Soha ennyi megkeresés (levél-telefon) nem érkezett még a VÍRUSNAPLÓ szerkesztőségéhez, mint az április 26-án megjelent, klímaváltozásról szóló bejegyzés kapcsán. Külön nagyon figyelemre méltó, hogy több környező ország környezetvédelemmel és energetikával foglalkozó magas rangú tisztségviselője is érdeklődött a kommunális- és ipari hulladék megsemmisítéssel kapcsolatos, zéró káros-anyag kibocsájtású, elektromos energiát termelő erőműről Az erőmű kivitelezési- és beruházási tervdokumentációját angol nyelven továbbítottam az érdeklődőknek – a magyar olvasókat érdeklődését pedig egy rövid ismertetővel szeretném kielégíteni:
KLÍMA- ÉS KÖRNYEZETBARÁT ERŐMŰ ÉS ELJÁRÁS AZ ERŐMŰ MŰKÖDTETÉSÉRE
ENVIRONMENT PROTECTIVE POWER PLANT AND PROCESS FOR GREEN ENERGY PRODUCTION
Bevezető:
A magyar embereknél szeretnénk erősíteni a környezettudatosságot, ezért bevezetőnkben ismertetjük, hogy mekkora szén-dioxid kibocsátással jár megtermelni 1kWh villamos energiát Magyarországon.
A számításunknál az alábbi adatokból indultunk ki:
- A hazai villamosenergia-termelés 33,8 TWh volt 2010-ben
- Az import részaránya közel kb. 5,2 TWh
- A magyarországi villamos erőművek összesített CO2 kibocsátása 11,1 millió tonna
Jelenleg a paksi atomerőmű felelős a hazai villamos energiatermelés megközelítőleg 40%-áért és ennek során nem képződik káros anyag kibocsátás.
Az itthon megtermelt és importált villamos energiát összeadva megkapjuk, hogy 2010-ben az összes villamosenergia-felhasználás Magyarországon 39 TWh volt. Ha feltételezzük, hogy az importból származó villamosenergia megtermelése során is hasonló a fosszilis és nem fosszilis tüzelésű erőművek aránya a magyarországihoz, akkor az import villamosenergia megtermelése során kibocsátott CO2 mennyiség 12,8 millió tonna.
A villamosenergia fogyasztóhoz történő eljuttatása során veszteségek lépnek fel, ami a fogyasztott energiára vetítve közel 13,5%. Vagyis 1kWh elfogyasztott villamosenergiához kb. 1,135 kWh energiát kell előállítani.
Összegzésképp:
– 1 kWh megtermelt villamosenergia előállítása kb. 0,35 kg CO2 kibocsátással jár (A Mátrai Erőmű Zrt 2010-es jelentése szerint 0,37 kg)
– 1 kWh villamosenergia elfogyasztása (figyelembe véve a veszteségeket) kb. 0,375 kg CO2 kibo-csátással jár.
Egy 4 fős átlag család éves villamos energia fogyasztása kb. 4000 kWh, így ez évi 1,4 tonna szén-dioxid kibocsátást von maga után. Ezt is figyelembe kell vennünk a megújuló energiákba történő befektetésnél, nem csak az általános pénzbeni megtérüléseket.
Hulladékból energia:
A világon jelen pillanatban több eljárással is állítanak elő hulladék megsemmisítéssel energiát:
– Égetőkben hagyományos módon megsemmisítik (elégetik) a hulladékot és ebből energiát nyernek. Káros anyag kibocsátásuk miatt a környezetre nagy megterhelést jelentenek ezek az égetők.
– Pirolízis és termikus oxidáció egy – vagy két kamrában való megvalósítása – vagyis amikor egy- vagy két kemencében 850 °C hőmérsékleten a hulladékot elgázosítják. Mivel ezen eljárásban a hulladék megsemmisítése (égetése) oxigén jelenléte nélkül megy végbe a környezeti terhelés kisebb mint az előző eljárásnál. Keletkezett gázt elégetik és az így keletkezett hővel gőzt generálnak. Természetesen a keletkezett pirogáz elégetésekor a környezetre káros szén-dioxid keletkezik.
– A hulladék megsemmisítése plazmakémikus úton – vagyis a hulladék plazmakemencébe kerül, ahol 1700 oChőmérsékleten semmisül meg és a keletkezett pirogáz elégetésével gőzt generálnak – ilyenkor is keletkezik szén-dioxid.
A fenti erőművek az input anyag alacsony kalóriaértéke miatt csak hőenergiát állítanak elő, ha a mégis elektromos energia előállítása a cél, abban az esetben több mint 50%-ban szükséges hozzáadni fosszilis energiaforrásokat és így az előállított energia már nem minősül ”zöld” energiának. Valamennyi technológiánál a gáz élégetésekor CO2keletkezik, mely tovább súlyosbítja a klímaváltozás következményeit.
Az új technológia miben különbözik az eddig ismertektől?
– A világon léteznek plazmaerőművek, melyek hulladékot semmisítenek meg és pirogázt állítanak elő. A keletkezett gázt elégetik és az így keletkezett hővel gőzt generálnak. Vannak olyan változatai is, melyek a pirogázból nem hőenergiát állítanak elő, hanem földgáz vagy kőolaj hozzáadásával gázturbinát üzemeltetnek, és elektromos energiát termelnek, valamint hasznosítják a gázturbina hulladékhőjét.
– A világon már több felé is állítanak elő biodízelt algából. Ezek a technológiák olyanok, hogy tóban vagy csőrendszerben algát szaporítanak – keringetik, táplálékot és CO2-t adagolnak növekedésük elősegítése miatt – majd a leszűrt algamasszából különböző módon (préseléssel vagy ultrahangos módszerrel) kivonják az olajat és azt észterezve biodízelt állítanak elő.
A találmány több jelentős környezetvédelmi újítást tartalmaz:
A fenti két technológiát eddig még senki nem vonta össze – vagyis az elektromos energia termeléséhez a gázturbina meghajtására a pirogáz mellé még nem alkalmaztak algából előállított olajat vagy biodízelt, hogy így 100%-os „zöld” energiát állítsanak elő.
A gázturbináknál, melyek elektromos energiát termelnek, melléktermékként keletkezik egy úgynevezett kipufogógáz is, mely CO2-ttartalmaz és a légkörbe jutva nagymértékben károsítja a környezetet.
Az új megoldás szerint ezt a keletkező CO2-tnem engedik a légkörbe, hanem a gázturbinák szomszédságában működő algaüzembe vezetik és keverőrendszeren keresztül táplálékként az algaszuszpenzióba adagolják.
A fenti eljárás a termelt elektromos energiát 100%-ban „zöld” energiaként biztosítja – egyrészt azért, mert a pirogáz mellé nem kőolajszármazékokat adagolnak a gázturbina meghajtásához, hanem azért is, mert a károsanyag-kibocsátás zéró.
A gázturbina kipufogógázának szén-dioxid tartalma nem jut a légkörbe, a többi káros anyagot felfogó filterek pedig használat után a plazmareaktorba kerülnek és mivel a plazmareaktor veszélyes hulladék megsemmisítésre is alkalmas, így azok sem okoznak környezeti terhelést.
Az algaolaj kinyerése után visszamaradt algapogácsa az ipari és kommunális hulladékkal összekeverve a plazmareaktorba kerül.
Összefoglaló:
A klímaváltozás tragikus következményeit a tudósok megpróbálják új környezetkímélő technológiák bevezetésével enyhíteni, különösképpen igaz ez az energiatermelés és felhasználás területére.
Az új elektromos energiatermelő erőmű valójában klíma- és környezetbarát erőmű. A környezetet terhelő és káros gázokat kibocsátó ipari és kommunális hulladék számára nem kell sokmilliárdos költséggel tárolókat kialakítani, hanem megsemmisítésre kerül úgy, hogy még energiát is nyer az emberiség.
Az algák valójában termőterületet nem foglalnak el és olajhozamuk nagyobb a legjobb olajnövényekénél is. Az algából úgy állíthatunk elő bioüzemanyagot, hogy azt nem emberi táplálékból (repce, szója, gabona) tesszük. Az algák szaporodása állandó és évszaktól független – naponta többször is „aratható”.
A két üzemanyagot összevonva üzemel a gázturbina, mely elektromos energiát termel. A gázturbina hulladékhője egyrészt gőzturbinát hajt, mely szintén elektromos energiát termel, valamint energiát biztosít (fűti-hűti) az üvegházat, melyben folyik az algatermelés.
A technológia kockázat nélkül megvalósítható, mivel már ismert és működő technológiákat tökéletesít valamint ötvöz úgy, hogy ezáltal kíméli a környezetet (ártalmas hulladékot semmisít meg), nem használ fel kőolajszármazékokat és káros anyag kibocsátása nélkül nagy mennyiségű elektromos energiát termel.
AZ ÚJ ELJÁRÁS
A hulladékból pirogázt előállító plazmaerőmű, valamint az elektromos energiát előállító gáz-gőz kombinált ciklusú erőmű összevont technológia során az elektromos energia termeléséhez a gázturbina meghajtására a pirogáz mellé korábban még nem alkalmaztak alternatív energiahordozókat (pl. algából előállított olajat), hogy így zöld energiát állítsanak elő.
Tehát a szabadalom olyan új eljárásra vonatkozik, mely során a plazma-gáz-gőz kombinált ciklusú erőmű gázturbinájának meghajtására a fosszilis energiahordozók helyett alternatív energiahordozók (nem fosszilis szénhidrogéneket) kerülnek felhasználásra annak érdekében, hogy így zöld energiát állítsunk elő.
A fentieknek egy nevesített esete került ábrázolásra az elvi kapcsolási rajzon is. Az algából előállított olaj, mint energiahordozó választása esetén a kombinált ciklusú erőmű egy algaolaj előállító üzemmel bővül, mely szolgáltatja az alternatív üzemanyagot és egyben hasznos hozadékként megköti a kombinált ciklusú erőműben szükségszerűen keletkező üvegházhatású CO2 gázt is.
A 2002-ben kezdődött kutatások alapján 2010-ben került benyújtásra a találmány melyből 2015-ben új magyar szabadalom született:
Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala
Lajstromszám: 4074
Klíma-és környezetbarát széntüzelésű erőmű
Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala
Lajstromszám: 4078
Klíma-és környezetbarát gázerőmű
Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala
Lajstromszám: 4187
Alga-biodízel előállító üzem
valamint az összesítő találmány:
Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala
Lajstromszám: 230109
Zéró klíma-és környezetbarát erőmű és eljárás az erőművel zöld energia előállításra
A feltaláló és találmányok jogosultja: Kollár Ferenc (100%)
A fenti magyar szabadalom lényege: ipari és kommunális hulladék megsemmisítés és pirogáznyerés plazmakemencében, valamint az üvegházban termelt algából előállított algaolajjal és a nyert pirogázzal működő kombinált ciklusú erőmű melynek szén-dioxid kibocsájtása az algák táplálékaként kerül hasznosításra.
A kutatócsoport a plazmatechnológiát választotta:
A nagy energiájú plazmák előnyösen alkalmazhatók különféle anyagátalakítási folyamatok kivitelezésére. A nagy tömegben képződő kommunális és ipari hulladékok értékes alkotóinak kinyerése és újrahasznosítása. A plazmás eljárások, az egyéb termikus hulladékkezelési módszerekkel, köztük a hagyományos hulladékégetéssel összevetve, a következő előnyökkel rendelkeznek:
– A plazmákban uralkodó magas hőmérsékleten a szerves anyagok teljesen lebomlanak, a szervetlen hulladékok részben lebomlanak, részben megolvadnak és elüvegesednek; mindez a hulladékok térfogatának jelentős csökkenésével és a le nem bontható alkotók bezáródásával jár.
– A plazmareaktorokban a gázok áramlási sebessége viszonylag széles határok között változtatható; kis szemcseméretű, porszerű anyagok is jól kezelhetők ezekben a berendezésekben.
– A plazmákban időegység alatt kis térfogatban nagy mennyiségű anyag kezelhető; alacsonyak a fajlagos beruházási költségek, kisméretű, mozgatható egységek alakíthatók ki, amelyek alkalmasak különböző helyszíneken lévő szennyeződések, korábban kialakított lerakóhelyek felszámolására.
– A plazmareaktorok gázforgalma kisebb, mint a hagyományos égetőkemencéké; az RF plazmákban pedig a hőmérséklettől függetlenül tetszés szerinti gázatmoszféra biztosítható, ezáltal a kémiai folyamatok jól kézben tarthatók, a rendszer megbízhatóan működtethető.
– A plazma által kibocsátott erős ultraibolya sugárzás elősegít bizonyos bomlási folyamatokat, így például meggyorsítja a klórtartalmú szerves vegyületek bomlását.
– A térben jól körülhatárolt plazmaláng és a körülötte elhelyezkedő gázfázis között nagy hőmérséklet-különbségek lépnek fel, és mind a gázáramok, mind a szilárd részecskéket tartalmazó anyagáramok gyorsan befagyaszthatók; ily módon megőrizhetők a magas hőmérsékleten, nem egyensúlyi viszonyok között kialakult termékek, továbbá lecsökken az eredeti anyagok újraegyesülésének (rekombinációjának), vagy újabb káros anyagok kialakulásának valószínűsége.
A felsorolt előnyök miatt nem meglepő, hogy az utóbbi másfél évtizedben világszerte megélénkültek a termikus plazmák környezetvédelmi alkalmazására irányuló kutatások és fejlesztések. Ezek egy részét magáncégek kezdeményezik, de bőven találunk példát állami szerepvállalásra is: a Retech Inc. a világ egyik vezető cége a plazmák környezetvédelmi alkalmazásában. Veszélyes hulladékok kezelésére az ívplazmás centrifugális reaktoron alapuló PACT (Plasma Arc Centrifugal Treatment) eljárást fejlesztették ki. A PACT-8 rendszerben áthúzott-íves plazmaégőt használnak. A hulladékot a 2,4 m átmérőjű, nagy fordulatszámmal forgó üstbe adagolják. Az üstben az égőből kilépő, több ezer fokos gáz teljes tömegében egyenletesen olvasztja meg az anyagot. Az üst fordulatszámát csökkentve az erősen viszkózus olvadék az alsó kiömlőnyíláson keresztül a salakgyűjtő kamrába folyik, ahol lehűl és megszilárdul. A végtermék üvegszerű szilárd anyag, amit Monolithic Rock-nak neveztek el. Szerves anyagokat nem tartalmaz, a nehézfémek pedig oldhatatlan formában találhatók benne.
A környezetvédelmi előírások szigorodásával mindinkább előtérbe kerülnek a termikus plazmán alapuló eljárások. Ezeknél a magas hőmérséklet és a megfelelő reakciókörülmények miatt teljes a hőbomlás. Kedvezőek a hűtési viszonyok is: a magas hőmérsékletű plazmaláng és a környezet közötti, eleve nagy hőmérséklet-gradiensek különböző kisegítő megoldásokkal tovább növelhetők: termikus plazmákban könnyen biztosíthatók 1000 K/ms nagyságrendű hűtési sebességek is. Az adott esetben tehát a PCDD/PCDF-képződés szempontjából kritikus 800-300°C közötti hőmérséklet-tartományban a füstgázok a ms tört részéig tartózkodnak hűlésük során, ezáltal csaknem nullára csökken a nem kívánatos vegyületek létrejöttének valószínűsége.
A környezetvédelmi előírások és az ezek betartatását célzó intézkedések szigorodása kedvezően befolyásolják a plazmatechnológiák versenyhelyzetét. Egyre több az olyan környezeti probléma, amelyre a plazmák alkalmazása ad igazi megoldást. A K+F csoport a fent leírt előnyök miatt választotta alapnak a plazmatechnológiát.
A plazmatechnológiás hulladékokat feldolgozó komplexum – alaptechnológiai sorának rövid leírása:
A szilárd háztartási hulladék (SzHH) beérkezik a fogadó- és bunkerzónába, ahol lemérik és betöltik a gyűjtő bunkerokba, amelyben megtörténik a fertőtlenítése per (oxi) ecetsavval. Gyűjtőbunkerekből a hulladékot továbbítják a Metso Lindemann hulladék aprító sorra, ahol megtörténik a fémhulladék elválasztása. A végen a hulladékot pelletté préselik össze.
A kész pelletet betöltik a magas hőmérsékletű plazmakonverterbe (MHPK). Úgy szintén a plazmatrónokon keresztül a MHPK-ba bevezetik a plazmaképző gázáramot (széndioxid és oxigén keverékét). Az MHPK-ban a hulladékok elgázosodnak és átalakulnak folyékony salakká, amelyet a konverter alsó részének nyílásán keresztül lecsapolnak, és pirolízis gázzá alakítanak, amelyet a MHPK-ból fúvókán keresztül elvezetnek.
A 1200-1400 °C-ra felhevített pirolízis gáz bevezetésre kerül a vízmelegítő hulladékhő hasznosító kazánba, ahol 300-350 °C-ra lehűl és ezt követően tovább megy a nedves gáztisztítóba. A gáztisztító rendszer szkrubberből és ráépített abszorberből áll. A szkrubber a pirolízis gáz hűtésére, savas gázok és lebegő részecskék elnyeletésére, az abszorber pedig a kénvegyületektől történő kiegészítő tisztítására szolgál.
A nedves tisztítás után a pirolízis gáz a szén-dioxid leválasztó berendezésbe megy és a szén-dioxid leválasztása után gáztároló pufferbe kerül. A pirolízis gázból kinyert szén-dioxid gázt tisztítás után oxigénnel keverik össze és beadagolják a MHPK-ba, ahol ez a keverék plazmaképző gázként kerül hasznosításra. A gáztároló pufferből a pirolízis gázt a gázturbinás erőmű gőz-gáz turbinás blokkjába vezetik.
A gázturbinás erőmű gázturbina kipufogó gázainak hőenergiáját hulladékhő hasznosító gőzfejlesztő kazánban hasznosítják, ahol magas nyomású gőzt állítanak elő a gőzturbina számára, amely meghajtja a generátort.
A pirolízis gáz hűtését végző vízmelegítő hulladékhő hasznosító kazánban előállított forró vizet bevezetik azokba a hulladékhő hasznosító kazánokba, amelyekben hasznosítják a kipufogó gázok hőenergiáját, és így többlet hőenergiát állítanak elő a gőzturbina üzemeltetéséhez.
A vízelőkészítő rendszer, amely gőz-gáz turbina blokk része, biztosítja a megfelelő vízminőségét a hulladékhő hasznosító gőzfejlesztő kazánokban történő magas nyomású gőz előállításához. A gőz-gáz turbinás blokk gőz-gáz ciklusban működik és villamos áramot és hőt állít elő a belső és külső villamos és hőenergia felhasználok számára. A hulladékhő hasznosító kazánból kilépő fáradt gázok a szén-dioxid leválasztó berendezésbe, és a szén-dioxid leválasztása után a gázkivezető kéményen keresztül a légkörbe kerülnek, a környezetre ártalmatlan gázkibocsátás formájában. Ezt a környezetet nem károsító gázkibocsátást emissziós környezetvédelmi rendszerrel ellenőrzik.
A gázturbinák indításához és működésének szabályozásához bioolajat használnak, amelyet speciális technológiával állítanak elő algákból. A hulladékhő hasznosító kazánokból kikerülő fáradt gázokból leválasztott szén-dioxidot felhasználják az algaolaj előállítását végző berendezés üzemeltetéséhez.
Az új fejlesztésű alga-fotóbioreaktor terve üvegházban:
– A génmódosított cca. 70%-os olajtartalmú algafajok már gazdaságosak lehetnek olaj előállítására. Egy liter algaolaj előállításának jelenlegi költségeit a szakirodalmi adatok cca. 75.- Ft körülire teszik. Ennek konkrét mértékét elsősorban a technológia befolyásolja.
– Az algaolaj sok szempontból (sűrűség, viszkozitás, fűtőérték) közelebb áll a dízelolajhoz a többi növényi olajnál, ugyanakkor a többi növényolajnál több többszörösen telítetlen zsírsavat tartalmaz. Ez hátrányosan befolyásolja a belőle készített biodízel stabilitását, viszont jóval könnyebb hidegindítást tesz lehetővé. Az algaolaj nagy telítetlen zsírsavtartalma, magas jódszáma, valamint magas nyomelem-tartalma táplálkozás-élettani szempontból kiválóak, azonban az algaolaj átészterezését megnehezíthetik.
– Ha ezt az olajat fűtőolajként szeretnénk hasznosítani akkor észterezni nem szükséges. Az alga-biodízel előállítása észterezési eljárással további cca. 10.- Ft-ba kerül literenként.
Paraméterek:
– Egy 6 m vápamagasságú üvegházban algalétára 20 emeletnyi 15 cm átmérőjű polykarbonátcső helyezhető el.
– Egy folyóméter csőben 17,5 liter algaszuszpenzió kering.
– A 3000 m2 üvegházban 2500 m2-en terül el az alga-fotóbioreaktor csőhálózata, 500 m2 pedig a
– Egy algalétra hossza 48 m.
– Egy algalétrán 1920 fm 15 cm átmérőjű cső van.
– Egy algalétra rendszerben 33.600 liter algaszusz-penziót keringetünk.
– 2500 m2-en 25 darab létrarendszer van.
– A 25 fotó-bioraktorban összesen 840.000 liter algaszuszpenzióban szaporodik az alga.
– Ebben a konstrukcióban olyan génmódosított algát nevelünk amelynek olajtartalma eléri a 70%-ot.
– Az üvegházban ( éjszakai mesterséges megvilágítás mellett) 24 órán keresztül szaporodik az alga.
– Ebben rendszerben cca. 10.000 liter algaolajat termelhetünk naponta.
Az alga:
– Chlorella minutissima alga olajtartalma 39,9%.
– 20 óra alatt megötszöröződik a tenyészet volumene.
– 5,7 pH értékű vízben kell szaporítani.
– Az algának a szaporodáshoz a fényen kívül szervetlen alapú táplálékra és szén-dioxidra van szükségük.
– A mesterséges megvilágításnak legalább 130 lux/ m2 kell lenni.
– A vízben a buborékoltatáshoz 2% oldott CO2-nek kell lenni.
– Tápanyag összetétele KHRPO 1,31; MgSO4 7H20, 0,5; urea, 0,44. Ca. 5; Fe 2; Mn, Zn, B 0,5; Cu 0,04; Mo 0,02; Co; V 0,01. Fe, Mn, Zn, Cu, Co + EDTA. pH 6.0.
További információk:
– Amennyiben a legkevésbé hatékony módszert vesszük alapul abban az esetben naponta egyszeri szürettel a 840.000 liter alga szuszpenzióbol cca. 5% tiszta száraz alga anyag nyerhető.
– Az így kinyert 42.000 liter száraz algának cca. 30%- a az olaj tartalom.
– Ultrahangos eljárással cca. 12.600 liter alga olaj nyerhető.
– Kísérleteink bizonyították, valamint a világ többi vezető alga kutatója által is elismert tény, hogy 1kg alga száraz anyag előállításához cca. 3 kg CO2 felhasználásra van szükség.
– Így ha az üvegházban elhelyezett foto-bioreaktorunkban csak napi 1 „szürettel” számolunk abban az esetben is cca. 126.000 kg CO2 felhasználására kerül sor.
Konklúzió:
– A legújabb kutatások szerint az algaszuszpenzióból akár 15% tiszta száraz alga anyag is nyerhető.
– Továbbá az alga genetikai módosítása következményeként az alga olajtartalma elérheti akár 70%-ot is.
– Gazdaságossági szempontokat figyelembe véve, meg kell említeni azt is, hogy az üvegházi termesztésnél a mesterséges megvilágításnak köszönve napi kétszeri szürettel lehet számolni.
MAGYAR K+F A PLAZMAERŐMŰ-ALGAREAKTOR KOMBINÁT
A szabadalom sarokszámai:
Az összevont technológia az évi cca. 40.000 tonna ipari, valamint SZKH-ból úgy nyerhet energiát, hogy elgázosítja és az előállított 37.000 tonna pirolízis-gázzal, valamint cca. 12.000 tonna alga-biodízel hozzáadásával gáz- és gőzturbinát üzemeltet és 143.352 MW/év elektromos energiát termel, ebből saját szükségletére 51.084 MW/év elektromos energiát használ fel – így értékesítésre kerülhet 92.268 MW/év elektromos energia.
Az erőmű:
Az input anyag 3,05 t/h ipari hulladék és SZKH, valamint 1,89 t/h algapogácsa, melynek feldolgozása plazmakémiai alapon történik.
Az erőmű 39.200 t/év hulladékot semmisít meg napi 24 órás folyamatban (7920 munkaóra/év).
Az erőmű egységei:
– az ipari- és az SZKH hulladék fogadására-tárolására alkalmas cca. 500 t kapacitású egység,
– 2 db plazmapirolízis reaktor,
– pirolízis-gáz tisztító és tároló egység,
– elektromos energiát és hőt termelő energiablokk.
Az erőmű egységes energetikai része az alga-biodízel előállító üzem, amely a következő egységekből áll:
– alga-fotóbioreaktorból,
– alga centrifuga és présüzemből.
A technológiai folyamat vázlata:
Az ipari hulladék (átlagos sűrűsége 0,35 t/m3) beérkezik az erőműbe és bekerül a tárolóba. Innen adagoló viszi a plazmatermikus reaktorba, amelyben az alábbi fizikai-kémiai átalakulási zónákon halad át:
- a szárítás zónája 200-400 oC (itt távozik el az ipari hulladék nedvessége),
- pirolízis zóna (itt válnak külön az illékony vegyületek (szénhidrogén, hidrogén, pirogenetikus gőz stb.),
- elgázosítás zónája 1700 oC (itt levegő és vízgőz adagolásával pirolízis-gáz keletkezik),
- olvasztás zónája 5700 oC (itt plazmasugarakkal megolvasztásra kerülnek a szervetlen vegyületek),
- a salak kivezetése.
A reaktorok belsejében degresszió és oxigénszegény környezet uralkodik. Egy reaktor működéséhez 4 x 600 KW/h + 1 x 200 KW/h elektromos energiára, valamint 500 m3/h levegőre és 40 m3/h lágy vízre van szükség.
A reaktorok óránként 4940 kg hulladékot semmisítenek meg, ebből 4668 kg pirogázt állítanak elő – vagyis 1000 kg hulladékból 944 kg pirogáz keletkezik.
A pirolízis-gáz tisztításához száraz és nedves rendszert alkalmazunk – ezzel választjuk le az agresszív vegyületeket a gázról. A gáz kinyerésnél 1500 oC-os, melyet 2 lépcsőben hűtünk le 100 o C –ra a gázturbinába való adagolás előtt.
A szennyvíz megtisztítása szokványos berendezésben történik.
A keletkezett salakból kőgyapot készül, mely értékesítésre kerül.
A két 6 MW/h teljesítményű gázturbina megtisztított pirogáz és alga-biodízel adagolásával működik.
A pirogáz értéke 27,36 MJ/kg, az algabiodízelé pedig 35,5 MJ/liter
A gőzturbina teljesítménye 6,1 MW/h, mely, mint gáz-gőz kombinált ciklusú erőmű működik.
A turbina kipufogógáza 2,8%-ban tartalmaz szén-dioxidot, melyet egy szűrőberendezésen lehűtve légpumpa segítségével bejuttatunk az algareaktorba.
Az erőmű 3 turbinája 18,10 MW/h elektromos energiát termel, ebből saját szükségleteire (plazmareaktor és algareaktor működéséhez) 6,45 MW/h elektromos energiát használ fel – így 11,65 MW/h elektromos energia (alternatívaként 9,1 MW/h elektromos energia és 21,4 t/h gőz) értékesíthető.
A két alga-biodízel üzem óránként 1.500 liter olajat termel. A termelés energiaigénye 1 MW/h.
Háromszoros biztonság:
Az erőmű része egy pirolízisgáz-tartály, mely 2 napra elegendő tartalék gázzal feltöltve áll az energiablokk rendelkezésre – továbbá van egy üzemanyagtartály is az algaolaj tárolására, mely 8 napra elegendő üzemanyagot biztosít a gázturbina működéséhez.
Ha valamilyen oknál fogva átmenetileg nem érkezik ipari hulladék az erőműbe, vagy ha a plazmareaktorok működése szünetel a kötelező karbantartás miatt, abban az esetben az energiablokk az előállított algaolajat felhasználva továbbra is működik – ezáltal a fogyasztók ellátásának folyamatossága biztosított.
Az alga-fotobioreaktorral egybeépített, legkorszerűbb plazmatechnológiával működő, komplex rendszer teljesen egyedi, magyar innováció. Nemzetgazdasági hasznosságát hangsúlyozza a projekt energetikai és ebből fakadóan gazdasági hatékonysága és hosszú távú hatása az energiakutatás K+F folyamataira.
IPARI HULLADÉKOT ÉS BIOMASSZÁT FELDOLGOZÓ, MAGAS HŐMÉRSÉKLETŰ PLAZMÁS TECHNOLÓGIÁN ALAPULÓ KOMPLEXUM ÉPÍTÉSE MAGYARORSZÁGON
SZAKÉRTŐI VÉLEMÉNY
az „Ipari vagy SZKH1; vagy ipari és SZKH hulladékból plazmareaktorban előállított pirogázzal (melynek hulladék-hője is hasznosításra kerül); és üvegházban működő algabio-reaktorban szaporított algából préseléssel vagy ultrahangos módszerrel, vagy extrakciós folyamattal előállított algaolajjal meghajtott gáz-turbinával, valamint annak hulladékhőjével üzemeltetett gőzturbinával elektromos- és hőenergia termelés, melynél a gáz-turbina kipufogógázának széndioxid tartalma az algák táplálékaként kerül felhasználásra” című találmány tárgyában
A magas hőmérsékletű plazmás ipari hulladék és biomassza feldolgozó komplexum a magyar innováció perspektivikus projektje, amely a környezetvédelmi feladatotoknak széles skáláját tudja megoldani, jelentős mennyiségű villamos energiatermelési lehetőséggel szén-dioxid kibocsátás nélkül, ami megfelel a mai energiatermelő objektumokhoz az EU által támasztott követelményeknek, és lehetővé teszi optimalizálni az ország energiarendszerének felépítését Magyarországon, figyelembe véve a Kiotói megegyezés szabta kereteket.
Gazdasági szempontból a projekt lehetővé teszi a nyereségszerzést a különbözőfajta hulladékok feldolgozásából, villamos energia, hőhordozók (víz, gőz), biofűtőanyag és építőanyag eladásából. Az erőmű jelenléte felélénkíti a vállalkozási és a tudományos tevékenységet a Komplexum elhelyezési kerületében, valamint infrastruktúrájának fejlesztésében. Új munkahelyeket teremthet a komplexumban (új gyártás létrehozásával), akár a komplexum berendezéseinek gyártásához, valamint az építéséhez bevont munkaerők révén, Magyarország területén.
Műszaki szempontból a projekt rendelkezik egy sor fő előnnyel a különböző kivitelű égetési technológiákkal szemben, amelyek ma legelterjedtebbek az iparilag fejlett országokban. Ilyen előnyökhöz tartoznak többek közt:
- hulladékok előzetes szétválogatásának szükségtelensége;
- a hulladékok szervetlen összetevőjéből bazaltszerű salak előállítása, amelynek térfogata a hulladék térfogatához képest kicsi (térfogat csökkenés 100–szorosig), ami alkalmassá teszi veszélymentes építőanyagként alkalmazni. Vagyis azt jelenti, hogy, gyakorlatilag, a technológia hulladékmentes jellegű;
- a feldolgozási folyamat magas hőmérsékletének köszönhetően rendkívül jelentéktelen mennyiségben vagy egyáltalán nem keletkeznek ökológiailag veszélyes gázok és mérgező komponensek – mint diokszinok és furonok az égéstermékben, ellentétben a hagyományos égetési technológiával;
- nem keletkezik korom, ellentétben az égető technológiákkal, ahol elkerülhetetlenül, jelentős mennyiségű korommal kell számolni, amelynek ökológiailag veszélymentes formává váló átalakítása szükséges, ami plusz technológiai berendezéseket és energia felhasználást igényel;
- lehetőség van a szilárd kommunális és ipari hulladékok szerves összetevőinek energia erőforrásainak felhasználására hő és/ vagy villamos energia termelésre, mivel a gőz vagy CCGT ciklus plazma-vegyi folyamatában keletkezett pirolízis gáz ehhez elegendő fűtőértékkel rendelkezik.
Az ipari szilárd kommunális és szilárd ipari hulladékot feldolgozó, magas hőmérsékletű plazmás és gázturbinás technológiákon alapuló Komplexum, az algatechnológia alkalmazásával, biztosítja a projekt magvalósításának magas gazdasági mutatóit. Ezen kívül ez a Komplexum biztosítja a СО2 teljes mértékű hasznosítását, úgy a plazma egységben a pirolízis gáz keletkezésénél, mint az energetikai egység kimenetén. A plazma egységben keletkezett СО2-őt plazmaképző gázként hasznosítják a plazmatronok működéséhez, az energetikai egységben keletkezett СО2,-őt pedig, az alga táplálására használják. Ettől a projektől eltérően az amerikai technológiák nem kevesebb, mint 800.000 t/év mennyiségű hulladékkal működnek. Az ő véleményük szerint, kisebb mennyiségű hulladék feldolgozása nem gazdaságos. Ezen technológiák hiányosságának lehet tekinteni a koksz használatát a hőmérséklet fenntartásához a plazmareaktorban, ami bizonyos feltételek mellett mérgező gázok kibocsátását eredményezheti.
Kollár Ferenc által kidolgozott technológián alapuló Komplexum amennyiben Magyarország területén épül meg, 39.200 t/év ipari hulladék és alga biomassza feldolgozására, a СО2 teljes hasznosításával, 18,1 MW/h beépített villamos teljesítményre alkalmas. Emellett a feldolgozandó hulladék struktúrájára a következő lenne a jellemző: a feldolgozandó hulladék összmennyiségének 37%-át (15.000 tonna évente) alga biomassza, 16%-át (6.900 tonna évente) személygépkocsik gumiabroncsai, 46%-át, pedig, (18.000 tonna évente) ipari hulladék.
A hulladékok plazmás feldolgozásának technológiai sémája lehetővé teszi a hulladékok nyersanyagként történő felhasználását, villamos energia, hőhordozó (gőzfűtés biztosításához), valamint melléktermék – bazaltszerű salak előállításához. Ezen kívül, a komplexum lehetővé teszi a CO2 fölhasználását alga termesztésére, melyből a biomassza készül.
A tervezett kapacitás elérése után az üzem éves előállított végtermékeinek mennyisége a következő:
- értékesíthető villamos energia : 92 268 000 kWh;
- bazaltszerű salak: 3057 tonna (a bazaltszerű salakból 1219 tonna granulált salak kerül legyártásra építőanyag gyanánt, valamint 1837 tonna hőszigetelő lemez – melyek értékesíthetőek);
| A projekt hatékonyságának fő mutatói | Mutató értéke | |
| 1. | Nettó jelenérték (NPV), Euró. | 72.153 |
| 2. | Belső megtérülési ráta (IRR) % | 26,8% |
| 3. | A projekt egyszerű megtérülési ideje (PBP), év | 5,15 |
| 4. | A projekt egyszerű megtérülési ideje (az üzembe helyezés kezdetétől), év | 4,15 |
| 5. | A projekt megtérülésének diszkontált ideje (DPBP), év | 6,12 |
| 6 | A projekt megtérülésének diszkontált ideje (az üzembe helyezés kezdetétől), év | 5,12 |
| 7. | Diszkontált jövedelmezőségi index (PI), szorzó | 3,06 |
A fentieket tekintetbe véve a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatal P1000553 számon bejegyzett Klíma- és környezetbarát erőmű és eljárás az erőmű működtetésére című szabadalom piaci értékének meghatározása Forintban és kiegészítésként Euro-ban kifejezve, továbbá értéksávban megadva (az értékelés dátuma, az alkalmazott valutaátváltási ráta):
A találmány értéke 365.000.000.- Ft, azaz 1.000.000.- EUR. Az alapul vett MNB devizaárfolyam 365,00 Ft=1 EUR
| Gombos Ervin Energetikai, gépészeti- és vegyészmérnöki szakértő EN-Sz/06/0737/H-1629/08 GP-Sz/06/0737/H-1628/08 VB-Sz/06/0737/H-1627/08 |