A biogáz termelési rendszer hiánya

A magyarországi biogáz termelés fejlesztésében történelmi fordulópont a 2008-as év. Az állattenyésztő telepek megfelelő környezetvédelmi feltételeinek biztosítása érdekében, több mint 30 vállalat nyert el vissza nem térítendő támogatást és kezdi el a beruházás megvalósítását.

Egy mezőgazdasági alapanyagra épülő kis biogáz üzem nem rendelkezik annyi biogázból származó bevétellel, hogy minden szakterülethez külön szakembert alkalmazzon és minden fajta járulékos feltételt kiépítsen, hisz elsősorban környezetvédelmi okokból építik meg a biogáz üzemet. A további beruházási akaratot nagyban befolyásolhatja az újonnan beüzemelő biogáz üzemek eredményessége, így nagy a felelőssége mind a szabályozásban, mind a kutatásban részt vevőknek. Ahhoz, hogy egy ma induló újfajta tevékenység eredményes legyen, szükséges az optimális makroszintű és üzemi feltételek együttes megvalósítása és alkalmazása.
Makroszinten olyan szabályozásra volna szükség, amely teljes körű jogi keretet biztosítana a biogáz üzemek megvalósításához és működtetéséhez. Jelenleg több fajta hiányosság van a szabályozásban és a szükségesnél szigorúbbak a korlátok, melyek közül a fontosabbak az alábbiak:

nincs kidolgozva a zöldenergia bizonyítvány rendszere
megszünt az emissziós megtakarítás támogatása
teljesíthetetlen az engedélyezett menetrend tartás
a biotrágya öntözési feltételei nincsenek kidolgozva, e miatt tilos az öntözési célú használata
az energiatermelők kis mértékben vannak megkülönböztetve, ezért a biogáz üzemeknek aránytalanul nagy a teljesítményükhöz viszonyítva a rácsatlakozási, a gáztisztítási és a villamos energia átalakítás költségei stb.

Az elmúlt 10 évben óriási fejlődésen ment keresztül a biogáz termelés, az intenzív kutatási munka és annak alkalmazható eredményei miatt. Nincs olyan szegmense a biogáz termelésnek, ami ne került volna nagyító alá és ne kínálna alternatív megoldásokat.

A legnagyobb probléma Magyarországon, hogy ezek az alternatívák nincsenek rendszerbe foglalva, ezért a gyakorlatban egy újonnan induló vállalkozás nem rendszerek közül, hanem csak rendszertelen részmegoldásokból választhat és választ.
A termelési rendszer előnye hogy optimalizálja a rendszer elemeket és nincsenek benne maximumok és minimumok. A minimumok utólagos optimalizálása sokkal többe kerül, mint a fejlesztési döntések időszakában és leszűkítik a termelési lehetőségeket, a túlméretezéssel pedig feleslegesen növeljük a beruházás és üzemeltetés költségeit.

A biogáz termelés hatékonyságát meghatározó termelési rendszernek legalább az alábbi ajánlásokat kellene tartalmazni:

1. A rendelkezésre álló alapanyag mennyiségének a meghatározása:

Elsődleges	Másodlagos	Harmadlagos
Növényi főtermék	Állati főtermék	Feldolgozásból származó főtermék
Növényi melléktermék	Állati melléktermék	Feldolgozásból származó melléktermék
	(pl. szervestrágya)	Feldolgozásból származó hulladék

2. Üzemi méret megválasztása a rendelkezésre álló alapanyag alapján:

150 kW-nál kisebb
150 – 500 kW között
500 – 5 000 kW-ig
5 – 20 MW-ig
20 MW felett

3. Az alapanyag logisztikai rendszere és várható költségének meghatározása:

Szállítás

Közúti
Üzemen belüli

Alapanyag előkészítés

Nincs előkezelés
Hőkezelés
Ultrahangos kezelés
Mikrohullámú kezelés
Vegyszeres kezelés

Tárolás

Folyékony alapanyag
Nedves
Száraz

4. Biogáz hasznosítás

Közvetlen hőtermelés
Gázmotorokban való felhasználás villamos és hő termelésre
Közvetlen értékesítés

5. Biotrágya hasznosítás

Közvetlen felhasználás

nyárfás öntözésre
energia ültetvények öntözésére

Közvetett felhasználás

szántóterület öntözésre (előkezelés, tárolás, szállítás)

7. Biogáz üzem helyének meghatározása:

Alapanyaghoz közel
Energia felhasználók mellé
Energiaszolgáltatók által megadott rácsatlakozási helyhez közel
Biotrágya hasznosítási hely mellé

8. Optimális technológia kiválasztása az alapanyag minősége és összetétele alapján:

nedves, félszáraz vagy száraz az alapanyag
tartályos vagy cső a fermentor
folyamatos vagy szakaszos az alapanyag betáplálás

9. Ökonómiai elemzés:

Cél meghatározás:

környezetvédelem javítása
nyereségtermelés
környezetvédelem javítása és nyereségtermelés együtt

Engedélyezési feltételek hatásainak vizsgálata
Beruházási és üzemeltetési változatok gazdasági hatásainak elemzései
Stb.

A biogáz üzemépítés elsősorban infrastruktúrafejlesztés, ezért mind az üzemeltetése, mind a fejlesztése várhatóan többletköltséget jelent a termelés során.
Jelenleg még kevés az üzemeltetési tapasztalattal is rendelkező szakember, e miatt a legtöbb új beruházás hiányos.

Fontos döntés, hogy kizárólag istállótrágya feldolgozására vagy vegyes alapanyag feldolgozására építjük az üzemet.

Az istállótrágyára épült üzemet be kell építeni az istállóból kikerülő trágya logisztikai vonalába, így a legolcsóbb toronyfermentorokra, gázrendszerre és gázhasznosító berendezésre van csak szükség, mivel az előkészítéshez, a hígtrágya tároláshoz és hasznosításhoz szükséges épületeket és berendezéseket az állattenyésztő telepi beruházáshoz mindenképpen meg kell építeni.

A gazdaságos üzemeltetés meghatározó feltétele a hígtrágya rendszer korszerűsítése mivel a hagyományos régi technológiát használó telepeken sok vizet használnak és felhígul a 6-8 %-os szárazanyag tartalmú természetes ürülék 2-3 %-os szárazanyag tartamú hígtrágyalére, mely önmagában nem alkalmas biogáz termelésre. A természetes ürülékből lehet gazdaságos biogáz termelés, amennyiben csak a fentiekben felsorolt biogáz berendezések költségeit vesszük figyelembe.

Azoknál a telepeknél ahol az istállók átalakításra kerültek, továbbra is a már meglévő hígtrágya tározóba tervezik a képződött sertés hígtrágya átmeneti tárolását, emiatt jelentős lehet az erjedési vesztesség.

A legtöbb kisüzemben egy gázmotorra van tervezve, az üzemeltetés és a gázmotornak a javítási időszakaira nincs tervezve alternatív gázfelhasználási lehetőség.
Az üzemek többsége villamos energia termelésre van tervezve, és nincs meg hozzá a melegvíz hasznosítási lehetőség. Általában nincs a közelben hígtrágya hasznosításhoz elégséges földterület. Lényeges hogy a hígtrágya hasznosításhoz legalább 300 m3-ként 1 ha saját rendelkezésű földterület legyen a 170 Kg/ha nitrát terhelés miatt.

A vegyes alapanyag felhasználására készülő biogáz üzemhez sokkal több tényezőt kell számításba venni, ahhoz hogy optimális legyen a beruházási és üzemelési költség.

A vegyes alapanyagú üzemek általában alacsony típusú mezofil és termofil fermentorokból álló zöldmezős beruházások, ezért a magas beruházási költség miatt csak nagykapacitású üzem lehet gazdaságos olyan térségben, ahol az istállótrágyán kívül nagy mennyiségben áll rendelkezésre magas energia értékű hulladék.

A magas követelményeket támasztó hatósági ellenőrzések miatt és a rendelkezésre álló jelentős támogatottság mellett, nem szabad szegényesen megépíteni sem, az állattartó épületeket sem a biogáz üzemeket.

A két rendszer hibridizálását nem ajánljuk senkinek, mivel nemcsak az üzemeltetésében, hanem a technológiai rendszerében is teljesen más a két biogáz üzemtípus.

A biogáz egy kevert gáz, mely az éghető metánon kívül, 35-40 % CO2 és egyéb értékcsökkentő káros gázokat is tartalmaz. A biogáz önmagában a többi éghető gázhoz hasonlóan nem ég, csak a levegővel keveredve, ha a biogáz arány eléri a 6-12 %-ot, és a gyújtó forrás legalább 700 C-os.

A nyírbátori biogáz üzemet a Bátorcoop cégcsoporthoz tartozó Bátortrade Kft építette.

A vállalatcsoport tevékenységei:

3000 ha növénytermesztés
5000 ha integrációs termeltetés
9 millió liter tejtermelés
3-3,5 millió db brojlercsirke nevelés
10 millió db brojlercsirke feldolgozás
Biogáz üzem

A nyírbátori biogáz üzem elrendezési rajza fejlesztés előtt

A nyírbátori biogáz üzemben jelenleg 110 000 m3 vegyes alapanyagot dolgozunk fel, mely 85 %-a növénytermesztési és állattenyésztési hulladékból tevődik össze. A rendelkezésre álló fermentor kapacitás 17 000 m3, melyben naponta 20-25 000 m3, 60-65 %-os metán tartalmú biogázt állítunk elő. A termelt biogáz egy részét közvetlenül tüzelésre használjuk a baromfifeldolgozóban és más üzemeinkben, míg a nagyobb részéből villamos energiát állítunk elő a 2 500 kW kapacitású blokkfűtő kiserőműben, mely 4 db gázmotorból áll.

A rendelkezésre álló alapanyag összetétele

A biogáz gyártás mellékterméke évente 100 000 to biotrágya, melyet a biogáz üzem mellet lévő szántóföldön, tápanyag utánpótlásra hasznosítjuk.

A szántóföldi hasznosítás csak az év meghatározott időszakaiban végezhető, ezért a tiltott időszakokban, a hat db 10 000 m3-es fóliával kibélelt átmeneti tározóban gyűjtjük és tároljuk a bio trágyát és a tisztított szennyvizet.

A nyírbátori biogáz üzemben mivel vegyes alapanyagot használunk fel, ezért a mezofil és termofil fermentorokat egymás után üzemlettjük, így tökéletesebb a szerves anyag lebomlás.

A nyírbátori biogáz üzem elrendezési rajza fejlesztés után

A fejlesztés fő célja a biogáz termelés feltételeinek optimalizálása, a keletkező többlet állati és növényi melléktermékek, hulladékok feldolgozásához a többletkapacitás biztosítása és az alapkutatásokhoz szükséges gyakorlati kutatási feltételek megteremtése.
A jelenlegi összetételű biogáz üzemekben a termofil fermentorokból dugulás esetén még mindig kikerül annyi szerves anyag, mely a hígtrágya tárolókban tovább bomlik és az állati eredetű alapanyag miatt időszakos szaghatást okoz, ezért úgy döntöttünk hogy a megnövelt mezofil és termofil kapacitás mellett három darab hígtrágya tározóból zárt fermentorszerű tárolóteret alakítunk ki és utófermentorként működtetjük mezofil hőmérsékleti tartományban. Az első hígtrágya tárolót már korábban a baromfi feldolgozóból kikerülő szennyvíz tisztítására biológiai szennyvíztisztítóvá alakítottuk, melyből a tisztított víz a nyílt csatornába vagy a külső tározókba kerül, a szennyvíziszap pedig bekerül a biogáz üzembe alapanyagként. A három fermentorszerűen működő tárolóban teljessé válik a szerves anyag lebomlása, visszahűl a 55 C fokos hígtrágya zárt térben 35 - 38 C fokra és utána gravitációs úton bekerül egy zárt térben lévő átemelő aknába.

Az átemelő aknából szivattyúval átemeljük a szeparátorokra a hígtrágyát ahonnan a hígfázis az újonnan épített átmeneti trágya tárolóba kerül, a szilárd fázis pedig vagy a hígtrágya tároló mellett lévő szárító üzembe, vagy az átemelő tartály mellett kialakított komposztálóba.

A szárított és komposztált anyag alomként vissza kerül a recepturába és mint hidrolizált cellulóz növeli a biogáz alapanyagának szén tartalmát. Az átmeneti tározóból a hígtrágya vagy gravitációs úton a közeli, vagy szivattyúval a távolabb lévő 10.000 m3-es tározókba kerül elhelyezésre.

A 4 db, egyenként 2500 m3-es hígtrágya tározó kapacitása nem felelt meg a jogszabályban előírt ideig történő hígtrágya tárolásra és az előbb említett okok miatt szaghatásokat is okozott, emiatt úgy döntöttünk, hogy az öntözendő terület közelében 10.000 m3-es hígtrágya tározókat építünk.

A több mint 60.000 m3-es hígtrágya tároló kapacitás lehetővé teszi, a közel féléves tárolást és az optimális időben történő öntözést. A biológiailag tisztított szennyvizet a biotrágya hígítására használjuk mely lehetővé tenné a lombtrágyaszerű állomány öntözést is, hisz a biotrágyában a makroelemeken kívül számos növekedést és szárazságtűrést segítő enzim és hormon is található.

Makádi Mariannával a Debreceni Egyetem ATC nyíregyházi Kutató Központ egyik kutatójának vezetésével, több éves kísérlettet folytattunk kis parcellás és szántóföldi területeken.

Kísérleteinkben a fermentlé pozitív hatását tapasztaltuk, mind a termés mennyiségére, mind a beltartalomra vonatkozóan.

A jelenlegi törvényi szabályozás a fermentlét hígtrágyaként kezeli, hisz egyedisége miatt nincs megfelelő kategória a vonatkozó rendeletekben.
Ez azt jelenti, hogy jelenleg csak érvényes engedély alapján juttatható ki a fermentlé a termőföldre az adott növény tápanyag igénye szerint számított éves mennyiségben egyszerre, majd a terület beszántásra kerül. Ez több szempontból is problémát okozhat. Egyrészt a nagy mennyiségben kijutatott tápanyagot a növény nem tudja felvenni, a felesleg pedig a talajvízbe mosódhat. Másrészt a tápanyag nem akkor áll a növény rendelkezésére, mikor annak arra szüksége lenne. Harmadrészt a fermentlével jelentős mennyiségű vizet is kijutattunk, ami aszályos időszakban – különösen a jelen munkában vizsgált homoktalajokon – a növény túlélését jó termését eredményezheti. Negyedrészt az általunk vizsgált növények jelentős része jobb csirázást mutatott, ha kis mennyiségű fermentlével kezeltük. A kísérletek során elért termések is azt mutatják, hogy a növénytől függően a 2-3 részben történő kijuttatás a kedvező, kivételt képez a napraforgó, melyet nagyon érzékenynek találtunk.

A tápanyag utánpótlás során a gazdasági szempontok sem elhanyagolhatók. Számításunk szerint 1 ha terület egyszeri műtrágyázási költsége 40 -50 ezer forint. Az általunk alkalmazott fermentlé mennyiség 1 ha-ra történő kijuttatásának költsége nyomócsövön keresztül öntöződobbal kb. 9-10 ezer forint egy alkalommal, ezért 2-3 alkalom 30 ezer forint költséggel megoldható. Ezek alapján jó esélyt látunk a műtrágya fermentlével történő kiváltására. Az eddigi eredmények alapján az a véleményünk, hogy a fermentlé beváltja a hozzá fűzött reményéket és alkalmas a gazdaság tápanyag utánpótlásának biztosítására.

Az eredményekből megállapítottuk, hogy a fermentlé képes stimulálni a talajban lévő mikroorganizmusok számát, a talaj eredeti mikrobapopulációjának aktivitását, melyhez a kezelés során kijutatott tápanyagok indirekt módon is hozzájárulnak. Az alkalmazott kezelések ezért eredményesen illeszthetők a fenntartható mezőgazdasági gyakorlattal, különösen az alacsony humusztartalmú homoktalajokon.

A mezőgazdasági és élelmiszer hulladékokat is feldolgozó biogáz üzemekben általában több energia termelődik, mint amennyi felhasználható. A többletenergia ésszerű hasznosítása miatt szükség van a komplett ösztönző szabályozásra és a biogáz termelési rendszerekre. Nem lehet kiszámítható eredményességű biogáz termelést kialakítani a nagy energia szolgáltatók bevonása és érdekelté tétele nélkül.
Olyan együttműködésre van szükség a termelők és szolgáltatók között, melyben elérhetővé válik, külön beruházási költség nélkül, a rácsatlakozási lehetőség, a célirányos biogáz tisztítás, és megoszthatóvá válna a beruházás kockázata is.

A megtermelt biogáz hasznosítási lehetőségei:

Gázégőkkel történő elégetéssel közvetlenül hőtermelésre.
Gázmotorokban való felhasználással villamos és hőenergia termelésre.
Üzemanyagcellás berendezéssel elektromos áramtermelésre.
Tisztítás után, a gázszolgáltató felé való értékesítésre.

A legolcsóbb és leggazdaságosabb hasznosítás, ha közvetlenül hőtermelésre használjuk a biogázt, mivel a teljes értékű tisztítás, nagyon drága, és a villamos energiává való átalakítás során képződő hőenergia hasznosítása a legtöbb esetben nincs megoldva, ezért nagy az üzemi veszteség.

Az üzemanyagcellás berendezések nagyon drágák és nem alkalmasak a nyers biogáznak tisztítás nélküli közvetlen hasznosítására, így versenyképtelenek a többi lehetőségekkel szemben.

A mi üzemünkben termelt biogáz kisebb részét közvetlenül hőtermelésre, nagyobb részét /jelenleg 86 %-át/ villamos energia előállítására használjuk.

Az elmúlt évben 20 000 m3-t meghaladta az átlagos napi biogáz termelésünk melynek az átlagos metántartalma 62 %-os volt. Egy m3 biogázból 2,1 kWh villamos energiát állítottunk elő. Az átalakítás során termelt hőenergia nagy részét a baromfifeldolgozóban hasznosítjuk. Ez évben tervezzük a központban lévő kazánok átállítását földgázfűtésről biogáz fűtésre A biogáz villamos energiára való átalakítás költsége 8,2 Ft –ba került kW-onként.

	2007	2008
	Ft/kWh	Ft/kWh
Csúcsidőszakban	26,06	29,56
Völgyidőszakban	23,83	26,46
Mélyvölgy időszakban	9,72	10,8

Villamos energia átvételi árai

Az értékesített villamos energia ára mélyvölgy időszakban alig haladja meg az átalakítás költségét ezért mélyvölgy időszakban csak egy 500 kW-os gázmotort üzemeltetünk. A gázmotorok fajlagos kihasználtsága emiatt 72 %-os volt 2007-ben.
A magasabb átlagár elérése és a biogáz átalakítása során keletkező hő nagyobb mértékű hasznosítása miatt ez évben tovább bővítjük a gáztározó kapacitásunkat.

Az új villamos energia törvény több pontja továbbra is hátrányosan érinti a biogáz fejlesztését termelését és forgalmazását.

Értékesített és a közüzemi fogyasztói árak

Az új árszabás szerint az értékesített biogázból előállított villamos energia árát 50 %-al haladja meg a vásárolt villamos energia ára, mely korábban maximum 10% volt. Mivel szigetüzembe ezeket a gázmotorokat nem szabad üzemeltetni, ezért a biogázból előállított villamos energia saját üzemben való használat eredményességét jelentősen rontja a teljesítmény lekötés többlet költsége. További problémát jelent a kötelező jelentéshez képest az 5 %-on belüli megfelelés azon üzemeknek, ahol saját felhasználás is van, mivel a saját felhasználás és a biogáz termelés változása nagyobb, mint 5 %. Az új villamos energia törvény szétválasztotta a villamos energia árát és a szolgáltatás költségét. A villamos energia ára 22 -28 Ft/kW között változik a fogyasztás nagyságától függően. Az energiaszolgáltatás díja 40-50 %-a lehet a villamos energia árának. A saját gazdaságunk központjában 1 000 kW villamosenergia lekötés mellett, 25 Ft/kWh a villamos energia árra és 12,5 Ft/kWh a szolgáltatás díja.

Egy mezőgazdasági alapanyagra és hulladékra épülő kis biogáz üzem nem rendelkezik annyi bevétellel, hogy minden feltételt kiépítsen, hisz elsősorban környezetvédelmi okokból építik meg az üzemet, és nem mindenáron a nyereségtermelés miatt. A hulladék feldolgozásra épített biogáz üzemek az egyedüli olyan megújuló energiaforrások, ahol biztosan több energia termelődik, mint amennyi a termeléséhez szükséges és közben komoly környezetvédelmi feladatokat is ellátnak, ezért megérné, ha egyedileg és ösztönzően lenne szabályozva, mint ahogy számos országban csinálják.

A biogáz termelés csak akkor versenyképes a hagyományos energia hordozókkal szemben, ha komplex előnyeivel együtt vesszük figyelembe és a társadalom számára nyújtott előnyökkel arányosan támogatjuk, ellenkező esetben könnyen lehet, hogy a magas fajlagos költséggel megépített üzemek veszteség miatt állni fognak.

Nyírbátor, 2008. október 18.

Dr. Petis Mihály