Dr. Barótfi István

A BIOMASSZA 
mint alternatív energiaforrás

A biomassza a legősibb energiaforrásunk. Ezt az energiaforrást hasznosítja az ember mindennapi életében, és használja ki a legkülönbözőbb módon más élőlények munkavégzésének felhasználásával is. A technika és műszaki haladás vívmányai azonban egyre nagyobb energiasűrűségű és kényelmesen hasznosítható, illetve átalakítható energiaforrás igényét és egyben lehetőségét teremtették meg. A biomassza energetikai hasznosítása ennek következtében visszaszorult, és ma már csupán érdekességnek, elkötelezett környezetvédők indokolatlan próbálkozásának tekintik a fejlett országokban.

Ma már tudjuk: az energetika egyedül járható útja, a meglevő készletekkel való következetes takarékoskodás, másfelől a szükségletek minél nagyobb mértékben megújuló energiaforrásokból történő biztosítása. E világos és egyértelmű megfogalmazás azonban nehezen valósítható meg a gyakorlatban. A hatalom rövid távú ígérgetései és a tudomány előretekintő figyelme nemigen tud azonosulni, és ennek következtében immáron több évtizedes válság állandó megoldási kényszerében él a világ.

A megújuló energiaforrások széles körű alkalmazásának problémája még tovább bonyolódik a biomassza energetikai célú hasznosításában. 
 

Biogáz telep Nepálban

A biomassza felhasználásának kérdése világosan megmutatja, hogy az energetikai célú hasznosítás, az energia-megtakarítás és a megújuló energiaforrások alkalmazásának szükségessége alapvetően nem ökonómiai kérdés. Miközben globális méretekben és távlatokban az energetikai problémákkal azonos gondokat okoznak az élelmezési problémák, egyes térségekben az élelmiszer-túltermelés és a gazdaság nagy energiaéhsége energiahordozóként képes élelmiszert használni. A biomassza energetikai hasznosítása tehát energetikai, környezetvédelmi és élelmezési kérdésként kezelendő, és e bonyolult összefüggésrendszerben a pillanatnyi és távlati, a helyi és globális vonatkozások gyakran nem mutatnak egy irányba.

A "sárga veszedelem"

A XXI. század legnagyobb problémája a jelenlegi jelentős életszínvonalbeli különbségek kiegyenlítődése irányában történő változás. Ezt a természetes igényt nem lehet az emberiségtől elvitatni, ugyanakkor a következményei beláthatatlanok. A probléma megoldásának nehézsége éppen ebben van.

Az életszínvonal csekély mértékű javítása, elsősorban a harmadik világban, az energiafelhasználás és a környezetszennyezés jelentős mértékű növekedését jelenti. Az energiafelhasználás növekedése a XXI. században még elsősorban nem abból a szempontból okozza a gondot, hogy a meglevő energiakészleteinket nagymértékben feléljük a jövő generációja elől, hanem hogy az energiafelhasználás és ezzel a légkör széndioxid-növekedése olyan klímaváltozást eredményez, melynek hatása ma még teljességgel fel sem mérhető.

Az energiafelhasználás növekedésével -- az e témában folyó szép számú kutatás-fejlesztési munkák és a kormányoktól remélt hatékony energia-megtakarítási intézkedések ellenére -- az iparilag fejlett országokban is számolni kell, de az igazi gondot a harmadik világban várható életszínvonal és ennek következményeként jelentős energiafelhasználás-növekedés jelenti. A probléma érzékeltetésére álljon itt Kína példája (a Pekingben rendezett 41. Pugwash-Konferencián elhangzott előadások adatai alapján), mely e három említett vonatkozást egy térségre vonatkoztatva szemlélteti:

"Ha Kína felemelkedik, megremeg a világ", szólt egy könyv címe (néhány éve jelent meg), amely a sárga veszedelemre világít rá. A sárga veszedelem a következő években ugrásszerűen megnövekedhet, persze nem egy esetleges háború, hanem a kínaiak szerényjómódja miatt. Hogy ezek az emberek egy szerény jómódot akarnak elérni, ezt nem lehet rossz néven venni. A jómód egyszerűen csak azt jelenti, hogy mindennapi élelmezésük biztosítható. Ennek egyik feltétele, hogy a megtermelt élelmiszert tárolni és beosztani tudják. Ehhez célszerűen el kell terjednie a hűtőszekrénynek. A hűtőszekrények ugyanakkor energiafelhasználás-növekedést idéznek élő, és ennek mértéke a kínai lakosság esetében igencsak számottevő. Kína jelenleg is már 1,154 milliárd embert, közel a világ népességének egynegyedét jelenti, ugyanakkor a fejenkénti energiafelhasználás 1990-ben 35 GJ volt. (Ausztriában például 144, tehát több mint négyszeres.) Kínában a széndioxid-emisszió a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből 1990-ben kereken 2350 millió tonnát tett ki; ez kevesebb, mint a fele az USA-énak, noha Kínában több mint négyszer annyi ember él, mint az USA-ban. A széndioxid-kibocsátás lakosonként és évenként 1,9 tonna; világátlagban 4,1 tonna/fő évi értékkel számolnak. Kínában az energiaszükséglet 75 százalékát szén fedezi. 20 százalékot tesz ki az ásványolaj. A füstgáz-kéntelenítő berendezések hiánya Kína déli, délkeleti részén (évente 15 millió tonna kéndioxidot engednek az atmoszférába) a savas eső következtében rendkívül nagy károkat okoz. Hasonlóan nagy terhelést jelentenek a városi háztartásokban főzésre és fűtésre felhasznált szén (évente kb. 200 millió tonna) eltüzelésekor keletkező égéstermékek. A szakemberek az energiafelhasználás és ezzel a széndioxid-kibocsátás évenként 3 százalékos növekedésével számolnak. Ha Kína és a harmadik világ más országainak életszínvonala némileg emelkedik, akkor az ennek következtében megnövekvő energiafelhasználás (csak a felét érje el, mint a fejenkénti európai átlag) véglegesen üvegházat csinál a Földből.

Az élelmiszerellátás, a környezetterhelés és az energia-kérdés tehát bonyolult összefüggésben kíván hosszú távon is fenntartható kompromisszumot. Minthogy globális problémáról van szó, a megoldásban a világ országainak közösen kell kivenniük a részüket. Magyarország részére is fontos feladat, hogy éghajlati viszonyainak és mezőgazdasági adottságainak megfelelően mindent elkövessen a megújuló energiaforrások minél szélesebb körű hasznosítására, az energiatakarékos technológiák kidolgozására és alkalmazására. Ezeknek a törekvéseknek nemcsak a hazai mezőgazdaság számára kell eredményre vezetniük, hanem példaként kell szolgálniuk a harmadik világ országai számára is.

Mezőgazdasági termelési modellek

A magyar mezőgazdaság jelenlegi krízise a térség társadalmi-gazdasági átalakulásával járó piacvesztés, a tulajdonviszonyok átrendeződése következményeként jelenik meg, azonban a kibontakozás lehetőségének elemzése kapcsán arra is fény derül, hogy a mezőgazdaság termelésével kapcsolatos problémák előbb-utóbb ettől függetlenül is megjelentek volna. A történelmi és külföldi példák tapasztalatai abban erősítenek meg, hogy a mezőgazdasági tevékenység újragondolása nemcsak a hazánkban kialakult társadalmi-gazdasági változásokkal függenek össze, hanem alapvetően az emberi tevékenység eddig megszokott iránya vezetett el egy tovább már nem folytatható helyzetbe.

A mezőgazdaság alapvető krízisének valódi oka abban rejlik, hogy az ember a technika nyújtotta lehetőségeket felhasználva a természeti erőforrások mérhetetlen kizsákmányolására rendezkedett be. Ez a mezőgazdaságban megkettőzve jelentkezik: egyfelől az igénybe vett technikai eszközök üzemeltetéséhez jelentős energiamennyiséget használ fel, másfelől ezeket a lehetőségeket a termőföld közvetlen kizsákmányolására fordítja, nem törődve a természetben okozott maradandó károkozással, a jövő tartalékainak biztosításával.

Ezek a gondok megjelennek a látszólag kiegyensúlyozott nyugat-európai országok mezőgazdaságában is, de a meglévő piac, az állam adminisztratív, pénzügyi beavatkozásai következtében ezek a problémák nem vetődnek fel olyan élesen, mint Kelet-Európában. A mezőgazdaság számára a perspektívát az a modell jelentheti, ahol ezek a gondok kiegyensúlyozott, a környezettel harmonikus egységben levő, fenntartható fejlődést biztosítanak.

Ha a mezőgazdasági termelést az előzőekben megjelölt szempontok szerint vonjuk vizsgálat alá, leegyszerűsítve a következő modelleket állíthatjuk fel:

Ősmodellnek tekinthetjük azt a mezőgazdasági termelési formát, melyben az ember a saját szükségleteit már tudatos mezőgazdasági tevékenységgel elégítette ki úgy, hogy a termeléshez saját és állati erőforrásokat használ fel, a termelés hatékonyságának növelése érdekében csak természetes hozamfokozókat (trágyát) alkalmaz, és a rendszer kimenetében megjelenő termékek mennyisége a mai értékekhez viszonyítva csekély, a termelés melléktermékeit, illetve hulladékait a termelésbe forgatja vissza. (Ez a termelési forma hosszú időn keresztül meghatározó volt, tulajdonképpen egészen a tudományos-technikai forradalom kezdetéig.) A rendszer működése idegen erőforrást nem igényel, a rendszerből hasznosítatlan idegen anyag távozik. Az ősmodell tehát mind az erőforrások, mind pedig az emissziók szempontjából rendkívül előnyös.

Ökonómiai modellnek tekintjük azt a mezőgazdasági termelési formát, melyben a termelés hatékonysága a meghatározó. A cél érdekében a termelés erőforrásai, az energia, a hozamfokozók jelentős mennyiségben kerülnek felhasználásra, és az előállított termékekben számos idegen anyag jelenik meg, ugyanakkor a melléktermékek, illetve hulladékok felesleges teherként jelentkeznek. Ez a termelési modell nagy inputtal és sok emisszióval jellemezhető. Indítékként a föld lakosságának eltartása érdekében a minél nagyobb mennyiségű szükséges élelmiszertermelést említik. Ez a modell az ősmodellt váltotta fel, és a technikai fejlődéssel fokozatosan terebélyesedett, mind az alkalmazott technológiai eszközök, mind pedig a földi kiterjedését tekintve. Lehetővé tette a sivatagban és az északi sarkkörön is a mezőgazdasági termelést, amit a technikai fejlődés nagy eredményének tartott az ember.

Ökológiai modellnek tekinthetjük azt a mezőgazdasági termelési formát, melyben a termelés hatékonyságát minimális idegen forrás igénybevételével és emisszió mellett teljesítik.

Mindhárom modellnek vannak előnyei és hátrányai. Az ősmodell forrásoldali és a kibocsátásbeli előnyei nem jelenthetnek példát a kis termelési eredményei miatt. Az ökonómiai modell termelési eredményei nem tarthatók hosszú távon a nagy energia- és műtrágyaigény, illetve a termékekben egyre számottevőbb nemkívánatos anyagok miatt. Az ökológiai modell célkitűzései a forrás és kibocsátás oldaláról egyaránt kedvezőnek tűnnek, csupán a modell belső összefüggései és a megvalósítás jelenlegi perspektívái szorulnak vizsgálatra.

Az Ökológiai modell alapkérdése, hogy miként lehet a mezőgazdasági termelés külső erőforrásait és kibocsátását a lehető legkisebb mértékűre csökkenteni a biológiai lehetőségek kiaknázása mellett. A külső erőforrások csökkentésének egyik jelentős eszköze, ha a termelés során előállított biomasszát használják fel energiaforrásként.

Talajerőfenntartás és biomaszatermelés

A talajok biológiai állapota és az azt kifejező talaj mikroorganizmusok számának és arányának jelentősége alapvető fontosságú a növénytermesztés szempontjából. A mikroorganizmusok feltárják a talajban lévő szerves anyagokat és a nyers tápanyagokat, azokat kész növényi tápláló anyagokká alakítják, és így -- mintegy közvetve -- táplálják a növényeket. Nélkülük megszűnne a növényi élet. Ezeknek a mikroszervezeteknek a kedvező fizikai életfeltételei csaknem azonosak a növényekével. A megfelelő nedvesség, levegő és hőmérséklet együttes hatása annál jobban érvényesül, minél jobban ellátott a talaj a mikroszervezetek táplálékával, elsősorban a szerves anyagokkal.
 

A mátraházi kallómalom belseje
MTI-fotó, H. Szabó Sándor

A szerves anyagok az élő növényi szervezetek elhalt maradványaiból jönnek létre: ide tartozik az istállótrágya, a szalma és a kukoricaszár, a leszántott zöldtrágyák és az elhaló tarló- és gyökérmaradványok. Számos vizsgálat egybehangzó eredménye szerint a talajok szervesanyag-tartalmát a legnagyobb mennyiségben a tarló- és gyökérmaradványok pótolják. Ezek leszántásával friss szerves anyag kerül a talajba, ott lebomolva természetes kelátképzőkké alakul, s ezen keresztül hozzájárul a műtrágyával a talajba juttatott tápanyagok megtartásához, a talajok kémhatás-viszonyainak javításához is. Ezt a szerepet töltik be az energianövények tarló- és gyökérmaradványai is.

A természetes ökoszisztémákra jellemző a szerves anyag felhalmozódásának és lebomlásának dinamikus egyensúlya. Az adott viszonyok között kialakított, az ember által befolyásolt ökológiai rendszerek akkor tölthetik be szerepüket a természet károsítása nélkül, ha megteremtjük és fenntartjuk a talaj szerves anyagának megőrzéséhez, szükséges utánpótlásához és lebomlásához nélkülözhetetlen feltételeket.

Azok az elképzelések, melyek szerint a szalma és a kukoricaszár jelentős szerepet fog játszani az ország, vagy akárcsak a mezőgazdaság energiaellátásában, csak bizonyos mértékig tekinthetők elfogadhatónak.

Ezeknek az anyagoknak a legjobb és leggazdaságosabb felhasználása az lehet, ha leszántásuk révén a talaj humuszvagyonát gyarapítják, hozzájárulhatnak a talajélet ideális fenntartásához és a növények táplálásához, tartozzanak azok akár az árutermelő, akár az energiatermelő növények közé.

Elfogadható ugyanakkor a túltermelési válsággal küzdő mezőgazdasági termelésben az energianövények termesztése alternatív megoldásként az árutermelő növények termesztésével szemben, ami elősegíti a válság leküzdését, áthidalását anélkül, hogy emiatt parlagon, illetve műveletlenül kellene tartani esetleg jelentős területeket. A biomassza-termelés a talaj ésszerű megművelését, a termőterület növényállománnyal való borítását segíti elő, ez pedig az erózió (szél- és vízerózió) elleni védekezés egyik fontos eszköze, ezáltal előnyösen járul hozzá a talajvédelemhez.

A biológiai energiahordozók termelése nemcsak lehetővé teszi, de elő is segíti, hogy az ilyen termőterületek biztonságos elhelyezőivé és hasznosítóivá váljanak olyan hulladékoknak és melléktermékeknek (hígtrágya, szennyvíz, szennyvíziszap), amelyek egyébként terhelői lennének a környezetnek, illetve amelyeknek másfajta mezőgazdasági elhelyezése és hasznosítása az élelmiszerlánc potenciális szennyezését okozná, végső soron az ember egészségét is veszélyeztethetné. A bioenergia-hordozók termesztése jól összekapcsolható a másodlagos biomassza körébe tartozó összes melléktermék ártalommentes és környezetbarát mezőgazdasági hasznosításával.

Kedvező környezeti hatás az is, hogy a bioenergia-hordozók termelésével és hasznosításával a mezőgazdasági termelők jórészt vagy teljesen függetleníteni tudják magukat a fosszilis energiahordozóktól és a velük gyakran együtt járó, rendszerint kiszámíthatatlanul jelentkező árváltozásoktól.

A biomassza és a vízszennyezés

A szennyvízelhelyezés és az iszaphasznosítás lehetőségének megteremtése és előmozdítása révén az energia céljára szolgáló növények termesztése előnyösen befolyásolja a felszíni vizek védelmét, hiszen az ilyen területeken elhelyezett és megtisztuló szennyvizek, valamint a szennyvíziszapok már semmiképpen nem terhelik és nem veszélyeztetik az élővizeket.

A termőterületek növényi borítása -- éppen a korábban említett eróziócsökkentés révén -- azáltal is hozzájárul a felszíni vizek védelméhez, hogy megakadályozza a talajrészecskék és a hozzájuk tapadó egyéb anyagok (például kemikáliák) elsodrását és a vizekbe jutását, ezáltal csökkentve a vizek szerves anyagokkal és növényi tápanyagokkal való szennyezését, valamint feliszapolódását.

Széndioxid-növekedés

A légkör jelenlegi mértékű széndioxid-növekedése katasztrofális hatással jár, elsőként közvetlenül a mezőgazdaság számára. A mezőgazdaságbárt ez a kérdés több szempontból is alapvető jelentőségű. Mindenekelőtt -- a klimatológiai prognosztizálás szerint -- a szubtrópusi klímazóna a sarkok felé vándorol. Ez azt jelenti, hogy a mérsékelt övi területeken, mint Magyarországon, Ausztriában vagy Észak-Olaszországban nyáron nagyobb gyakorisággal fordulnak elő hosszabb száraz periódusok. Hasonlóan tolódik el az éghajlat az USA-ban a kukorica- és búzaövezeteknél is.

Ma még nem ismerjük pontosan, hogyan zajlik le ez a folyamat, és milyen hatással lesz az aratásra. Nehéz megbecsülni, hogy ezek a változások milyen hatást eredményeznek a növekedési feltételekben Európa és Észak-Amerika területein. A klímazónák elmozdulása nagyobb mértékű, mint amit be lehet látni.

Az erdészet számára a hatások még kritikusabbak, mivel a jelenlegi erdőállomány az alig néhány évtized alatti 2-3 °C-os hőmérsékletváltozáshoz aligha tud alkalmazkodni.

A mező- és erdőgazdaság másik szempontja a növények szerepe a szén körfolyamatában. A kérdés az, hogy a melegedés hatására hogyan alakul az atmoszférában a széndioxid. A növényekben a szárazanyag 40-60 százaléka szénből áll, amelyet a növények a levegőben lévő széndioxidból vesznek fel a fotoszintézis során. Elegendő vízellátásnál a növekvő széndioxid a levegőben nagyobb növekedéshez vezethet. A növények képessége, hogy több széndioxidot vegyenek fel a levegőből, a szénanyagok tárolása szempontjából is vizsgálatra szorul. Ez különösen az erdőállomány szempontjából igaz. Az erdőállomány növekedése Európában a szénanyag növekedését jelentené a biomasszában, és ezzel egy ellenhatást az üvegházhatással szemben. Ugyanilyen fontos a szénanyagok tárolása a fosszilis energiaforrások biomassza segítségével történő pótlásának lehetőségénél.

A felsorolt néhány hipotézis csupán a széndioxid-növekedés közvetlen mező- és erdőgazdasági vonatkozásaira utalt, és nem érintette az emberre, az állatvilágra közvetlenül ható változásokat.

A biomassza energetikai hasznosítása

A biomassza energetikai hasznosítása nem újkeletű, de a technikai fejlődés a fosszilis energiahordozók alkalmazásának széles körű elterjedését eredményezte, és ebben az első jelentős törést az ún. energiaválság kirobbanása okozta. Ez természetesen nem véletlenül -- arra az időszakra esik, amikor az emberiségnek a környezetvédelemmel kapcsolatos első széles körű összefogására is sor került. Ez azt jelenti, hogy a biomassza energetikai hasznosításának különböző műszaki-fejlesztési kérdései együtt haladnak a környezetvédelmi összefüggések feltárásával.

Kezdetben a biomassza energetikai hasznosításának műszáki megoldásainál hasonló vizsgálatok folytak, mint az azonos célú, más műszaki rendszerek esetében. Az egyik ilyen -- talán legkézenfekvőbb -- hasznosítás a biomassza közvetlen eltüzelése. Ennek környezetvédelmi kérdéseit ugyanúgy vizsgálták, mint bármely más tüzeléstechnikai rendszert, nevezetesen azt nézték, milyen emissziós értékekkel kell számolni a biomassza eltüzelésénél, és ezek hogyan viszonyulnak a hagyományos fosszilis tüzelőanyagok eltüzelésekor tapasztaltakhoz viszonyítva. ugyanilyen megközelítésben folytak később a vizsgálatok más hasznosítási területeken is, mint például a különböző folyékony bioenergia-hordozók és a biogáz esetében is.

A biomassza energetikai hasznosításánál ezeknek a vizsgálatoknak az eredményei nem mindig voltak kedvezőek, mindenféle műszaki megoldás és teljesítmény-nagyságrend esetén, de végül is környezetszennyezés szempontjából többnyire nem merült fel akadály a hasznosítás megakadályozására. Sőt sok esetben, elsősorban a biogáz esetében, az energetikai célú hasznosítást a környezetvédelmi előnyök hangsúlyozásával ajánlották.

Az utóbbi években a biomassza energetikai hasznosításának a környezetvédelemmel kapcsolatos megítélése alapvetően megváltozott. Reális képet akkor kapunk, ha a környezetvédelmi összefüggéseket nemcsak az emisszió kérdésére szűkítjük le. Ma már nem az a kérdés, hogy a biomassza energetikai hasznosításánál a környezetbe jutó szennyező anyagok mértéke a hagyományos energiahordozókhoz képest hogyan alakul, hanem az a legfontosabb szempont, hogy a fosszilis energiahordozók használatával együtt járó üvegházhatás kiküszöbölésére egyedüli megoldásként jelentkező megújuló energiaforrások részarányát miként lehetne jelentős mértékben megnövelni.

Tehát nem azért kell a megújuló energiaforrások alkalmazásáért tenni, mert ezzel egy korszerűbb, kényelmesebben használható új energiaforrás birtokába jutunk, hanem azért, mert ez az egyetlen kényszerű lehetőség. A kérdés tehát a biomassza energetikai hasznosításában sem az, hogy ez az energiaforrás mennyivel jobb vagy olcsóbb a földgáznál, esetleg a tüzelőolajnál, hanem az, hogy milyen módon lehet elősegíteni ennek az alternatív energiaforrásnak a minél szélesebb körű elterjesztését.

A tendencia ismert, a változtatásra a lehetőség adott. A mezőgazdaság a megújuló energiaforrások, mindenekelőtt a biomassza energetikai hasznosításában sokat tehet a légkör széndioxid-változásának alakításában.

A biomassza termelése és az energiafelhasználás kölcsönös hatással van egymásra. A fenntartható fejlődés reális lehetősége a biomassza energetikai célú hasznosítása, melyet az élelmiszer-felhasználás elsődleges célkitűzése mellett kell megvalósítani.

Persze az erőfeszítések ellenére mind az alternatív energia felhasználásában, mind az energetikai hatásfok emelésében a következő években a széndioxid-emisszió jelentékeny emelkedésével kell számolni. Ennek mértékét azonban döntően befolyásolja, hogy a fejlett országok milyen jó példával tudnak elől járni a magas fosszilisenergia-felhasználás és ennek következtében a széndioxid-emisszió csökkentése érdekében.