirodalom alapján meghatározható az átlagos

napi, illetve az éves folyékonytrágya-mennyiség. Az almos trágya lényegében

kettébontásra került, az állati melléktermék része (folyékony állapotú) itt lett

figyelembe véve, a szalmamennyiség pedig a növénytermesztési

melléktermékeknél. Ismerve az alapanyag minőségét, meghatározható az 1 m3

folyékony trágyából származtatható átlagos biogáz mennyisége (kb. 4,5-6,5

m3). A számítás alapján Magyarországon átlagosan 7 PJ energiatartalomnak

megfelelő állati trágya állt rendelkezésre [6].

7.4. A kommunális hulladékokból származó potenciál

A kommunális hulladékoknál három alcsoport került kialakításra. A települési

szennyvízmennyiségből származtatható biogázmennyiség meghatározásakor

abból a feltételezésből célszerű kiindulni, hogy az a szennyvízmennyiség

vehető alapul a számításokhoz, mely a kommunális szennyvízrendszeren

keresztül a szennyvíztisztító telepekre juthat. Természetszerűleg a kommunális

szennyvíz nagy hányada nem kerül a szennyvíztelepekre, általában megfelelő

mechanikai tisztítás után az élővizekbe jut. További problémát vet fel, hogy a

szennyvíziszapot több mint 50%-ban megfelelő kezelés után általában a

települési hulladéklerakóban helyezik el, amiből szintén biogáz képződik. Ez a

kérdés úgy hidalható át, hogy a szennyvíziszapot a szennyvíztelepekből

nyerhető elméleti biogázhozamok meghatározásánál kell figyelembe venni, és a

szeméttelepi depóniagázok mennyiségénél már nem kerül be a számításba.

Elméleti szinten a két potenciál a főösszesítés során úgyis összeadódik.

A számítás során a teljes, potenciálisan kiaknázható elméleti

szennyvízmennyiség került figyelembevételre. A szennyvíztelepre két módon

kerülhet az alapanyag, a közcsatornán keresztül és közúti szennyvízszállító

autókkal. Ha ismerjük azon lakások arányát, melyek szennyvízrendszerrel

ellátottak (komfortfokozat), ismerjük az ország lakosainak számát, a 19 lakos

egyenértékre (LE) jutó napi csatornaiszap mennyiségét (0,10-0,14 kg/nap•LE)

és a fajlagos biogáz-kihozatalt (310-740 m3/tonna szerves szárazanyag), akkor

24

a keletkező nyers biogázmennyiség meghatározható. A fenti gondolatsor

alapján Magyarországon 2006-ban átlagosan 6 PJ energiatartalomnak

megfelelő kommunális folyékony hulladék állt rendelkezésre. A kommunális

hulladéklerakókban képződő biogázmennyiség meghatározása a

legproblematikusabb. A biogáz ugyanis nem egyenletes ütemben szabadul fel a

lerakott szerves anyagokból, hanem hosszú évek, sőt évtizedek alatt a lerakó

életciklusának megfelelő intenzitással. Eközben a működő telepekre újabb és

újabb depóniamennyiség kerül feltöltésre. A számítás így nem oldható meg

egzakt módon. Egyszerűbb az eset, ha már egy lezárt, ismert korú, ismert

összetételű és térfogatú hulladéklerakóban kell meghatározni a várható

keletkező biogázmennyiségeket.

További problémát jelent, hogy a hulladéklerakókban az eltelt évek alatt

tömörödik az alapanyag, a sűrűsége akár az ötszörösére is növekedhet (egy

újonnan lerakott telepnél a hulladék tömörsége 0,2 tonna/m3-re tehető, míg egy

több évtizede működő lerakóban akár 1,5 tonna/m3 is lehet). Ebből

egyértelműen következik, hogy az egységnyi térfogatból kinyerhető biogáz

mennyisége sem határozható meg pontosan. A felsorolt indokok alapján a

települési szilárd hulladékból csak az egy év alatt felhalmozódó, hosszú évek

alatt kinyerhető potenciális biogázmennyiség becsülhető meg egzakt módon.

Mivel a lerakott hulladékban jelenleg is keletkezik biogáz, és a most lerakott

hulladékból az elkövetkező években is keletkezni fog, ezért joggal alkalmazható

az az egyszerűsítő feltételezés, hogy megközelítőleg annyi biogáz keletkezik

évente, mint amennyi felhalmozódik. A feltételezést továbbá az is alátámasztja,

hogy a lakossági szektorban az egy főre jutó hulladék mennyisége az elmúlt

évtizedben és jelenleg sem mutat igen jelentős növekedést. Ezzel a módszerrel

a kiaknázható biogáz mennyisége a lakos-egyenértékek alapján jó közelítéssel

becsülhető. Az elméleti potenciál meghatározásához csupán az ország

lakosainak számára, a szemétszállítás arányára, az egy lakosra jutó éves

szemétmennyiségre és a szemét átlagos szervesanyag-tartalmára van

szükségünk. A szervesanyag-tartalom Nyugat-Európában kb. 20-25%, míg a

közép-kelet-európai országokban akár 40% is lehet! Egy tonna lerakott szerves

25

anyagból 240-400 m3 biogáz termelődése feltételezhető. Magyarországon a

szemétszállítás aránya kb. 95%-nak vehető a lakosság és a kommunális

létesítmények körében. Egy lakos egyenértékre kb. 1,0-2,5 m3-nyi termelt

szilárd hulladék jut évente. Az előzőek alapján 2006-ban átlagosan 42 PJ

energiatartalomnak megfelelő szilárd hulladék állt rendelkezésre

Magyarországon. A harmadik csoportot az ipari szennyvíz, az élelmiszeripari

hulladékok és az egyéb szervesanyag-tartalmú hulladékok képezik. Pontos

adatok hiányában ennek a csoportnak a potenciális energiatartalma csak

nagyon felületesen becsülhető meg. A számítás abból a feltételezésből indult ki,

hogy ez nem jelentősebb mennyiség, mint a lakossági szennyvíziszap 25%-a. A

napi becsült ipari szervesanyag-tartalmú alapanyag mennyiségének, és

szervesanyag-hányadának ismeretében a biogáz-kihozatal (240-400 m3/tonna

sz.a.) számítható. Magyarország vonatkozásában ez átlagosan 0,5 PJ

energiának feleltethető meg éves szinten.

A biomassza forrás típusa Átlagosan

1 Növénytermesztési melléktermékek 131,32 PJ

2 Erdészeti melléktermékek (termokémiai

kigázosításhoz)

39,22 PJ

3 Állattenyésztési melléktermékek 3,72 PJ

4 Szennyvíziszap 5,91 PJ

5 Szerves ipari hulladék 0,42 PJ

6 Kommunális szilárd hulladékok 42,25 PJ

összesen 222,84 PJ

25Mj/m3 felső hőértékű nyers biogázban

kifejezve

8914 millió m3

39 MJ/m3 felső hőértékű földgáz

egyenértékben kifejezve

5714 millió m3

4. táblázat: Magyarország elméleti teoretikus, biogáz előállítására alkalmas biomassza

potenciálja 2006-ra vonatkoztatva

26

Hasonlítsuk össze a kapott elméleti értékeket a magyar szakemberek által

becsült hazai biomassza, illetve biogáz potenciál értékekkel! Magyarország

primerenergia igénye 2006-ban 1034 PJ volt a British Petrol statisztikája szerint.

Ez az energiamennyiség (átlagértéket figyelembe véve) a magyar

primerenergia igényeknek 21,5 %-át lenne képes fedezni (5. táblázat). A hazai

éves földgázigényt alapul véve azonban ez 47,1 %-ra adódik! (6. táblázat) A

21,5 % önmagában nem tűnik túl jelentős értéknek, de ha összevetjük ezt

Csehország, Németország, Görögország, Litvánia és Lengyelország adataival

(a REDBUAR konzorciumban szereplő országok), szembetűnő Magyarország

kiemelkedő lehetősége a biomassza, illetve biogáz alapú energiatermelés

területén! A (5. táblázat) táblázatban szereplő országok biogázelőállításra

alkalmas biomassza potenciáljának becslése a Magyarországnál bemutatott

elvek alapján történt [6].

Primer energia Biomassza

potenciál (átl.)

Ország [Mtoe] [PJ] [PJ] [%]

Csehország 43,5 1821,3 171,6 9,4

Németország 328,5 13753,6 1390,5 10,1

Görögország 35,2 1473,8 120,2 8,2

Magyarország 24,7 1034,1 222,8 21,5

Litvánia 8 334,9 56,9 17

Lengyelország 94,5 3956,5 483 12,2

Összesen 808,9 33867

5. táblázat: Az átlagos elméleti biogáz előállítására alkalmas biomassza potenciál aránya

az egyes országok primerenergia mérlegéhez viszonyítva

27

Földgázfelhasználás Biomassza

potenciál (átl.)

Ország [Mtoe] [PJ] [PJ] [%]

Csehország 7,6 318,2 171,6 53,9

Németország 78,5 3286,6 1390,5 42,3

Görögország 2,9 121,4 120,2 99

Magyarország 11,3 473,1 222,8 47,1

Litvánia 2,9 121,4 56,9 46,8

Lengyelország 12,3 515 483 93,8

Összesen 808,9 33867

6. táblázat: Az átlagos elméleti biogáz potenciál aránya

az egyes országok éves szintű földgáz felhasználásához viszonyítva

7.5. Következtetés

A számok egyértelműen mutatják, hogy a hazai biomassza potenciál

kiaknázása jelentős tartalékokat rejt még magában, és az elméletileg

rendelkezésre álló potenciáljaink az ország által felhasznált primer energia

mérlegével összevetve előkelő helyet adnak más európai országokkal

szemben. Másrészt látható az is, hogy a ténylegesen hasznosított

biogázmennyiségek jelentősen elmaradnak nemcsak az ország lehetőségeitől,

hanem az európai átlagtól is. A Gazdasági és Közlekedési Minisztérium által

2020-ra szorgalmazott érték még mindig nem közelíti meg eléggé a biogáz

alapú, ténylegesen hasznosítható mennyiséget. Fokozott figyelemmel kell lenni

tehát az ország energiastratégiájának kialakításakor a biomasszában, illetve a

biogázban rejlő potenciális lehetőségeinkre.[6]

8. Működő üzem bemutatása

A továbbiakban a hajdúböszörményi biogáz üzemet és annak fejlesztési

lehetőségeit szeretném bemutatni.

28

Az üzem létesítésének okát a Béke agrárszövetkezet szarvasmarha- és

sertéstelep jelenléte, illetve a 6000-6500 hektár termőföld illetve a növény

termesztés melléktermékeinek fel nem használása adta. Ezzel az üzemmel és

így zöld energia előállításával nagy lépést tettek egy modern mezőgazdasági

szisztéma felépítése felé. A biogáz üzem közvetlen szomszédjában helyezkedik

el 2 sertéstelep is, ahol közel 700+650 anyakocát tartanak, és megközelítőleg

évente 23000 db sertést bocsátanak ki. A közeli szarvasmarhatelep létszáma

pedig 2000 db fejőstehenet számlál.Így a biogáz telep képes évente 4-4,5 MWh

áramot termelni 2,5 millió m3/év biogázból, amely elegendő lenne 1200

háztartás energiaigényét kielégíteni. Ennek a 2 telepnek az egyik

mellékterméke a sertés-,illetve marhahígtrágya, amelyek hatalmas mennyisége

indokolta az üzem létesítését.

A telepet 5 fő részre szeretném bontani és bemutatni

1. Előkeverő, tároló medence

2. Fermentorok

3. Szeparátor medence

4. Utótároló tartályok

5. Gázmotor

Előkeverő medence:

A két szomszédos telepről csővezetékeken érkezik a hígtrágya, amelyet egy

300 m3-es előkeverő, tároló

medencébe (6. ábra)

engednek, körülbelül

naponta 150 m3-t. Ehhez

jön még a száraz

alapanyag is (szilázs,

szenázs, almos trágya,

siló), illetve a közeli

sajtgyárból 25-30 m3 tejsavó és sajtgyári iszap. 6. ábra: előkeverő medence

29

A száraz alapanyagot egy

darálón (7. ábra)

keresztülengedik a

keverőtartályba, hogy megfelelő

állandókeveréket kapjunk.

7. ábra elő: daráló

A keverőből egy csigaszivattyú áramoltatja a fermentorokba az alapanyagot és

az automata számítógép-vezérlés nyitja és zárja a megfelelő fermentor input

csonkját. Így biztosítva a 3 fermentort, friss anyaggal.

Fermentorok

A fermentor egy speciális álló hengeres kialakítás, beton talapzaton, zárt

trapézlemezes burkolattal és merevlemez tetőburkolással. Így a gázzsák és a

fermentációs tér teljesen védve van a környezeti ártalmaktól, de ellenben a

gázzsák mérete így limitálva lett. A tartályban

szükséges a megfelelő keverés, amivel az egész

fermentátum megmozgatható. Jelen esetben egy

turbina lapátos keverő (9. ábra) helyezkedik el a talajtól

1,5 m-re, azzal párhuzamos tengellyel. Illetve található

egy nagyteljesítményű vágókéses szivattyú (8. ábra) is

a tartályon, amely a fermentátum felső rétegeiből visz

anyagot a alsó rétegekre, így biztosítva hogy a

fermentátum felszínén ne álljon össze a szárazanyag

és ne képezzen dugót. Tehát lényegében a keverés 2

irányban történik, ami megmozgatja az egész tartály tartalmát.

8. ábra

30

Mind a három fermentor

mellett található egy

mintavételező és

fűtésszabályzó helyiség.

Itt a gáztérből tudnak

mintát venni

laborvizsgálat céljából.

9. ábra

A tartályban található padló- és palástfűtés (10. ábra), amely állandó 35-39

Celsius-fokon, úgynevezett mezofil hőmérsékleten tartja a fermentációs

közeget. Magasabb hőmérséklettel gyorsabb lenne a folyamat és produktívabb,

de a gázkazán nem elég nagy teljesítményű. Sajnos a padlófűtés 2012-ben

meghibásodott, szerelése pedig túl drága lenne, így a palástfűtést bővítették ki.

Most 96 db műanyag cső fűti a tartályt, melyekben egy keringető szivattyú

mozgatja a vizet.

10. ábra: palástfűtő

A fermentorban nagyon fontos további művelet a biogáz kéntelenítése, melynek

számos módja van. Jelen esetben, mint a legtöbb mezőgazdasági biogáz

üzemnél, biológiai kéntelenítést alkalmaznak. Ennek lényege, hogy a

kénhidrogént, (S2O) levegő beadagolása mellett, aerob mikrobák segítségével

a fermentor gázterében alakítják át elemi kénné. Ebben az esetben a mikrobák

szaporodását a bejuttatott levegő mennyiségével lehet szabályozni. Mivel a

biogáz a levegő komponenseivel (nitrogén, oxigén) hígul, a szabályozás nem

31

lehet tökéletes, de ez nem jelent nagy problémát a kapcsolt villamos- és

hőenergia-termelő egység gázmotorjai számára (Kovács et al., 2009).

A biológiai kéntelenítés megvalósítható magában a fermentorban, vagy az

onnan történő gázelvezetés során önálló biológiai reaktorban. Ezeknél az

eljárásoknál először a kénfrakció kerül kivonásra a biogázból, mikrobiálisan

elemi kénné alakul át, ami végül oxidálódik, és a folyamat lezárul (Bai, 2007).

Jelen esetben a vizsgált üzemnél a fermentorban történik a kéntelenítés

folyamata légbefúvással (11. ábra).

Lejátszódó reakció:

H2S + 0,5 O2 =H2O + S

11. ábra: légbefúvó és rotaméter

Továbbá kénfogó hálót (12. ábra) is alkalmaznak a tartályban, ami egyfajta

bakteriális úton köti meg a ként. A biológiai kéntelenítést végző baktérium

törzsek (Thiobachillus, Sulfolobus, Thiobacterium, Macromonas, Thiovulum,

Thiospira) a kénfogó hálón helyezkednek el.

32

12. ábra: kénfogó háló

Speciális esetekben, amikor a fent említett kéntelenítő módszerek nem oldják

meg a problémát, vegyszeres kezelést végeznek el a fermentátumon. A

felhasznált vegyszer 40 %-os vas-klorid (FeCl3), ami egy erős maró, roncsoló

hatású szer. Használata egyszeri drasztikus beavatkozáskor szükséges.

Szeparátor medence

Az egyes fermentorok „etetése” során a tartályba került új alapanyaggal

egyenlő mennyiségű fermentátum jut ki a tartályból egy túlfolyón keresztül.

Ezután egy 600 m3-es nyitott medencébe (13. ábra) kerül a híg anyag, ahonnan

egy szeparátor száraz anyagra és úgynevezett barnavízre bontja szét azt.

A szeparált száraz anyagot (14. ábra), ami naponta 130-140 mázsa a

szomszédos marhatelepre szállítják, és ott alomként hasznosítják.

13. ábra: szeparátor medence

33

14. ábra: száraz szeparátum

Utótároló tartályok

A telepen 3 darab 5000 m3-es tároló (15. ábra) található, mely a szeparátorból

kikerülő híg anyagot, „barnavizet” tárolja. A szabályozások miatt kötelező

jelleggel minimum 3 hónapi barnavíz tárolására alkalmas egységnek kell lennie

az üzemben.

Ennek az előnye, hogy a földekre szánt híg anyagot a környezettől teljesen el

lehessen zárni. A barnavíz tökéletes a földekre a műtrágyázás csökkentése és

almos trágyázás helyett, mellesleg kevésbé szennyezi a környezetet is.

A tárolótartályokat mielőtt leürítik, alaposan át kell keverni, hogy itt is elkerüljük

az anyag rétegződését. Erre a feladatra szolgál egy egyszerű turbinakeverő.

15. ábra: utótároló

34

Gázmotor

Az üzemben egy Janbacher típusú 637 KW teljesítményű konténeres

kialakítású, gázmotorban (16. ábra) történik a gáz villamos energiává alakítása.

Ez a megvalósítás segíti a motor gyors beépítését rendszerbe, egyszerű

szervizelni és esetleg szállítani. Napi szinten 12-13 MWh áramot termel, amely

elég az üzem fenntartására és arra is, hogy a villamos hálózatba

visszatermeljen. A biogáz, amit a fermentorból nyernek, még nem megfelelő

arra, hogy a motorban elégessék. Elsősorban a földben futó földvezetékek

segítségével elkezdik hűteni a gázt, majd közvetlenül a motor előtt egy nagy

teljesítményű gázhűtő berendezés lehűti azt 1-2 C°-ra. Ezen a ponton a gáz

víztartalma jelentősen csökken. Ezután a gázt sűrítik a motor számára.

A motor működés nagyban függ a gáz kéntartalmától, ezt ha lehet, teljes

mértékben el kell távolítani a gázból. A többi elem, a szén-dioxid (CO2) és némi

vízgőz (H2O) már nem jelentős az 55-57%-os metán (CH4) tartalmú gázban. A

motorban így is fel lehet használni. A kén-hidrogén-, szén-dioxid- és

metántartalmát a biogáznak folyamatosan figyelik, és a PLC vezérelt

számítógép azonnal jelez, esetleg vészleállítást végez. Az állandó minőségű

gáz eléréséhez olyan tényezőkre is oda kell figyelni, mint az alapanyag

mennyiségének és minőségének állandósítása. Hetente egyszer pedig

laboratóriumi vizsgálat alá veszik a biogázt, így is biztosítva a minőséget.

16. ábra: gázmotor

35

Érdemes megjegyeznem, hogy energiaspórolás céljából az üzemben végzett

munkálatok többnyire éjszaka történnek a völgyidőszakban. Értem ez alatt az

előkeverőbe rakást, annak keverését, a fermentorok etetését. A motor

működtetése és ezáltal a villamosáram-termelés a csúcsidőszakban több, mivel

ekkor az áramot drágábban lehet eladni.

Napszakok Téli időszámítás Nyári időszámítás

Csúcsidőszak 06-22 óra között 07-23 óra között

Völgyidőszak 22-06 óra között 23-07 óra között

Mélyvölgy időszak 01:30-05:00 között 02:30-06:00 között

7. táblázat

A motor kihasználtsága pedig a következőképpen alakul:

A gázmotor a 2014-es éves beszámoló alapján 8409 üzemórát működött, ez

KÁT rendszerben lebontva 4013 óra csúcsidőszakban, 3157 óra

völgyidőszakban és 1239 mélyvölgy időszakban. Ez annyit jelent, hogy az év

365 napjának 8760 órájában 8409 órát üzemelt a gázmotor. Az év azon 351

órájában, amikor nem üzemel a motor, a kötelező karbantartásokat végzik,

illetve gazdasági megfontolásból nem indítják be azt. A mélyvölgy időszakban,

ami a téli időszámításban 01:30-05:00, a nyáriban pedig 02:30-06:30 a villamos

áram átvételi ára kicsi. Így általában a motor szabályozva, vagy leállítva van

ebben az időszakban. Az ilyenkor keletkező biogázt pedig a gázzsákban

tárolják.

36

A motor kihasználtsága így:

kmotor = (tösszes1 / tőév) • 100 % = (8409 / 8.760) • 100 % = 95,99 %

A gázmotorok becsült élettartama 60.000 üzemóra, amely elérhető megfelelő

karbantartás mellett, így az üzem motorjának élettartama:

tmotor = tmotormax/ tösszes1 = 60.000 / 8.409 = 7,1 év

9. A biogáz üzem energetikai jellemzője

9.1. A bevitt alapanyagok ismertetése

A 2014-es évi beszámoló alapján vett alapanyag-mennyiségek

Növényi eredetű alapanyagok

Anyag

megnevezés

Mennyiség [t/év] Szárazanyag-

tartalom [%]

Gázpotenciál

[m3/t]

Értékcsökkentett

siló

1 141,3 40-45

Siló 574,42 45-50 200

Szeparátum 2 892

Fű szenázs 2 21,7 55-60 175

Értékcsökkentett

fű szenázs

393,6 40-45 180

Lucerna szenázs 399,3 55-60 180

Repce szenázs 150,8 55-60 160

Kukorica siló 32,7 45-50 210

Kukoricacsuhé 10 100

Porlás 19,94

8. táblázat

37

Állati eredetű alapanyagok

Anyag

megnevezés

Mennyiség Szárazanyag-

tartalom [%]

Gázpotenciál

[m3/t]

Marhatrágya (híg) 37 830 m3/év 9-12 80

Marhatrágya 173,2 t/év 25-30 200

Sertéstrágya (híg) 17 349 m3/év 9-12 120

Almos

sertéstrágya

1 520,9 t/év 30-35 350

9. táblázat

Tejipari melléktermékek

Anyag megnevezés Mennyiség [m3/év]

Savó 3 642

Iszap 4 275

10. táblázat

Kéntelenítés céljából hozzáadott vas-klorid

Anyag megnevezés Mennyiség [l/év]

Vas-klorid (FeCl3) 183,901

11. táblázat

Tehát az összes input anyag

- 37 481,26 t/év száraz anyag

- 63 096 m3/év híg anyag

- 5183,901 l/év vas-klorid

38

Összesen tehát körülbelül 7.492,560 t/év száraz anyagot és 63.096 m3/év híg

anyagot használnak fel évente. Ez lebontva napi szintre 20.527 kg/nap száraz

anyagot és 172.8 m3/nap híg anyagot jelent.

9.2. Az üzem kapacitása

Az alapanyagokat átváltottam egységesen t/év-re a könnyebb számolás

érdekében.

Sertéstrágya (híg) 17 349 m3/év 12 144,3 t/év

Marhatrágya (híg) 37 830 m3/év 30 264 t/év

Savó 3 642 m3/év 2 185,2 t/év

Iszap 4 275 m3/év 2 565 t/év

12. táblázat

(sertéshígtrágya: 0,7 t/m3 , marhahígtrágya: 0,8 t/m3 , savó, iszap: 0,6 t/m3 )

Tehát:

összes alapanyag tömege: m összes alapanyag: 54 688,36 t/év

motor éves óraszáma: 8409 óra/év

A biogáz erőmű óránkénti alapanyag-feldolgozó képessége, kapacitása:

ṁa= m összes alapanyag / t összes= 54 688,36 / 8409 = 6,503 t/óra ≈ 6,5 t/óra

39

9.3. Alapanyag-betáplálás eloszlása a 2014-es évben

17. ábra

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Sertés Trágya (híg) [m3]

Marha trágya (híg) [m3]

iszap [m3]

savó [m3]

porlás [q]

Almos sertés trágya [q]

Repce szenázs [q]

csemege siló [q]

Siló kukorica [q]

Csemege csuhéj [q

marha trágya [q]

Lucerna szenázs a terményüzemböl [q]

luc szen [q]

Érték csökkent fű szen [q]

fű szenázs [q]

szeparátum [q]

siló [q]

Érték csökkent siló [q]

40

A diagramon (17. ábra) látható, hogy mennyire függ az alapanyag összetétele a

mezőgazdasági időszakoktól. A szárazanyag-tartalom folyamatosan növekszik

a tavaszi és nyári időszakokban, ami a fokozott mezőgazdasági munkálatokkal

függ össze. Fontos a stabil állandó összetétel elérése, ez nehezebb, mint

gondolnánk, ha ennyiféle alapanyag kerül a fermentorokba. Ezért állandó

laboratóriumi vizsgálatokat kell eszközölni, illetve folyamatosan figyelni kell a

keletkezett biogáz kémiai összetételét.

A fent említett mennyiségek a biogáz üzem majdnem maximális, 96%-os

kihasználtsága mellett érvényesülnek.

9.4. A keletkezett biogáz mennyisége

Hónap Termelt biogáz [GJ] Termelt biogáz [m3]

Január 2 848,098 129 459

Február 2 685,694 122 077

Március 3 657,72 166 260

Április 4 550,172 206 826

Május 4 661,734 211 897

Június 4 207,61 191 255

Július 4 271,74 194 170

Augusztus 3 967,986 180 363

Szeptember 3 919,146 178 143

Október 4 438,852 201 766

November 4 485,646 203 893

December 4 174,082 189 731

Összesen 47 868,48 2 175 840

13. táblázat

41

Tehát napi szinten 5 961,2 m3 ≈ 6 000 m3/nap, óránként pedig 250 m3 biogáz

keletkezik.

9.5. A biogázból termelt hő és villamos energia és annak felhasználása

Hónap Termelt

hő

energia

[GJ]

Termelt

villamos

energia

[MWh]

Technológiai

célra villamos

energia [MWh]

Önfogyasztásra

villamos energia

[MWh]

Eladott

villamos

energia

[MWh]

Január 477 234 40,226 42,884 193,774

Február 474 220,5 39,586 40,255 180,914

Március 703 303,3 52,143 52,632 251,157

Április 698 407,3 60,254 60,426 347,046

Május 710 415,6 59,861 60,685 355,739

Június 683 373,7 58,375 59,198 315,325

Július 699 375,7 62,362 62,702 313,338

Augusztus 715 359,1 59,208 59,778 299,892

Szeptember 588 359,9 48,809 50,134 311,091

Október 717 401,2 59,519 59,821 341,681

November 691 412,2 56,929 57,156 355,271

December 0 378,6 56,742 57,124 321,858

Összesen 7155 4 241,1 654,014 662,795 3 587,086

14. táblázat

A biogáz üzem 2014-ben 2 175 840 m3 gázt állított elő, ami napi 5 961,2 m3 és

óránkénti 248,38 m3.

42

A termelt villamos energia eloszlása:

e tech célra = (t tech célra / e össz) • 100 % = (654,014 / 4241,01) • 100 % = 15,42 %

e önf célra = (t önf célra / e össz) • 100 % = (662,795 / 4241,01) • 100 % = 15,62 %

e elad célra = (t elad célra / e össz) • 100 % = (3587,086 / 4241,01) • 100 % = 84,57 %

18. ábra: termelt villamos energia eloszlása felhasználás terén

Értékelés az elemzés után

Jelen esetben az üzem a villamos energia eladásából származó bevételre

támaszkodik. Az ideális biogáztelep képes a képződött biogáz és biotrágya

közvetlen felhasználására. A biogáz felhasználásával nyert energia elég a

biogáz üzem, illetve a szomszédos sertéstelep fűtésére, melegvíz-ellátásra.

Jelen esetben az üzemmel az a gond, hogy a megtermelt hőenergia nagy

részét nem használja fel, kárba vész. Ennek megoldása sajnos még csak

terveken szerepel.

Termelt villamos energia [MWh]

Technologiai célra [MWh]

Önfogyasztásra [MWh]

Eladott villamos energia [MWh]

43

10. Az előállított energia értékesítése

Az üzemben előállított és saját felhasználás után megmaradó villamos energia

éves mennyisége: 3 587,086 MWh/év

Az üzemben előállított és saját felhasználás után megmaradó villamos energia

éves mennyisége: 3 587,086 kWh/év. A MAVIR ZRt. mint átviteli és

rendszerirányítói engedélyes, a villamos energiáról szóló 2007. évi LXXXVI.

törvény (továbbiakban: VET) 21. § (1) bekezdése alapján kötelező átvételi

mérlegkört (a továbbiakban: KÁT mérlegkör) hozott létre és ezt 2008. január 1-

től működteti. A VET alapján a MAVIR ZRt. mint KÁT mérlegkör-felelős feladata

az átvételi kötelezettség alá eső villamos energia befogadásával és

továbbításával kapcsolatban az átvételi kötelezettség alá eső villamos energia

elszámolására létrehozott mérlegkör működtetése, kiegyenlítése, valamint a 13.

§ (1) bekezdésében meghatározott mérlegkör-felelősök által kötelezően

átveendő villamos energia mennyiségének a jogszabályi előírások szerint

történő meghatározása, szétosztása és elszámolása, továbbá az átvételi

kötelezettség alá eső villamos energia egy meghatározott részének szervezett

villamosenergia-piacon történő értékesítése. Az átvételi kötelezettség alá eső

villamosenergia-termelő (a továbbiakban értékesítő), amennyiben az egyéb

jogszabályi feltételeknek megfelel, jogosult a KÁT mérlegkörbe csatlakozni. A

KÁT mérlegkör tagok kötelesek az átvételi kötelezettség alá eső villamos

energiának az átviteli rendszerirányító által történő szétosztásáról és a

szétosztás során alkalmazható árak meghatározásának módjáról szóló

63/2013. (X. 29.) NFM rendelet 2. §-ban meghatározottak szerint menetrenddel,

ill. zónaidőnként prognosztizálni a KÁT mérlegkört érintő havi, ill. éves

termelésüket. A mérlegkör tagok termelési tény adatait a KÁT mérlegkör-felelős

havi rendszerességgel publikálja, a termelési tényadatok és a benyújtott

menetrendek alapján a mérlegkör-felelős meghatározza az értékesítők

menetrend-eltéréseit, illetve hiányát, továbbá ezek alapján szabályozási pótdíjat

számláz az értékesítőknek. A VET arra kötelez minden mérlegkör-felelőst, hogy

az átviteli rendszerirányítóval kötött szerződés alapján, valamint a külön

44

jogszabályban foglaltaknak megfelelően – a felhasználó(i) részére értékesített

villamos energia arányában – átvegyék a külön mérlegkörben elszámolt

villamos energiát. (A hálózati engedélyesek hálózati vesztesége, az egyetemes

szolgáltatók egyetemes szolgáltatás keretében értékesített villamosenergia-

mennyisége, valamint az egyetemes szolgáltatónak nem minősülő

villamosenergia-kereskedő egyetemes szolgáltatásra jogosult felhasználónak a

VET 13. § (2) bekezdése szerint értékesített villamosenergia-mennyisége – a

VET 13. § (3)-(4) bekezdések figyelembevételével – nem számít bele az átvételi

kötelezettség alá eső villamos energia szétosztási arányába.) A MAVIR ZRt.

mint KÁT mérlegkör-felelős mérlegkör tagsági szerződést köt az átvételi

kötelezettség alá eső villamos energia termelőivel. A KÁT mérlegkör-felelős a

mérlegkör tagsági szerződés, illetve a vonatkozó jogszabályok alapján,

hatósági áron vásárolja fel az értékesítők által termelt villamos energiát. Az

értékesítők számára a tervezett menetrend és a megvalósult ténytermelés

adatait alapul véve szabályozási pótdíjat számláz. A megvásárolt villamos

energia az átvételre kötelezett mérlegkör-felelősöknek meghatározott átvevői

áron kerül érékesítésre. Az allokáció során a KÁT mérlegkör-felelős egy a havi

menetrendnél alacsonyabb mennyiségben meghatározza az átvételre kötelezett

mérlegkör-felelősök által kötelezően átveendő energia mennyiségét,

partnerenként figyelembe véve az egyes átvételre kötelezett mérlegkör-

felelősök százalékos arányát a teljes hazai szabadpiaci (egyetemes

szolgáltatáson kívüli) fogyasztásban. Az átvevői árban csökkentő tényezőként

szerepel többek között a szabályozási pótdíj kirovásával beszedett összeg, a

szervezett villamosenergia-piacon történő értékesítésből származó bevétel,

árnövelő tényezőként szerepel viszont – többek között – a mérlegkörre

vonatkozó felszabályozás költsége, a HUPX technikai költségei, és a MAVIR

ZRt. e tevékenységével felmerült likviditási költség. A MAVIR ZRt.-nek a

mérlegkör működtetése során sem kiadása, sem bevétele nem lehet ebből a

tevékenységből. A KÁT mérlegkör-felelős a mérlegkörbe termelt értékesítők

adatairól, a szervezett villamosenergia-piaci értékesítésről, illetve az allokációról

a rendeletben meghatározottak szerint tájékoztatja a nyilvánosságot és a

Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatalt. A leírtak alapján a KÁT

45

mérlegkör-felelősnek a mérlegkör működtetése során összetett, egymáshoz

szervesen kapcsolódó folyamatokat szükséges kezelnie a 69 jogszabály

meghatározott keretrendszerén belül. A KÁT mérlegkör-felelős MAVIR Zrt.

2013. november 29-én nyilvános fórumon ismertette a KÁT mérlegkör új

működési logikáját a partnerekkel.

A villamos energiáról szóló 2007. évi LXXXVI. törvény és a megújuló

energiaforrásból vagy hulladékból nyert energiával termelt villamos energia,

valamint a kapcsoltan termelt villamos energia kötelező átvételéről és átvételi

áráról szóló 389/2007. (XII. 23.) Korm. rendelet (KR.) alapján az egyes

napszakok (zónaidők) időtartamát munkanapokon: – a mindenkor érvényes

(közép-európai) időszámítás (a továbbiakban: téli időszámítás), valamint – a

külön jogszabály szerint elrendelt nyári időszámítás tartama alatt a

következőképpen kell figyelembe venni [7]

Napszakok Téli időszámítás Nyári időszámítás

Csúcsidőszak 06:00-22 óra között 07:00-23 óra között

Völgyidőszak 22:00-06 óra között 23-07:00 óra között

Mélyvölgy időszak 01:30-05:00 között 02:30-06:00 között

15. táblázat

Nem munkanapnak számító napokon az egyes napszakok (zónaidők)

időtartamát a következőképpen kell figyelembe venni:

Napszakok Téli időszámítás Nyári időszámítás

Völgyidőszak 06:00-1:30 óra között 07-2:30 óra között

Mélyvölgy időszak 01:30-06:00 óra között 02:30-07:00 között

16. táblázat

A kötelező átvételű villamos energia átvételi árai (ÁFA nélkül) a megújuló

energiaforrásból, illetve a hulladékból nyert energiával termelt villamos

energiára vonatkozóan, HUF/kWh

46

csúcsidőszak völgyidőszak mélyvölgy időszak

20 MW vagy annál

kisebb erőműben

(kivéve: naperőmű)

termelt (2014-ben)

35,91 HUF/kwh 32,14 HUF/kwh 13,11 HUF/kwh

17. táblázat

10.1. Bevétel a villamosenergia-eladásból

18. táblázat

Tehát az üzem 2014-ben 117601,733 e Ft értékben értékesítette az előállított

villamos energia 87,57 %-át.

Üzemóra csúcsidő völgyidő mélyvölgy

idő

Árbevétel

Január 654 98,994 71,541 23,239 6225,998 eFt

Február 649 87,621 70,073 23,221 5765,224 eFt

Március 722 121,543 103,445 26,169 8119,953 eFt

Április 717 177,726 140,438 28,882 11397,26 eFt

Május 729 170,076 153,515 32,148 11587,74 eFt

Június 702 155,224 133,863 26,238 10331,76 eFt

Július 718 171,816 115,239 26,283 10329,55 eFt

Augusztus 734 141,038 130,703 28,151 9739,501 eFt

Szeptember 604 181,195 125,428 4,468 10711,81 eFt

Október 737 179,96 136,677 25,044 11305,3 eFt

November 710 174,641 148,347 32,256 11587,85 eFt

December 733 158,221 134,505 29,132 10499,779 eFt

Összesen 8409 4013 3157 1239 117601,733 eFt

47

A beruházási, engedélyeztetési, amortizációs, karbantartási, humán, operatív

és alapanyag költségeket tekintve az üzem megítélésem szerint jövedelmező,

tekintve, hogy minimális az alapanyagköltség.

10.2. Bevétel a hőenergia-eladásból

Sajnos az üzem jelenleg nem termel eladásra szánt hőenergiát.

10.3. Az üzem valóságos hatásfoka

19. táblázat

Ezekből az adatokból szembetűnik, hogy az üzem hatásfokkal dolgozik, az

üzem közel teljesen önellátó energetikai szempontból.

Termelt

energia

[MWh]

Vásárolt

energia

[MWh]

Értékesített

energia

[MWh]

Hatékonyság

[MWh]

Január 234 2,658 231,342 98,86%

Február 220,5 0,669 219,831 99,70%

Március 303,3 0,489 302,811 99,84%

Április 407,3 0,172 407,128 99,96%

Május 415,6 0,824 414,776 99,80%

Június 373,7 0,823 372,877 99,78%

Július 375,7 0,34 375,36 99,91%

Augusztus 359,1 0,57 358,53 99,84%

Szeptember 359,9 4,325 355,575 98,80%

Október 401,2 0,302 400,898 99,92%

November 412,2 0,227 411,973 99,94%

December 378,6 0,382 378,218 99,90%

Összesen 4 241,1 11,781 4229,319 99,72%

48

11. Javaslattétel az üzem gazdasági hatékonyságának növelése

érdekében

A hatékonyság növelésének számos módja van:

a) energiahatékonysági fejlesztések

puffer tároló létesítése a biogáz átmeneti tárolása a mélyvölgy

időszak áthidalása érdekében.

jobb hatásfokú gázmotor vásárlása – esetleg egy másik motor a

meglévő mellé.

Kapacitásnövelés

b) a hőenergia fogyasztói rendszerbe való táplálása

szomszédos sertés- és marhatelep fűtése – jelenleg is van egy

gázkazán a sertéstelepen, amit az üzemben termelt gázzal

fűtenek.

környező egyéb mezőgazdasági épületek fűtése.

brikettgyártás – szárítási folyamat a megtermelt hővel

üvegház létesítése

végtermék-, trágyaszárító, csomagoló

egyéb állattelep létesítése: baromfi, kecske, birka, stb.

c) a működési költségek csökkentése

más alapanyagok bevezetése

végtermék eladása

A továbbiakban néhány megoldást részletezek

11.1. A puffertartály

Ennek beszerzése a napi 3,5 – 4,5 mélyvölgyi időszakot és annak alacsony

villamos energia átvételi árának áthidalását oldaná meg. Tehát ezekben az

49

órákban állna a motor és addig a gáz ebben a tartályban gyűlne, majd egy

magasabb tarifát fizető időszakban felhasználnák azt.

Nem feltétlenül szükséges egy külön puffer (19. ábra) tartály vételezése, elég a

meglévő fermentoron kialakítani egy nagyobb gázzsákot, gázkupolát.

Az erre használatos technológia az úgynevezett levegőtámasztásos tető.

19. ábra: puffertartály

Egy ilyen tető a fermentorokon elegendő lenne kb. 1400 m3 gáz raktározására,

szemben a mostani 400 m3 mennyiséggel. Így kihúzható a 3-4 órás mélyvölgy

időszak.

Viszont ennek felszerelése túl nagy összeget emésztene fel, és megtérülése is

hosszú ideig tartana.

További előnyt jelentene, ha egy ilyen

tetőt szerelnének a már meglévő nyitott

szeparátorra, mivel itt a

biogázképződés nem szűnik meg, csak

lelassul. Így további 5-8%-os

kapacitásnövekedést érnének el.

20. ábra: puffertartály-látványkép

50

11.2. A kapacitás növelése

Az üzem jelen körülmények között maximális kapacitáson működik. Ez a

bőséges alapanyagnak köszönhető, ami az üzem vonzáskörzetében található.

Az üzem tervezésekor még nem számoltak azzal a ténnyel, hogy sokkal több

alapanyag termelődhet, mint amennyit elbír az üzem.

Jelenleg az üzem napi 100-105 m3/nap marha- és 45-50 m3/nap

sertéshígtrágyát használ fel.

Ellenben a marhatelepen napi 150-160 m3/nap, a sertéstelepen pedig 100-110

m3/nap hígtrágya keletkezik.

Illetve ehhez a mennyiséghez elegendő száraz anyag is rendelkezésre áll.

Tehát:

jelenleg használt hígtrágyamennyiség m alapanyag1 = 50 + 100 = 150 m3

felhasználható hígtrágyamennyiség m alapanyag2= 160 + 110 = 270 m3

fel nem használt hígtrágyamennyiség m alapanyag3 = 270 – 150 = 120 m3

Ezen mennyiség felhasználásához egy 2500-3500 m3-es fermentor építése

elegendő lenne a mostani 3 x 1500 m3-es mellé.

Fermentorok Hígtrágya

Jelenlegi kapacitás 3 x 1500 m3 = 4500m3 150 m3

Tervezett kapacitás (150/270) x 4500 = 2500 m3 270 m3

21. táblázat

Tehát minimum egy 2500 m3-es fermentorra lenne szükség, hogy maximalizálni

lehessen a biogáz- és villamosenergia-termelést.

A termeléshez még szükséges egy új motor beszerzése, amely a mostanival

párhuzamosan működne, vagy felcserélné azt.

51

A jelenleg üzemben lévő 637 KW-os

motort egy minimum másfélszer

nagyobb teljesítményű motor válthatná

fel.

Például egy CAT CG170-12 típusú

biogázmotort (21. ábra) maximális

43,7%-os hatásfokkal.

21. ábra

11.3. A hőenergia hasznosítása

Már most is vannak tervek, kezdeményezések egy brikketgyártó részleg

építésére az üzem mellett. Ennek oka, hogy nagy mennyiségű (140-160 mázsa)

száraz szeparátum keletkezik, aminek egy részét jelenleg a marhatelepen

alomnak hasznosítanak. Ezt a száraz anyagot lehetne a motorban termelődő

hőenergiával tovább szárítani és így tökéletes brikketalapanyagot előállítani.

Ezzel a módszerrel nem csupán készterméket állítunk elő, hanem energiát

raktároznánk, illetve szállíthatóvá tehetnénk.

A brikketgyártás folyamata:

A brikettálás folyamata (22. ábra) során a száraz szeparátum térfogata nagy

nyomás alatt csökken, így a brikketált anyag fizikai jellemzői – elsősorban

csomagolási, szállítási, továbbfeldolgozási és felhasználási szempontból

előnyösen változnak.

Ezt a brikettálásra alkalmas alapanyagot megfelelő előkészítéssel, szükség

esetén aprítással és szárítással kell feldolgozásra alkalmassá tenni.

Természetesen a darálási és a szárítási fázis csak akkor szükséges, ha az

alapanyag nem a kívánt nedvességtartományban van, illetve a mérete nem

megfelelő. Jelen esetben ez a két probléma is fennáll.

52

Az így előkészített anyag a tárolótartályba kerül, majd onnan csigás szállítással

vagy felső adagolással kerülhet tovább a brikettáló berendezés(ek)hez. A

brikettálásra alkalmas anyagok préselése közben jelentősen megnövekvő

hőmérséklet hatására az alapanyag különböző kötőanyagokat szabadít fel. A

brikettálási folyamat sikere érdekében az alapanyag nedvességtartalmának

legalább 6%-osnak kell lennie. A magas hőmérséklettel az anyagban található

nedvesség elpárolgása is együtt jár. Túlzottan magas nedvességtartalomnál

gőz-zárványok alakulnak ki a brikettálási folyamat alatt, amely térfogat-

növekedést okozva a brikett szétbomlásához vezet.

22. ábra: brikketáló rendszer

A kész briketteket speciális csomagoló-, fóliázó géppel készítik elő a szállításra,

illetve további tárolásra. A kisebb csomagolási egységeket raklapra helyezve,

majd megfelelően rögzítve tehetjük alkalmassá a tárolásra vagy a kiszállításra.

A brikketáló gép lehet hidraulikus vagy mechanikus szerkezetű. Jelen esetben a

mechanikus brikkettáló gép a jó választás. Ennek oka a nagy mennyiségű

alapanyag (14-16 tonna/nap), mivel a mechanikus brikketálók jellemzően a

nagyobb, óránként és gépenként 300-1800 kg közötti termelésű üzemek

53

kiszolgálására alkalmasak. Továbbá a mechanikus brikettálók élettartama

lényegesen hosszabb, mint a hidraulikus préseké. Nagy mennyiség

feldolgozása esetén hosszú távon a mechanikus brikettáló kedvezőbb

megtérülést biztosít a hidraulikus brikettálókhoz képest.

A mechanikus brikettáló berendezés sűrítőterében kifejtett nagy nyomásnak

(kb. 2000 kg/cm2) köszönhetően kialakuló anyagszerkezettel kiváló minőségű,

tartós brikettek készülnek. Kategóriájában a legalacsonyabb fajlagos

energiafelhasználással párosuló kimagasló termelési kapacitás teszi a

mechanikus brikettáló gépeinket

hamar megtérülő beruházássá.

Az biogáz üzem szükségleteit

figyelembe véve a CF Nielsen BP

4000 mechanikus brikettáló

berendezést (23. ábra) tartom

megfelelőnek.

23. ábra: brikketáló berendezés

Műszaki jellemzői:

Brikettméret: Φ 60 mm

Főmotor: 30 kW

Tömeg: 3700 kg

Kapacitás: 600 – 750 kg/óra

Méretek (h x sz x m): 2850 x 1350 x 1350 mm

22. táblázat

54

12. Összefoglalás

Dolgozatomban a hajdúböszörményi biogáz üzem technológiai és energetikai

elemzésén keresztül vizsgáltam meg annak mezőgazdasági, gazdasági és

környezetvédelmi aspektusait, melyben nagy segítséget és támogatást nyújtott

Gellén Sándor üzemvezető úr.

Az elemzéshez szükséges módon ismertettem a biogáz tulajdonságait,

előállításának kémia folyamatát szolgáló technikai hátteret, hasznosítási

formáit. Kutatásomból kiderült, hogy a biogáz-hasznosításnak megvan a helye

Magyarország villamos- és hőenergia-előállításában. Hazánk biogáz potenciálja

kiemelkedőnek tekinthető a környező országokhoz képest, amint ez számomra

a szakirodalmak feldolgozása után is világossá vált. Fontos megjegyeznem,

hogy a növénytermesztésből származik a legnagyobb potenciál, nem pedig az

állattenyésztésből. Ennek ellenére szükség van az állattartó telepekre épülő

biogáz üzemekre, mert ezek az üzemek a hulladékhasznosításon keresztül

környezetvédelmi célokat szolgálnak.

Elemeztem az üzemet, hogy rávilágítsak, mekkora villamos és hőenergiát

képes termelni egy átlagos biogáz üzem. Továbbá kutatást folytattam az üzem

biogáztermelésének maximalizálása érdekében, mely során fejlesztési

lehetőségeket vázoltam.

Dolgozatomban megpróbáltam rámutatni, hogy az üzem kulcskérdése a termelt

hőenergia hasznosítása, mely párhuzamosan keletkezik a villamosenergia-

előállítás során. Ennek számos módja közül a brikettgyártásban látok

lehetőséget, mivel mind az energia, mind az alapanyag adott.

A legfontosabb konklúzió az, hogy az ilyen üzemek akkor a

leggazdaságosabbak, ha nem önálló egységként üzemelnek, hanem valamilyen

agrár-, ipari vagy kommunális tevékenység kiegészítő része. Létrehozása előtt

rendkívül fontos az előzetes energiakalkuláció, melyre alapozva kell

körültekintően megválasztani a helyszínt, az üzem kapacitását, a technológiát

és a beruházáshoz kapcsolódó energiahasznosítási részegységeket.

55

13. Summary

The central topic of my thesis is the technological and energy analisys of the

biogas plant in Hajdúböszörmény. My analycital work provided me deep

insights into the agricultural, economic and environmental aspects. My mentor

was Mr. Sándor Gellén who supported me during my research.

I provided information in connection with features of biogas, the technological

background of its chemical production, and several ways of utilization. My

research proved that utilization of biogas has a relevant role in Hungary’s

electrical industry and thermal energy production. Based on my literature study

Hungary’s biogas potential is relevant according to the surrounding countries. It

is an important fact that the main potential’s souorce is rooted in plant

production and not in animal breeding. Apart from this, biogas plants based on

livestock farms are needed because these plants are serving environmental

objectives.

During my analysation I reflected on the quantity of thermal and electrical

energy can be produced by an ordinary biogas plant. The aim of my research

was to find possibilities that are able to maximise the plant’s production.

The main question is the usage of thermal energy that is produced by the plant.

This energy is created paralelly to the production of electrical energy. In my

opinion the most profitable way is the „brikett” production because the basic

materials and energy are available at the same time.

The main conclusion is that to achieve good economic results, these plants

should be a part of an agricultural, industrial or communal activity. Before a

plant’s establishment calculation of energy is a significant step because it has a

strong connection with finding the most advantageous location, technology,

capacity and parts of energy usage.

56

Felhasznált irodalom

[1]Prof. Tamás János, Prof. Blaskó Lajos (2008) Debreceni Egyetem a TÁMOP

4.1.2 pályázat keretein belül

[2] Dr. Bai Attila – Biogáz

[3] http://www.biogaskft.hu/fermentacios-technologiak

Első Magyar Biogáz Kft.

[4] Kissné Dr. Quallich Eszter: A biogáz

[5] Dr. Czupy Imre, Vágvölgyi Andrea (2011) – Biogáz üzemek helyzete

hazánkban

[6] SZUNYOG I.: Elméleti biogáz potenciál In. Energiagazdálkodás p 13-18,

49.évfolyam 2008 2. szám

[7] MAVIR ZRt. Üzletszabályzata