Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1982. január-június (15. évfolyam, 1-25. szám)
1982-05-14 / 19. szám
V ( ÚJ szú 1982. V. 14. TUDOMÁNY TECHNIKA Koaink gyakran hangoztatott egyetemes megállapítása, hogy minden mindennel összefügg. A tudomány és a technika legkülönbözőbb titkai is csak összefüggéseikben kutathatók. E gondolatból kiindulva jutottak el az energia- válság problémáin töprengő mérnökök egy számukra többé-ke- vésbé ismeretlen területig, a biológiáig. A biológia és a gyógyászat, vagy a biológia és a mezőgazdaság kapcsolatai közismertek. Nem ennyire nyilvánvalóak a biológia és az energetika összefüggései. Gkkemben ezekre szeretnék röviden rámutatni, elsősorban abból a szempontból nézve, hogy milyen, eddig jórészt kihasználatlan, energiaforrásokat tartogat számunkra az élővilág. A biomassza mint energiaforrás A Nap minden földi élet energia- forrása. A szén, a kőolaj, a földgáz sem más, mint évmilliókkal ezelőtt a földre érkezett napenergia koncentráltan tárolt alakja (a magenergia az egyetlen energiafajta, mely energiáját nem a Naptól kapta). A napenergia technikai megkötése (fototermikus és foto- élektromos módszerekkel) ma még problémákkal jár. Hátrányai közismertek: kis teljesítménysűrűség, nagy teljesítményingadozás, energiatárolási gondok és magas költségek. A hagyományos, biológiai megkötés mind ez ideig a leggazdaságosabb. Ennek elméleti folyamata már régen ismert: a Nap sugárzó energiája a légkörben lévő szén biokémiai fotolízisén keresztül kémiai energia formájában a növényi szervezetekben elraktározódik, miközben oxigén szabadul fel. A növények által megkötött és tárolt napenergiát biomasszának nevezzük, mely egyben a fotoszintézis útján keletkező szerves anyagok gyújtófogalma is. Magába foglalja a növény valamennyi részét, növényi hulladékokat, sőt még az emberi és állati transzformáción keresztülment szerves anyagokat is (emberi és állati fekália, trágya). A fizikai értelemben vett energia- tároláson túl a növényi szervezetek biztosítják a földön a táplálkozás folyamatát, s szolgáltatják a legalapvetőbb energiát, az élelmiszerenergiát. A biomassza fogalma azonban egyre inkább hozzáíró az ipari szintú energiatermelés fogalmához. Ezen a területen ma már nemzetközileg használt megjelölés. Sok országban energiagazdálkodási célokra biomasz- sza-termelés folyik, vagyis olyan növényzet fokozott ütemú termelése, amely aránylag rövid idő alatt tiszta tüzelőanyaggá (alkohol, metanol, metán stb.) alakítható át. A biomassza megújuló energia- forrás. Előnye, hogy bármilyen energiaformává átalakítható: villamos energia, motorhajtó üzemanyag, égethető gáz stb., s utána a szén, kőolaj, földgáz helyettesítésére egyaránt alkalmazható. Átalakított formájában könnyen tárolható, s felhasználásakor nem szennyezi a levegőt kéndioxiddal, mint az eddig használt szénhidrogének. Energiaátalakítási eljárások A biomassza energiaátalakítása az alábbi eljárásokkal valósítható meg: Égetés: a közvetlen hőtermelés lehetősége adott. A fa a leggyakrabban alkalmazott tüzelőanyag azóta, hogy az ember felfedezte a tüzet, de a régóta ismert és alkalmazott tűzhelyeinkben égetve nem hatékony tüzelőanyag. Az iparilag fejlett országokban a fának, mint égetéssel hasznosítható energiahordozónak, nincs nagy jelentősége. Gazdaságosabb, ha más úton hasznosítjuk a benne megkötött energiát. Égetéssel energetikai célokra inkább növényi hulladék és faapríték hasznosítható. Az ún. hulladéktüzelésű kazánoknál automatizált adagolással rendkívül jó hatásfok biztosítható. A világ több országában jelenleg már működő Kolbach- rendszerü hulladéktüzelésú hőközpontok még 45%-os nedvességtartalmú kukoricaszár tüzelésénél is kielégíthető hatásfokkal dolgoznak. Dániában például a Passath-cég évente 15 000 db hulladéktüzelésű kazánt dob piacra - a kereslet ennél jóval nagyobb. Pirolizis: faszén, cseppfolyós és gáznemú üzemanyagok, vegyipari alapanyagok gyártására alkalmas eljárás. Ha fát vagy más cellulóztartalmú biomasszát a levegő jelenléte nélkül hevítünk, akkor az úgy fizikailag, mint kémiailag felbomlik gázok és folyadékok keverékére, miközben faszén keletke; zik. Az ember már a civilizáció kezdete óta ismeri a szénégetést. Rájött, hogy a faszénnek a fával szemben számos előnye van: nagyobb a fűtöértéke, jobb égést biztosít, kevésbé szennyezi a környezetet stb. A szénégetés primitiv technológiájával azonban nem hasznosíthatta a melléktermékként keletkezett nagyenergiájú folyadékokat és gázokat. A modern eljárások ma már lehetővé teszik, hogy ezeket felhasználjuk. A folyékony energiahordozók közül pirolizis útján a metanol állítható elő, amely kiváló motorhajtó üzemanyag. Fűtöértéke csupán 50 százaléka a benzinnek, de előnye, hogy kevésbé szennyezi a környezetet. Több kutatóintézet kimutatta, hogy a jelenlegi motoroknál, ha a benzinbe 20 százalék metanolt keverünk, semmiféle átalakítás sem szükséges. A metanol nagyobb részaránya a benzinben a porlasztó és az üzemanyagrendszer átalakítását kívánja. Biobrikettgyártás: a rossz fizikai és gazdasági szállíthatóságú biomassza és hulladékainak brikettá- lása. Tüzelése, fűtöértéke teljesen hasonló a szénbrikettéhez. Á biobrikett (az USA-ban elfogadott kereskedelmi neve szerint WOD- DEX) további feldolgozásra, átalakításra, bármilyen célra hasznosítható. Aerob erjesztés: alkohol- metanolgyártás üzemanyagként, vegyipari alapanyagként. Brazíliában a helyi adottságok miatt az üzemanyag-termelés e módszerének technológiai lehetőségei nem is szorulnak kutatásra, hiszen a pri- mér energiahordozók csaknem 30 százaléka a cukornád és manióka keményítőséből nyert alkohol. Az eljárás hátránya, fíógy az energetikai biomassza-termelés rendkívül nagy termőföldterületeket igényel, s az erjesztés melléktermékeinek környezetszennyező hatása van. Ennek ellenére a nálunk régen eltűnt szeszkrumpli, édescirok, valamint a cukorgyári mellék- termék több országban az etanol- gyártás alapanyagául szolgál. A valamikor zugpálinkafözdékben előállított égetett szesz önköltsége alapján várható, hogy az etanol energetikai célú nagyüzemi előállítása versenyképes árak mellett nálunk is megvalósítható lesz. Anaerob erjesztés: a biogázgyártás, főleg a „nedves biomasz- sza“ igen jó hatásfokú eljárása. Kényelmetlen és környezetszeny- nyezö hulladékok (trágyák, szennyvizek stb.) leghatékonyabb kezelési eljárása. A biogáz (2/3 metán és 1/3 COz) előállítása két fokozatban a levegő jelenléte nélkül valósul meg. Az első fokozatban a szerves anyagokra savter- melö baktériumok hatnak, melyek a fehérjéket és szénhidrátokat szerves savakra bontják. A második fokozat a fermentációs, gázo- sító folyamat, amelynek során metántermelő baktériumok hatására biogáz keletkezik. Előnye, hogy az eljárás során keletkező hulladék nem szennyezi a környezetet s trágyaként jól hasznosítható. A biogáz kisüzemi méretű előállítása biogáztelepeken történik. Ma a világon 7 millió biogáztelep működik főleg India és Kína háztartásaiban, ahol főzéshez és világításhoz biztosítják a szükséges energiát. Jelenleg a fejlett országokban a nagyüzemi korszerű technológiák első generációs változatainak lázas fejlesztése folyik. A biogáztelepek közismert erjesztési módszereitől már eljutottak a bioreaktorokig. A bioreaktorokban az erjesztés pontosan szabályozott: az erjesztő baktériumok faja, mennyisége, a teljes fermentáció folyamata irányított. Például az NSZK- ban már 16 millió köbméter biogázt állítanak elő évente bioreaktorokban, amit villamos-energiatermelésre, motorok üzemanyagaként és a városi gázszolgáltatásban használnak fel. Sok országban elterjedtek az iparszerű állattartó telepek mellett működő, azok istállótrágyáját hasznosító bioreaktoros erőmüvek. Nálunk az elkövetkező években különböző technológiák kipróbálása után indul meg a fejlesztés. A biogáztelepek, a bioreaktorok metántermelése ma még nem versenyképes a hagyományos energiahordozókkal. A környezetvédelmi követelmények kielégítése miatt azonban, más eljárások beruházási és üzemviteli költségeivel összehasonlítva, hosszú távon nagyon kedvező kezelési eljárás. A továbbiakban megismerkedünk a nálunk alig ismert biogáztelep működésével. A biogáztelep A biogáztelep megvalósításának 100-nál több módszere ismeretes. Az alábbiakban az Indiában legelterjedtebb biogáztelep szerkezetével ismerkedhetünk meg. Ennek két fő alkotórésze az erjesztő tartály és a felette elhelyezkedő biogáz-tartály. Az erjesztő tartály henger alakú, magassága 3-6 m, átmérője többnyire 1,5 m. Téglából vagy betonból készül, középen egy fallal van kettéválasztva. Az erjesztőtartályhoz töltő és ürítő csatorna kapcsolódik. A biogáztartály henger alakú fémedény. A felhalmozódott gáz nyomásának szabályozása érdekében függőleges irányban mozgatható. A vízzel kevert hulladékanyag rendszeresen adagolva kerül az erjesztő tartályba a töltő csatornán keresztül. A töltéssel egyidejűleg a betöltött anyag mennyiségének megfelelő hulladék távozik a tartályból az ürítő csatornán keresztül. Erjesztésre a legalkalmasabbak az állati és emberi fekáliák és apróra vágott növényhulladékok A biogáztelep elhelyezésekor néhány fontos szempontot nem szabad figyelmen kívül hagyni. Nagyon fontos, hogy a biogáztelep ki legyen téve-a napsugaraknak és ne érje a széljárás; ne legyen túl távol elhelyezve a lakóháztól, hogy biztosítható legyen a gáz közvetlen csatlakoztatása jó nyomás mellett; az ivóvizet szolA biomassza energetikai hasznosításának lehetőségei A biogáztelep keresztmetszete: 1-töltő csatorna, 2-erjesz- tő tartály, 3-bio- gáz-tartály, 4- ürítö csatorna, 5-gázvezeték gáltató kúttól legalább 20 m távolságban legyen elhelyezve, hogy az erjesztés normális menetének felborulása esetén ne okozhasson fertőzést. A biogázt előállító baktériumok munkáját nagyon befolyásolják a külső körülmények. Az erjesztés folyamatának a levegő jelenléte nélkül kell végbemennie és biztosítani kell a megfelelő hőmérsékletet. Ideális, ha az erjesztő tartályban a hőmérséklet 25-30 °C között van. Alacsony hőmérséklet esetén a gázosítás lelassul. 15 °C hőmérséklet alatt a gáztermelés leáll. A téli hónapokban a trópusok kivételével a biogáztelepek többnyire nem üzemeltethetők. A biogáztelep megépítése után az erjesztő baktériumok a biogáztelep nagyságától és a külső körülményektől függően 30-60 nap alatt megkezdik a gáztermelést. Legideálisabb, ha az indításnál az erjesztéshez tehéntrágyát alkalmaznak, mert ez tartalmazza a legtöbb erjesztő baktériumot. Lényeges, hogy vegyi anyagok (pl. szappanos víz) ne kerülhessenek az erjesztő tartályba, mert megmérgezik a baktériumokat, ami a gáztermelés fokozott csökkenéséhez vezet és az azelőtt tiszta, szagtalan gáz kellemetlen bűz hordozójává válik. A keletkező biogáz kékes lánggal ég, fűtöértéke eléri az 5500 kcal/m3 értéket. Naponta 2-4 tehén után 2-3 m3 biogáz nyerhető, amely hat személyes indiai háztartás napi teljes energiaigényét fedezi. Világítás és főzés mellett motorhajtó üzemanyagként is alkalmazzák (pl. öntözésnél), ahol az óránkénti fogyasztás 45 m3/ló- erő. 1 m3 biogázzal 3,6 kg fa, 0,6 liter benzin, 5 kwó villamos energia helyettesíthető. A biogáztelepről erjesztés után kikerülő hulladék magas nitrogéntartalma miatt szántóföldek trágyázására hasznosítható. Indiai és kínai kísérletek szerint a biogáztelepeket üzemeltető vidékeken ilyen trágyát alkalmazva a terméshozam 20 százalékos növekedését érték el. Általánosságban megállapítható, hogy a biomassza energetikai hasznosításának eszközei, technológiái, az alkalmas eljárásai ismeretesek, és sok országban elterjedtek. Kutató-fejlesztő, illetve adaptációs munkák által, de még inkább a know-how. átvétellel gyorsan lehetne a biomassza energiahordozót nálunk is hasznosítani. Valójában a teendő még igen sok: tudati, ismereti akadályok felszámolása után meg kell teremteni annak lehetőségét, hogy a biomassza fejlesztési forrásai azonos megítélés alá tartozzanak más energetikai ágazatokkal. Remélhető, hogy az elkövetkező években a hiányzó eszközök megteremtésével nálunk is termelésbe állítjuk a biomasszát. KOVÁCS ZOLTÁN Műanyag a TGV alatt A világ leggyorsabb vasútja, a franciaországi TGV olyan felépítményen fut, amelynek összetételében - most először - poliamid műanyagot is alkalmaznak- nak. Vele a sín leerősítését rugalmasabbá s a sínt a vonat áthaladásakor támadó terhelések és rezgések iránt ellenállóbbá teszik. A poliamidot a sín, a betonalj és egy acél rugólemez közé helyezik, s mind-ezeket egy síncsavarral kötik össze. Ennek a Franciaországban kifejlesztett poliamidnak Tech- nyl a márkaneve. Technylból már kerékpárpedált is készítettek, és szó van róla, hogy a francia „csupa műanyag“ kerékpár szintén belőle készül majd. (La Recherche) (A szerző rajzai) Biogáztelep egy indiai háztartásban
