Az „energianövények” termesztése, jelentősége, problemái

• Az energia input: output a szántóföldi növénytermesztésben a XIX. század végén 1:3,22; a XX. század 80-as éveiben extenzív termesztési módnál 1:3,22-3,40; intenzív technológiával 1:5,40-5,80;
• a (nálunk több mint 1 millió ha-on termesztett) búza energiamérlege (input: output): 1:7 (szerény 4 t/ha szemtermést és hozzá tartozó szalmát feltételezve, melyek együttes „értéke” kb. 140 GJ, a termeléshez felhasznált energia pedig csak mintegy 20 GJ). Csak a szemtermést számolva, az arány még mindig 1:3;
• a mezõgazdasági termelés a kezdetektõl fogva törekedett egyéb megújuló energiaforrások hasznosítására (pl. vízi-, szélmalmok, biofûtésû melegágyak. Már az ókori nagy öntözõrendszerek mûködtetéséhez is munkára fogták a gravitációs erõt, de megújuló energiaforrásokat használ a mezõgazdaság õsidõktõl fogva hõnyerésre, konzerválásra (szárítás, erjesztés), építkezéshez (szalma, nád). Az pedig teljesen nyilvánvaló, hogy a „konzerv energia” (szén, kõolaj, földgáz) szintén biológiai eredetû.

A közel sem teljes felsorolásból úgy véljük két dolog teljesen világos: a növénytermesztés mindig is pozitív energiamérleggel dolgozott és a termelés, a feldolgozás számos területén alkalmazott megújuló energiát.

Ezek után vizsgáljuk meg, hogy a XX. század 70-es éveitõl napjainkig, de valószínû a jövõben is miért jelenik meg a növénytermesztés felé követelményként, hogy a fosszilis energia pótlásából minél nagyobb mértékben vegye ki részét:

• a „konzerv energia” véges, egyenlõtlen elosztású a földön;
• a fosszilis energia kitermelése egyre drágább, elosztása, piaci ára - mivel stratégiai cikk, a politikai (katonapolitikai) erõviszonyok által manipulált;
• a fosszilis energia átalakítása sokrétû emberi szükségletek kielégítésére paradox módon az élõlények alapvetõ létszükségleteit veszélyezteti, mivel az eljárások súlyos környezetszennyezéssel járnak.

Magyarország különösen érdekelt a „konzerv energiával” való takarékoskodásban, illetve az alternatív források felkutatásában mert a jelenlegi 1000-1100 PJ energia igény 70%-át importáljuk.

A növényi produkció, a biomassza, mint megújuló energiaforrás szinte korlátlanul képzõdik a Földön. A becslések szerint évente a szárazföldeken 150 milliárd tonna, a tengerekben mintegy 230 mrd t terem, együttes energiaértékük 10-szerese a jelenleg felhasználtnak. Kézenfekvõ tehát ennek az óriási mennyiségnek egy részét a fosszilis energia helyettesítésére fordítani. A gondolat nem új, már a XX. század elején R. Diesel felvetette a biodiesel lehetséges használatát.

A következõkben, különös tekintettel hazánk adottságaira, megvizsgáljuk a biomassza energetikai hasznosításának lehetõségeit, problémáit. Mielõtt ebbe belevágnánk az 1. táblázatban összefoglaljuk az energia mértékegységeit, mert közülük eddig is szerepeltettünk néhányat és a következõkben is többször elõfordulnak. (Azoktól a kedves olvasóktól, akik a fogalmakkal, mértékegységekkel tisztában vannak, szíves elnézést kérünk.)

Jelenlegi ismereteink és az ipari technológia ma ismert eljárásaival a biomasszából a fosszilis energiát részben kiváltó többféle termék (energiafajta) állítható elõ:

• pirolízissel (200-1000 ºC) fagáz,
• erjesztéssel (anaerob körülmények között) biogáz (70-80 % metán),
• erjesztéssel (aerob körülmények között) bio-alkoholok (metanol, etanol),
• növényi olajok észterezésével (RME - repce metil-észter, napraforgó metil-észter),
• zárt térben, O2 jelenlétében közvetlen hõenergia.

A Föld biomassza termelésében több ezer faj vesz részt. Ezek mindegyike alapanyaga lehet az ismert energia átalakítási eljárásoknak, de nem azonos mértékben. A 2., 3., 4., 5. sz. táblázatok ezt jól illusztrálják.

A biomasszában tárolt kozmikus energia átalakítása többek között azért is perspektivikus, mert:

• az átalakítás sokkal kisebb környezetterheléssel jár, mint a konzerv energiaforrásoknál,
• bizonyos eljárásoknál (erjesztés, biogáz elõállítás) takarmányozásra, trágyázásra alkalmas termék is képzõdik (pl. 1 tonna biogáz elõállítása során 2,3-2,4 t 20% szervesanyag-tartalmú trágya marad vissza N: 0,5% - P2O5: 0,25% - K2O: 0,5% kedvezõ tápanyag összetétellel.)

A termesztett növények energetikai célú fõhasznosításához természetesen egyetlen paraméter, az energiatartalmuk képezi a közös nevezõt, jóllehet haszonnövényeink sokféle érték hordozói, a legkülönbözõbb emberi szükséglet kielégítésére alkalmasak. Ezért talán úgy is körvonalazhatjuk az energianövényeket, hogy mindazon fajok fõ- és melléktermékeit közéjük soroljuk, amelyek elsõdlegesen energia átalakítással elégítenek ki alapvetõ emberi szükségletet.

Hazánkban a XX. század 70-es éveitől folynak kiterjedt kutatások, létesültek kísérleti üzemek, majd regionális berendezések a biomassza energetikai célú hasznosítására. Az így nyert energia részesedése mintegy 3 %-a az összes felhasználásnak. Ennek a kis hányadnak nagy részét is a fatüzelés adja. Újabban a küszöbön álló EU csatlakozásunkkal járó változások, követelmények erősítették fel az alternatív energianyerés igényét, többek között előtérbe került az energianövények termesztése. Csatlakozásunkat követően várható pl., hogy a 4,7 millió ha szántóterületünk 5-10 %-át folyamatosan „pihentetni” kell, Mégpedig úgy, hogy 230-470 ezer ha-on élelmiszer és takarmány növény nem termeszthető, ellenben megengedett a „zöld ugar”, az ipari alapanyag, energia növények termesztése. (Tekintsünk most el attól, hogy a humanista gondolkozású embereknek mi a véleménye a fejlett világ élelmiszertermelést korlátozó intézkedéseiről, amikor a Föld lakosságának 1/3-a éhezik.)

Ezen a mi méreteinkhez képest óriási területen, legalábbis bizonyos hányadán lehetséges energianövényeket termeszteni, a mértéket illetõen megoszlanak a vélemények. A jó döntéshez a lehetõségek és a problémák átgondolt (mérésekkel igazolt) összevetésével vezet az út. Ezért a következõkben összefoglaljuk az energianövények termesztésébõl származó elõnyöket, vázoljuk a várható problémákat és körvonalazzuk a velük szemben támasztott követelményeket.

Elõnyök

• Csökken a fosszilis energiafelhasználás, az importfüggõség;
• Mérséklõdik a károsanyag kibocsátás;
• A mezõgazdaságilag mûvelt területek új termékekkel jelenhetnek meg a piacon;
• Bõvülhet a takarmánybázis, értékes szerves- és szervetlen trágya (tüzeléstechnikai hasznosítás után a szárazanyag 3-8 %-a hamuként marad vissza) forráshoz juthatnak a termesztõk.

Problémák

• A biomassza szezonális megjelenésű, ráadásul a hozamokat az évjárat hatása is befolyásolja;
• A biomassza „energiasűrűsége” csekély, a tömörítés (brikettálás, pelletálás) energiaigénye a nyerhetőnek 10-15 %-át igényli;
• A biomassza bizonyos energiaátalakításokra csak vízelvonás, aprítás után alkalmas;
• A biomasszából nyerhető üzemagyagokhoz adalékanyagok, kémiai átalakítás, halmazállapot változtatás, a hasznosító szerkezetek módosítása szükséges;
• Az energia-átalakító üzemek mérsékelt hatásfoka, viszonylag magas beruházási költségei, különösen szakaszos, szezonális üzemmód mellett megtérülési idejüket jelentősen megnöveli;
• A biomasszából nyerhető energia piaci értéke +- irányban is manipulálható;
• Egyetlen növényfajra még egy kis teljesítményű energia-átalakító üzem sem létesíthető (monokultúra veszély).

Az energianövényekkel szemben támasztott követelmények

• A hozam érje el legalább a 10t/ha/év hasznosítható szárazanyag tömeget;
• 1 kg szárazanyagból min. 0,4 m³ biogáz legyen kinyerhető, 24 KJ/m³ energiatartalommal, közvetlen hőeneriga nyerésnél 13 KJ-t adjon;
• A termesztés input:output ne legyen szűkebb 1:3-nál;
• A faji sajátosságok tegyék lehetővé, hogy az energiaátalakítás meghaladja a 1,5-es értéket (3. táblázat);
• Az energiaátalakításhoz szükséges előkészítés (szárítás, aprítás, formázás, tömörítés, keverés /pl. állati-, kommunális eredetű anyagokkal/, tárolás, stb.) a végtermékből nyerhető energiának kevesebb, mint 20 %-át igényelje;
• Az energianövények ökológiai, agrotechnikai igényei legyenek összhangban a hazai adottságokkal. A szaporítóanyag előállítás a honosított fajoknál is legyen megoldható;
• A honosított fajok ne indukáljanak környezet- és növényvédelmi anomáliákat;
• Az elsődlegesen energianyerésre termesztett fajok (társítások) másodlagosan legyenek alkalmasak takarmányozásra, zöldtrágyázásra vagy egyéb ipari célokra;
• Az energianövények termesztése biztosítson olyan árbevételt, ami legalább 10 %-kal több, mint a bruttó termelési költség.

  A fõhasznosításban energianyerésre alkalmas növények köre:

  cirokfélék lazabokrú- és tarackos szálfüvek
  
  nád Amaranthus ssp.
  
  akác Miscanthus ssp. (kínai nád)
  
  nyár Penisetum purpureum (elefántfû)
  
  fûz repce

  Befejezésül néhány gondolattal óvni, és egyáltalán nem elriasztani kívánjuk az energianövények termesztésére vállalkozókat. Remélhetõen nem a 20 AK érték feletti talajokat fogjuk az EU-ban pihentetni (a támogatásokat illetõen úgyis hátránnyal indulunk). A 10-18 AK értékû talajaink termõképessége korlátozott, agrotechnikai kezelhetõségük problémás. Róluk huzamosan, 60-80 kg/ha NPK trágyázással igen nagy kockázat 10 t/ha évi szárazanyag feletti termés lehozását tervezni.

Késmárki István - Petróczki Ferenc

NewtonN*A newton az az erõ, amely 1 kg tömegû

nyugvó testet 1 s idõ alatt 1 m/s sebességûre gyorsít.kg·m·s^-21 N = 1 kg·m/s²

Munka, hõ, energiaJoule**JA joule az a munka, amelyet 1 N erõ

saját hatásának irányába esõ 1 m úton végez.kg·m²·s^-21 J = 1Nm =

1 W·s = 1 m²·kg·s^-2TeljesítménywattWA watt az a teljesítmény, amelyet 1 J munka

1 s alatt létrehoz.kg·m^-1·s^-2 = N·m^-2

= J·m^-31 W = 1 J/s =

1 J·s^-1 = 1 m²·kg·s^-3