A biogáz előállítása több szempontból is különleges helyet foglal el a megújuló energetikai eljárások között. Ez az eljárás igen sokféle termék (biogáz, „bio-földgáz”, elektromos áram, szén-dioxid, használati melegvíz, hajtóanyag, biotrágya) előállítására képes, ezek egyikének (a „zöld” villamos áram) átvételét pedig kedvező és évente módosított áron garantálja az állam. Közvetett módon a településeken képződött szerves hulladékok és az állattenyésztésben képződő trágya kezelésének környezetvédelmi szabályozása is elősegíti a biogáz-telepek jövőbeni elterjedését. A szilárd és folyékony kommunális hulladékok kezelése - a 25/2002. (II. 27) kormányrendeletnek megfelelően, 2008-15 közötti határidőkkel - önkormányzati feladat. A méretgazdaságosság elve alapján megvalósított telepek azonban - melyek egyszerre képesek jövedelmezően működni és eleget tenni a hatósági előírásoknak - méretükből fakadóan nem vállalati vagy önkormányzati, hanem térségi szinten képesek ellátni a komplex hulladékgazdálkodási feladatokat. Az üzemek megvalósításának gátjaként általában nem a működés kockázata, hanem a beruházáshoz szükséges több százmillió Ft-os összeg előteremtése szolgál. A jelenleg hazai biogáztelepek nagy része azonban két jól elkülöníthető szférában valósult meg: a szilárdhulladék-lerakó- és a szennyvíztelepeken.
A depóniagáz-nyerés helyzete
Magyarországon jelenleg mintegy 23 millió m3 (4,5-5 millió tonna) települési szilárd hulladék keletkezik évente. Ennek 62%-a lakossági eredetű, a többi az intézményeknél, szolgáltató egységeknél és vállalkozásoknál keletkező háztartási hulladékokkal együtt kezelhető hulladék. Ez a mennyiség a gazdaság fejlődésével párhuzamosan évente 2-3%-kal nő. Jelenleg a közszolgáltatás keretében begyűjtött települési szilárd hulladéknak csupán 3%-át hasznosítják. Az ártalmatlanítás jellemző formája a lerakás (83%), mely célra általában természetes mélyedéseket, vagy bányászati tevékenység után visszamaradó mélyedéseket, üregeket használnak fel. A mélyedések feltöltése során az egyes hulladékrétegek egymásra helyezve, fokozatosan elzárják a mélyebben fekvő hulladékrétegeket a levegőtől, egészen addig, amíg a hulladékréteg vastagságának növekedése elő nem idézi a levegőmentes anaerob körülményeket. A lerakás után mintegy fél esztendővel indul be a depóniagáz elterjedése, addig tart az anaerob baktériumoknak megfelelő környezeti feltételek kialakulása. A prizmák nyári kiszáradása a levegő beáramlása miatt, a depóniagáz kitermelésének hosszabb szüneteltetése pedig a mező elsavanyodása miatt a gáztermelő képesség csökkenésével jár. Európai tapasztalatok azt mutatják, hogy kb. 15-20 évet érdemes figyelembe venni, mint aktív időszakot, amikor érdemes még a keletkező biogázt hasznosítani. A gáz természetesen tovább is keletkezik, a mennyisége azonban lecsökken.
A javítás lehetőségei a következő módokon képzelhetők el:
· Szelektív hulladékgyűjtés, iszap elhelyezése a telepen a gáztermelés fokozása céljából.
· A gázképződés sebessége a hulladék tömörítésével (0,2-ről akár 1 t/m3-re) fokozható, amely növeli egyúttal a telepen elhelyezhető anyagmennyiséget is.
· A folyamatos termékfelhasználás lehetőségeinek megteremtése (kogeneráció, üvegház, távfűtés, földgáz-hálózat, gépjármű-hajtóanyag).
· A hatályos céltámogatás feltételeinek megváltoztatása a fejlettebb technológiák, megfelelő gazdasági méretek és szabványok alkalmazásának előírásával.
· A tervezők, a beruházók (többnyire önkormányzatok) és a kivitelezők szakismeretének növelésével a több év után jelentkező, nehezen korrigálható műszaki hibák elkerülése.
A szennyvíztelepi biogáznyerés sajátosságai
A települési szennyvíziszap mennyisége évente hazánkban megközelítően 700 ezer tonna, 25-30%-os átlagos szárazanyag-tartalommal. Az elhelyezési módok közül közel 60%-ban a lerakás szerepel, s ezen belül alapvetően a települési hulladéklerakón történő elhelyezés (50% körül) a leggyakoribb megoldás. Mezőgazdasági hasznosításra mintegy 40% kerül, ennek kevesebb, mint a felét komposztálják, a fennmaradó hányadot injektálással juttatják a talajba. A rekultivációs célú hasznosítás elhanyagolható mértékű, mintegy 2%. A szennyvíziszap jövőben keletkező mennyisége várhatóan a szennyvíztisztítási és -elvezetési program előrehaladása következtében növekedni fog.
Az anaerob kezelés igen jelentős beruházást igénylő, de az egyéb szennyvízkezelési eljárásoknál környezetvédelmi szempontból hatékonyabb technológia. Makrogazdasági szinten a szennyvíziszap metán-kibocsátásának teljes megszűnését és a nyers szennyvíziszap mennyiségének csökkentését (a biogáz tömegének - a kierjesztett szennyvíziszap szárazanyag-tartalmától függően - a többszörösét) érhetjük el az alkalmazásával. A beruházási költségek csökkentésének egyik módja itt is a termofil, a kétlépcsős, mezofil-termofil, illetve mezofil-mezofil erjesztés. Előző esetben körülbelül egyharmadára, a másodikban mintegy felére csökkenthető úgy az erjesztési idő, hogy a gázfejlődés változatlan maradjon az egylépcsős mezofil erjesztéshez képest.
A fejlettnek tekinthető technológiák a következő elvárásokat teljesítik:
· Fajlagos biogáz-kihozatal: min. 25 l/nap/LEÉ
· Beépített teljesítmény: min. 50 kW
· Gázmotor kihasználása: min. 6000 óra/év
· Szennyvíztisztító energiaigénye: cca. 2,5 W/LEÉ (ma hazánkban: 4 W/LEÉ jellemző)
· Alternatív földgázüzem, megfelelő tárolókapacitás.
A kierjesztett, jellemzően mindössze 3-4% szárazanyag-tartalmú szennyvíz talajba injektálása - a hatalmas anyagmennyiség miatt - jelentős és egyre növekvő költséggel jár. Ennek csökkentése céljából a nagyobb szennyvíztelepeken megfontolandó megfelelő kapacitású iszapsűrítő berendezés beszerzése és működtetése, majd az így nyert iszap komposztálása. A komposztált iszap jóval kisebb költséggel használható fel akár mezőgazdasági területek talajjavítására is, nagyobb nehézfém-koncentráció esetén pedig rekultivációra.
Meglévő aerob rothasztó technológia (hőcserélővel, gáztartállyal) esetén az anaerob eljárás alkalmazásának nettó beruházási költsége 100-120 millió Ft, a teljes technológia kiépítésével 500-600 millió Ft, 100.000 lakosegyenértékre vetítve. A működtetés során évi 4-5 millió Ft - túlnyomórészt állandó jellegű - költséggel számolhatunk az előző nagyságrend esetén. Átlagos esetben a biogáz-termelés eléri a 0,04 m3/nap/lakosegyenértéket. Az anaerob iszaprothasztás - a magas állandó költségek miatt - legalább 10.000 lakosegyenértéknyi (LEÉ) szennyvizet igényel, de a komplett (villamos- és hőenergia) célú hasznosítás csak nagyobb (minimum 20.000 LEÉ) telepek esetén javasolható.
Jövőbeni fejlesztési lehetőségek:
· A települési szennyvíziszap és a nagy szervesanyag-tartalmú élelmiszeripari melléktermékek (pl. glikol) együttes kezelése, a biogáz metántartalmának növelése érdekében.
· A kierjesztett szennyvíziszap értékesítése mezőgazdasági cégeknek, vagy komposztálásra
· Korszerű és megfelelő kapacitásúra tervezett technológiai berendezésekkel a villamosáram-szükséglet csökkentése.
· Az elő- és utórothasztó közötti recirkulációval jobb vízleadás, jobb keveredés elérése, mely a gáztermelés növekedésével és a fermentor jobb kihasználásával jár.
· A fermentor szigetelésével és a kapacitás növelésével a rendszer önfogyasztásának (30-60%) csökkentése.
· Közepes- és nagyméretű telepeken kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés (különösen, ha már eleve létezik a biogáz-termelő rendszer), kisebb kapacitásnál (20-30 ezer lakosegyenérték alatt) pedig kizárólag melegvíz-előállítás megvalósítása.
A nagyobb önkormányzatoknál működő telepek esetén a biogáz - tisztítást és sűrítést követően - elvileg a helyi tömegközlekedésben is felhasználható, sőt a földgáztörvény várható változása lehetővé teszi a gázvezetékbe történő közvetlen betáplálást is. Az előbbi eljárás megvalósulóban van - a CIVITAS II. program keretében elnyert támogatásból - Debrecenben, lehetővé téve a hulladékgazdálkodás, a távfűtés és a környezetbarát tömegközlekedés komplex megvalósítását. Mindkét eljárás gazdasági létjogosultságát a mélyvölgy-időszakban megtermelt biogázból nyert villamos áram alacsony átvételi ára (2005-ben: 9,38 Ft/kWh) adhatja.
Állattenyésztési telepeken létrehozott, komplex jellegű biogáztelepek
A 49/2001. (IV.3.) kormányrendelet (a vizek mezőgazdasági eredetű nitrátszennyezéssel szembeni védelméről) szerint tilos hígtrágya, trágyalé, továbbá a trágyatárolók csurgalékvizeinek bevezetése a vizekbe (6.§ (1)), az előírásokat megsértő tevékenység felfüggeszthető (10.§ (2)), valamint előírja a jó mezőgazdasági gyakorlat szabályait a vizek nitrátszennyezésének megelőzése, csökkentése érdekében. A rendelet hatálybalépésekor már üzemelő vagy engedéllyel rendelkező állattartó telepek esetében az előírásoknak legkésőbb 2005. december 31-ig meg kell felelni. A probléma azonban nemcsak a hígtrágyánál jelentkezik: az állattartó telepeken az állati tetemek, a húsipari üzemekben a hatalmas mennyiségű csurgalékvíz, valamint egyéb állati maradványok (csont, toll) elhelyezésénél is. A hatályos hulladékgazdálkodási előírások betartása esetén a szennyvíztelepekre való beszállítás és az ártalmatlanítás díja igen jelentős improduktív költségekkel jár, melyek elsősorban éppen azt az állattenyésztési vertikumot sújtják, melynek helyzete az EU-csatlakozás révén is valószínűleg romlani fog. A hulladékgazdálkodási feladatok legjobban kistérségi szinten láthatók el. Régiók, vagy megyék hulladékait feldolgozni képes üzemek a szállítási költségek nagysága miatt, vállalkozási, kistelepülési, netán lakossági kapacitású beruházások pedig a létesítéssel járó hatósági elvárások teljesítése, valamint a fajlagos beruházási költségek erőteljes emelkedése miatt nem lehetnek versenyképesek.
Az eddigi tapasztalatok szerint az optimális üzemméret évente minimum egymillió m3biogáz előállítását kell, hogy lehetővé tegye. Ehhez - a nyírbátori referenciaüzemhez hasonló összetétel és technológia esetén - mintegy 2-2,5 ezer t szárazanyagra, illetve 30-40 ezer t vegyes alapanyagra van szükség, a biotrágya elhelyezéséhez pedig kb. 350-450 ha mezőgazdasági terület szükséges. Ebben a méretben már érvényesülnek a méretgazdaságosság előnyei, amely a szállítási költségekre is megfelelő fedezetet nyújt. Egy ilyen üzem beruházásigénye a járulékos költségekkel, 2004-es gazdasági viszonyok között mintegy 400-600 MFt lenne. Egyes gyártók 75-160 ezer t/év alapanyag-mennyiséget tartanak ideálisnak - többek között berendezéseik méretezése miatt is. Az ilyen nagyságú üzemek azonban - a vállalkozásban képződő melléktermékek feldolgozásán túlmenően - már képesek regionális hulladékgazdálkodási feladatok ellátására is, a környék nehézfémmel nem szennyezett (vállalkozási és kommunális jellegű) szerves hulladékainak ártalmatlanítása révén. Az alapanyag legalább 10-30%-a ideális esetben külső alapanyag. A komplex jellegű biogáztelepek működése elvileg minden közvetlen érintett számára csak előnyökkel jár:
· Térségi szinten csökkenti a már működő szennyvíz- és szeméttelepek leterheltségét, lehetővé teszi azok többlet-beruházás nélküli működtetését.
· A beszállítók részére legalább a szállítási költségek egy része megtakarítható.
· A biogáztelepet üzemeltető vállalkozás részére az idegen alapanyag két haszonnal jár. Egyrészt nem alapanyagköltséget, hanem bevételt jelent, másrészt pedig a többféle alapanyag javítja a biogáz-kihozatal mennyiségét is.
· Nagy energiaigényű vállalkozás szomszédba telepítése esetén a fölösleges hulladékhő kedvezményes értékesítése az adott vállalkozás részére jelentős megtakarítást, a biogáztelep számára árbevétel-többletet, az ott élőknek pedig munkalehetőséget jelent.
A kierjesztett hígtrágya tápelem-tartalma meghatározza az elhelyezésére szolgáló mezőgazdasági terület nagyságát, mennyisége azonban nemcsak a kijuttatás költségeire, hanem a beruházási költségekre (az erjesztők méretezésére) is döntő hatással bír. Ennek csökkentése - a technológiai víz többszöri felhasználásával, vagy víztakarékosabb kitrágyázási technológia alkalmazásával (pl. vízcsöves tisztítás elkerülése) - esetén a szervesanyagban gazdagabb hígtrágya fajlagos biogáz-termelő képessége is jóval kedvezőbb lesz, ezért itt is szeretném hangsúlyozni azt, hogy a hígtrágyával való gazdálkodásnak csak az egyik eleme az anaerob erjesztés, legalább ilyen fontos ezt megelőzően a víztakarékosság! Itt sem szabad azonban túlzásokba esni: 10% fölötti szárazanyag-tartalom fölött a hidraulikus anyagszállítás és a hagyományos öntözőberendezésekkel való kijuttatás már problematikussá válik, más típusú és drágább technológiát igényel. Az egyébként veszendőbe menő hulladékhő segítségével lehetséges lenne a híg állapotú kierjedt iszap bepárlása, ami ilyen módon elvileg értékesíthetővé tenné a biotrágyát és csökkentené a szükséges saját terület nagyságát is.
A fajlagos gázhozam növelése természetesen nemcsak a víztartalom csökkentésével, hanem nagy szárazanyag-tartalmú és lehetőleg kisméretű növényi termékek bekeverésével is lehetséges. Ilyen anyagok lehetnek a különféle takarmányfű-keverékek, a csökkent minőségű, romlott, vagy fertőzött szemestermékek, vagy egyes speciális lágyszárú energianövények, pl. a Szarvasi-1 energiafű is. Utóbbi - az előállító adatai szerint nemcsak magas biogázhozama, hanem rövid erjedési ideje miatt is figyelemre méltó lehetőség (1. ábra).
A mezőgazdaságban a biogáztelepek létesítése csak szigorú - méretbeli, jövedelmezőségi és előkészítési - alapfeltételek teljesülése esetén indokolt. A létrehozandó regionális mezőgazdasági üzemekben kiemelt kérdésként kell kezelni a veszélyes szerves hulladékok ártalmatlanítását, és ezt követő felhasználását. Az eljárás haszna tehát nemcsak az energetikában jelentkezik, hanem az elmaradott területek hulladékgazdálkodásában, valamint tőkevonzó képességében is.
Összefoglalás
A szerves hulladékok szabályszerű kezelése kiemelt feladatot - és jelentős költséget - jelent az önkormányzatok és az élelmiszergazdaságban működő vállalkozások részére. Nemcsak hulladékgazdálkodási, hanem térségfejlesztési szempontból is megfontolandó lehet ezen hulladékok anaerob erjesztése. Önkormányzati szinten a képződő végtermékek felhasználásának diverzifikálása, mezőgazdasági üzemeknél pedig külső alapanyagok feldolgozása lehet a jövő útja.
Forrás: Agrárágazat
