Tudástár

Szalma a biogázüzemben: miért nem elég felaprítani

A szalma a legolcsóbban elérhető alapanyagok egyike, a biogázüzemek mégis ritkán élnek vele. Az akadály a betáplálás: előkezelés nélkül a szalma felúszik, úszóréteget képez, megbénítja a keverőt. A mérések szerint az aprítás ezen nem segít, a tömörítés viszont igen. 2013-ban Dániában, az Aarhusi Egyetem foulumi kutatóüzemében láttuk működés közben azt a technológiát, amelynek a méréseire ma a szakirodalom hivatkozik.

A szalma ott áll, a reaktorba mégsem kerül be

Sok üzemben ott a szalma a kapun kívül, olcsón és nagy mennyiségben, a fermentorba mégsem megy be. Az ok gyakorlati: a bálázott vagy laza szalma a reaktorban felúszik, összefüggő úszóréteget képez, a keverőre tekeredik, és a betáplálásnál eltömődést okoz. Aki próbálta, tudja, hogy ez a gyakorlatban üzemzavart és kézi munkát okoz.

Emiatt a legtöbb üzem marad annál, ami biztonságosan adagolható. A szalmában lévő gáz tehát azért marad kint, mert hiányzik az üzembiztos betáplálási út.

Az aprítás nem oldja meg, a tömörítés igen

Ez a cikk lényege, és sokan itt buknak el. Egy 2020-as, lektorált vizsgálatban megmérték, hogy a különböző előkezelések után mennyire úszik fel a búzaszalma. Az úszási index kezeletlen szalmánál 1,00, vagyis a teljes anyag a felszínen marad.

Kalapácsos őrlés után az index 0,91, hengeres őrlés után továbbra is 1,00. Vagyis a szalma attól, hogy felaprítjuk, ugyanúgy felúszik. Tömörítve viszont az index 0,29 (pellet), illetve 0,04 (extrudált), tehát a felúszás gyakorlatilag megszűnik.

Ebből következik a gyakorlati tanulság: aki szalmát akar a fermentorba tenni, annak présre van szüksége. A daráló az előkészítés része, de önmagában nem teszi adagolhatóvá az anyagot.

Hol láttuk működés közben

Az Aarhusi Egyetem foulumi biogáz-kutatóüzemében egy olyan sort láttunk, amely a szalmát egy folyamatban készíti elő és adagolja: aprítás, majd nagynyomású tömörítés, és a brikett megy a reaktorba.

Ez nem gyártói bemutató volt. Ugyanezt a sort a dán Energiaügynökség 2022-es jelentése név szerint dokumentálja: kalapácsos daráló, majd brikettprés, 0,9–1,4 tonna/óra kapacitással, 75 mm-es brikettel, 1 500–2 000 bar nyomáson. A technológia mögött dán állami energiakutatási program és több éven át tartó, üzemszerű mérés áll. Ma is erre a kutatóüzemre hivatkoznak a szalma-előkezelés szakirodalmi adatai.

A prést gyártó dán céget a látogatásunk idején még C.F. Nielsennek hívták. A RUF 2018-ban vásárolta fel, azóta a márka RUF-CFNielsen néven fut, és ma is ezt a technológiát viszi tovább.

Mennyi gázt hoz a szalma

Egy lektorált vizsgálat (Biosystems Engineering, 2015, Aarhusi Egyetem) üzemi méretű reaktorban mérte meg, mit ad a szalma a trágya mellé. A tiszta szarvasmarhatrágya 264 liter metánt adott kilogramm szerves szárazanyagra. Ugyanez brikettált szalmával kiegészítve 351 litert, vagyis 33%-kal többet. Laborreaktorban ugyanez a különbség 31% volt.

A brikett tehát nem varázslat, hanem belépőjegy. A többletgáz a szalmából jön, a prés pedig az az eszköz, amivel a szalma egyáltalán bejut a reaktorba. Aki a betáplálást megoldja, az hozzáfér ehhez a többlethez, aki nem, az nem.

Amit ezzel szemben nem állítunk

Ugyanez a tanulmány folyamatos, kevert reaktorban a brikettált és az egyszerűen aprított szalmát is összehasonlította: 217 és 214 liter metán kilogramm szerves szárazanyagra, vagyis gyakorlatilag azonos. Az előkezelés energiafogyasztását levonva a nettó energiamérleg is ugyanaz lett.

Vagyis a brikettálás önmagában nem termel több gázt, mint az aprítás. Aki azt ígéri, hogy a brikettálástól megkétszereződik a gázhozam, cáfolható állítást tesz. (A dán Energiaügynökség szerint az aprítás és a brikettálás együtt nagyjából 10%-kal növeli a metánkihozatalt 20–30 napos rothasztási időnél, tehát van hatás, csak nem ez a lényeg.)

A lényeg az, hogy laborban ezek a számok egymás mellé tehetők, üzemben viszont nem. Ott ugyanis az aprított szalma felúszik ahelyett, hogy elkeveredne, és amíg a felszínen van, addig nem termel gázt, csak úszóréteget. Szalma-biogázosításról tehát csak akkor van értelme beszélni, ha a szalma tömörítve kerül be. Enélkül a szalma be sem jut a folyamatba.

Amit a brikettálás valóban megold

A brikett nem úszik fel. Kezeletlen búzaszalmán 33 kg/m³ halmazsűrűséget mértek, tömörítve a sűrűség nagyságrendet ugrik. Egy dán kísérleti reaktorpárban a brikettált szalmával 14% körüli szárazanyag-tartalom mellett is működött a keverés, úszóréteg kialakulása nélkül, és a kén-hidrogén szintje is jelentősen csökkent.

Ezen túl a brikett szárazon, porzás nélkül tárolható és szállítható, a szezonális készletezés pedig töredék helyet igényel. Aki távolabbról hozza a szalmát, annak a fuvarban is megjelenik a különbség.

A számla másik oldala

A brikettáló sor áramot fogyaszt: a dán mérés szerint 118–135 kWh tonnánként, amiből maga a brikettálás mintegy 84 kWh. A sor előaprítást igényel, a szalmának száraznak kell lennie, és a beruházás nem kicsi.

Ezért a valódi kérdés az, hogy az adott üzemben megtérül-e a brikettálás. Ez azon múlik, mennyi szalma érhető el ésszerű távolságon belül, mibe kerül a jelenlegi koszubsztrátum, és milyen hosszú a reaktor tartózkodási ideje.

Mit jelent ez egy magyar biogázüzemnek

Alapanyag van bőven. Egy soproni doktori számítás szerint, KSH-adatokból, évente több mint 6 millió tonna búzaszalma keletkezik az országban. Ennek jelentős része alomként és takarmányként hasznosul, a talajba is vissza kell forgatni, de a maradék így is nagy tétel.

A hazai üzemek adottságai is megfelelnek. A nyilvános engedélyekből kiolvasható, hogy mezofil, folyékony bázisközegű fermentorokról van szó. Ostffyasszonyfán az engedély 50 napos tartózkodási időt rögzít, Rácalmáson 25–30 napos átlagot, Dunakilitin 35 napot a fermentorban és további 35-öt az utótározóban. Van tehát folyékony közeg, amibe a szalma beadagolható, ha egyszer bejut oda.

Szalmát adagoló magyar biogázüzemről ugyanakkor nincs tudomásunk. Az általunk átnézett engedélyekben a szalma kizárólag a trágyához tapadó, szennyezett almosszalmaként szerepel, önálló, adagolt alapanyagként nem, és szalma-előkezelő gépet (extrudálót vagy brikettálót) egyik dokumentum sem nevesít. Vagyis ez a technológia itthon még nem terjedt el, miközben Dániában több éve üzemszerűen mérik.

Mielőtt bárki gépet választ

Azt, hogy egy adott üzemben megéri-e, négy adat dönti el: mennyi szalma érhető el a környéken és milyen áron, mibe kerül a jelenlegi koszubsztrátum, mennyi a reaktor tartózkodási ideje, és hogyan van megoldva a szilárd betáplálás.

Ezt a négy számot kell egymás mellé tenni. Ha üzemeltet vagy tervez biogázüzemet, és a szalma szóba jöhet, küldje el ezeket az adatokat, és megmondjuk, milyen préssor jöhet szóba, és hogy a beruházás egyáltalán reális-e. Ajánlatot vaktában nem adunk, mert ebben a kérdésben a rossz gépválasztás drágább, mint a várakozás.