A nemzetközi gyakorlatban megfigyelhető az igyekezet a szélesebb bázisra tétel irányába. A figyelem a megújuló energiaforrások felé nyílt meg, ennek megfelelően foglalkoznak a víz-, a szél-, a geotermikus energiaforrások hasznosítási lehetőségeinek feltárásával. E témakörben a legnagyobb horderővel a biomassza energetikai célú hasznosítása rendelkezik, amely mára számos ország gyakorlatában mérhető, az energiaforgalomban százalékosan kifejezhető szintre jutott. Magyarországon is a legjobb feltételek a biomassza energetikai hasznosítása területén adottak. Ezen belül egyik a növényi olajok hajtóanyagként történő felhasználása.
Az EU tagországokban jelenleg 7% körül mozog a megújuló forrásokból nyert energia aránya, amit 2010-re 12%-ra kívánnak emelni. Magyarország pedig mint 2004. májusától teljes jogú EU tagország e tekintetben igen alacsony szinten áll, holott lehetőségeit tekintve az első félbe tartozónak sorolható. A csatlakozáskori 3,6%-os részarányt 2010-re az EU előírásai alapján 7%-ra szükséges növelni. Magyarország szénmérlegében a levegő a legnagyobb beviteli forrás, ugyanis a növényzet a levegőből lényegesen nagyobb mennyiséget köt meg, mint a felhasznált fosszilis energiahordozók széntartalma. Ebből természetesen nem következik, hogy hasznosításával megoldható az energiaellátás, de az igen, hogy az igények vagy szükséglet egy része a biomassza hasznosítása útján kerüljön kielégítésre.
Biomasszával az ország összes energiaszükségletének akár a 30%-a is fedezhető lenne távlatilag. A mezőgazdaság energiafogyasztó, de egyúttal energiatermelő ágazat is egyben. Elég csak arra utalni, hogy a második világháború előtt a magyar mezőgazdaság a termőterület 15–20%-án megtermelte az energiaszükségletét (az igaerőt jelentő állatok takarmányát). Erre most is képesek lennénk, sőt a szántó akár 10–15%-a elegendő lenne a hajtóanyag biztosítására. Hazánk mezőgazdasága jelentős potenciállal rendelkezik ahhoz, hogy az élelmiszertermelés mellett számottevően megnövelje ipari alapanyag-termelő kapacitását. Ennek egyik területe az energetika. A biomassza energetikai célú felhasználásában négy területre érdemes koncentrálni:
1. Az olajos növények termesztése nyomán nyerhető dízel hajtóanyag,
2. A keményítő forrásból előállítható alkohol, mint benzinüzemû hajtóanyag összetevő,
3. A dendromassza, mint égéshő hasznosítási forrás,
4. A dendromassza, mint biogáz előállítás alapanyaga.
A biomassza energetikai hasznosításánál nem kevésbé fontosak a környezetvédelmi humán-egészségügyi előnyök sem. A fentiekben ismertetett hasznosítási területek közül a továbbiakban az elsőként említettel, a növényi olajok hajtóanyagként történő felhasználási lehetőségeivel foglalkozunk. Az általános jellemzőkön kívül saját kutatási eredményeket is bemutatunk.
A bio-hajtóanyagok felhasználásának gondolata nem újkeletû. Rudolf Diesel már 1912-ben megjósolta, hogy ezek a termékek idővel ugyanolyan fontosak lesznek, mint a kőolajszármazékok. Az EU 2003/30/EC számú irányelve Magyarország számára is előírta, hogy 2005 végéig az eladott hajtóanyagok 2%-ának, 2010-re 5,75%-ának bio-hajtóanyagnak kell lennie. Ez magában foglalja a bioetanol és biodízel előállítást is, mely 2004-ben az EU 25 vonatkozásában 491 ezer tonna bioetanolt és 1933 ezer tonna biodízel gyártást jelentett. 2005-ben a biodízel előállítás volumene meghaladta a hárommillió tonnát. A termelési kapacitások országonkénti megoszlását az 1. ábra szemlélteti.
Magyarországon kereskedelmi célú biodízel előállítás 2006-ig nem történt. A korábbi nagyszabású biodízel program keretében indított beruházások közül gyakorlatilag kettő valósult meg, együttes éves kapacitásuk nem éri el a 10000 tonnát. Az utóbbi időben a beruházási kedv megélénkült. A tervezett beruházások között komplett biodízel előállító üzemek mellett megtalálhatók a csak alapanyagbiztosításra, illetve csak észterezésre szolgáló egységek is. A Magyarországon kipréselt és szûrt növényolaj egy része a tervek szerint ausztriai és németországi észterező üzemekbe kerül tovább feldolgozásra.
A hidegen préselt és szûrt növényolaj speciális motorokban közvetlenül is felhasználható hajtóanyagként. A dízelmotorok többségénél bizonyos százalékban gázolajhoz keverhető, a max. 15%-ban történő bekeverés a motor üzemi jellemzőit csak minimális mértékig befolyásolja. Németországban jelentős számban üzemeltetnek traktorokat 100%-ban hidegen préselt olajjal, ekkor azonban átalakításra van szükség. A nagyobb sûrûségû növényi olajat a porlaszthatóság érdekében elő kell melegíteni. Magyarországon a jelenlegi törvények csak a szabványnak megfelelő biodízel felhasználását engedélyezik, a gázolajba történő bekeveréssel. A jövedéki adó visszatérítés csak a bekevert mennyiség után érvényesíthető. A nem szabványos hajtóanyagok után még külön adót is kell fizetni, melynek összege 40 Ft literenként. Egyébként a szabványnak megfelelő biodízel paraméterei a gázolajéhoz hasonlóak, néhány esetben annál kedvezőbbek is. Így például biztonságosabban kezelhető, mert gyulladáspontja magasabb, jobb a kenési tulajdonsága és kéntartalma elhanyagolható. Külön ki kell emelni használatának környezetvédelmi előnyeit, az üvegházhatást fokozó gázok emissziójának nagymértékû csökkenését. Mint megújuló energiaforrás CO2 semleges, 50%-kal kisebb a korom, jelentősen, akár 90%-kal kisebb a szénhidrogének, valamint az aromás szénhidrogének és szénmonoxid kibocsátása, továbbá a biológiai lebomlóképessége a cukoréval azonos. Humán-egészségügyi oldalról kiemelhető, hogy gyakorlatilag nem mérgező (10-szer kevésbé mérgező, mint a konyhasó), kevésbé okoz allergiás elváltozásokat a bőrön és mintegy 90%-kal csekélyebb a biodízel okozta rákbetegségek kialakulásának valószínûsége a dízel hajtóanyagokhoz képest. Hátrányaként említik a magasabb nitrogénoxid (NOx) kibocsátását, ezért felhasználását az „Euro IV” kibocsátási szabály alapján tisztán nem, csak gázolajhoz keverve engedélyezik. A magasabb NOx kibocsátást több kutató vitatja, megfelelő mûszaki feltételrendszer alkalmazásával ez a probléma megszüntethető.
A biodízel a zsírsavak metilésztereinek keveréke, melyet a növényi eredetû olaj trigliceridek metilalkoholos transzészterifikác-iójával állítanak elő. Ezért a biodízel gyártásához olajos növények által termelt zsírsavak használhatók. A szóba jöhető fajok a repce és a napraforgó, külföldön viszont a pálma és a szójaolaj is jelentősséggel bír.
A biodízel gyártás szempontjából legfontosabb követelmények:
• A növényi olaj lehetőség szerint hosszú szénláncú zsírsavakat (pl. C:18:1 olajsav) tartalmazzon és lehetőség szerint minél kevesebb rövid szénláncút. Az egyszeresen telítetlen olajsav tartalom a leginkább kívánatos, mivel ez javítja az olaj tárolhatóságát, alacsonyabb viszkozitást biztosít és könnyíti a biodízel téli felhasználását.
• A hosszú szénláncú zsírsavak közül lehetőség szerint minél nagyobb arányban tartalmazzon telítetlen zsírsavakat (pl. C:18:1 olajsav) és minél kevesebb telített zsírsavat (pl. C:18:0 sztearinsav).
A fentiek miatt az Egyesült Államokban és Franciaországban nagy olajsav-tartalmú (HO) napraforgó hibrideket és Németországban nagy olajsav-tartalmú (HO) repcefajtákat állítottak elő speciálisan az ipari felhasználás céljára (olajsav-tartalom 80% vagy annál is nagyobb). Ilyen irányú nemesítő munka hazánkban is folyik, az első fajtajelöltek tesztelése folyamatban van.
Az olajnövények közül hazánkban a napraforgót (500 ezer ha) és az őszi káposztarepcét (100 ezer ha) termesztik. Termesztésük azonban nem a leggazdaságosabb, termelésátlagaik (napraforgó 1,5–3 t/ha, repce 1,5–2 t/ha) nagy ingadozást és elmaradást mutatnak az európai országokétól. Mindkét faj esetében közelmúltig a termesztés szinte kizárólag csak élelmiszeripari célokat szolgált. A jövőben az USA-hoz hasonlóan és az Európai Unió középtávú (2010-ig) terveinek megfelelően valószínûleg jelentősen nőni fog Európában ennek a két fajnak a vetésterülete, melyen megtermelt olaj a biodízel gyártás alapanyagául fog szolgálni. Ez a növekedés már az elmúlt évtized végén megkezdődött. Németországban 3 év alatt 3,4-szeresére, EU átlagában közel kétszeresére nőtt a biodízel alapanyagtermelésre felhasznált repce vetésterület.
Mosonmagyaróváron a Biológiai Rendszerek Mûszaki Intézetében több kutatási projekt keretében folytattunk vizsgálatot a növényi olajokból készült hajtóanyagokra vonatkozóan.
• Elsőként vizsgáltuk az RME
mezőgazdasági erőgépekben történő felhasználását üzemi körülmények között.
• Vizsgáltuk a használt étolajból előállított (tisztított és adalékolt) hajtó-
anyag erőgépekben tör-
ténő felhasználását szintén üzemi körülmények között.
• NKF Program keretében a hidegen préselt és szûrt napraforgóolaj hajtóanyagként történő felhasználására vonatkozó kutatásokat folytattunk.
• Jelenleg egy új NKF Programon belül a növényi alapú bio-hajtóanyagok előállítási feltételeinek kidolgozásában veszünk részt.
Mindkét NKF Programon belül az egyik fő feladat azoknak a fajtáknak, illetve hibrideknek a kiválasztása volt, amelyek a legalkalmasabbak lehetnek hajtóanyag előállításra. Ugyanis a motorhajtóanyag célú felhasználásra szánt növényolajok minőségi paramétereit szabvány rögzíti. A főbb minőségi előírásokat az 1. táblázatban mutatjuk be. Az eddigi saját vizsgálatok eredményei alapján igazolódott, hogy a fajtakísérletekben, illetve köztermesztésben szereplő fajták, illetve hibridek nagyobbik hányada nem teljesíti a minőségi előírásokat minden tekintetben.
Az első vizsgálatok során 33 napraforgóvonallal dolgoztunk. Ezek szemterméséből hidegsajtolással nyert olaj fontosabb minőség- és beltartalmi vizsgálatával kiválasztásra kerültek azok a nagy olajsavtartalmú (C:18:1 közel 90%) vonalak, amelyek észterezés nélküli „zöld dízelolaj” előállítására is nagy valószínûség szerint a legalkalmasabbak. A kiválasztott vonalak hidegen préselt és szûrt olaját 10%-ban, illetve 20%-ban gázolajhoz keverve motorféktermi vizsgálatokkal is teszteltük. Az olaj kinyerésére és szûrésére a megfelelő technikai hátteret megteremtettük. Rendelkezünk CSOP-92-es olajpréssel és 10 keretes, 3,2 m2 hasznos felületû speciális szûrőberendezéssel. A kisebb olajmintákhoz modell berendezést alakítottunk ki traktor olajszûrő felhasználásával. A laboratóriumi vizsgálatok egy részét a Veszprémi Egyetem Ásványolaj és Széntechnológiai Tanszékén Dr. Hancsók Jenő egyetemi docens vezetésével, a motorféktermi vizsgálatokat a Tessedik Sámuel Főiskola Mezőgazdasági Főiskolai Karán Dr. Farkas Ferenc főiskolai tanár vezetésével végezték. Mindkét kutatási programon belül kiemelt feladatként kezeltük a fajták, illetve hibridek préselési tulajdonságainak vizsgálatát. Préselés közben ellenőrző méréseket végeztünk infrakamerával, így meghatározhattuk a présfejnél a maximális és átlagos hőmérsékleti értékeket is. Vizsgáltuk az olajok viszkozitási értékeit különböző hőmérsékleteken. Elektromikroszkóp segítségével a magok belső szerkezetbeli különbségét kívántuk igazolni. A legutóbbi vizsgálatokban elsősorban a 2005 évi IKR fajtakísérletekből származó 15 repce és 28 napraforgófajta szerepelt. A pogácsák összes zsírtartalmát a Kar Takarmányozás tanszékének laboratóriumában határozták meg. A 2006 évi fajtakísérletekben szereplő 16 repce és 22 napraforgófajta, illetve hibrid szemtermésének feldolgozása még folyamatban van.
Vizsgálati sorozatot végeztünk 4 kiválasztott napraforgófajtával az olajprés optimális üzemeltetési jellemzőinek meghatározására. A kiválasztott fajták között jól, közepesen és rosszul préselhetők is voltak. A vizsgálatokkal a legmegfelelőbb fúvóka, illetve préstér méretet kívántuk meghatározni. Napraforgónál részletes vizsgálatokat a 2-es jelû közepes, valamint a 3-as jelû nagyobb fúvókával 0,25; 0,5 és 0,75 préstér méret (fordulat) mellett folytattuk le.
A 2004–2006. évi préselhetőségi vizsgálatoknál az olajkihozatali százalék egyaránt jelentős eltérést mutatott. Az egyes fajták, illetve hibrideknél az eltérés a szélső értéket figyelembe véve a 15%-ot is elérte. A magasabb olajkihozatali százalékhoz általában magasabb préselési hőmérsékletek tartoztak, kivételek – nehezebben préselhető fajták – azonban mindig előfordultak. Az eltérések mértéke, az értékek szórása napraforgó esetében volt a nagyobb. Ez elsősorban a morfológiai jellemzőkre vezethető vissza. Ugyanis a magbelső és a maghéj szerkezetében, valamint a héj vastagságában tapasztalt eltérések hatással vannak az olajkinyerésre. Ezeket az eltéréseket az elektromikroszkópos felvételek is alátámasztották. Az olajkihozatali százalék alakulását a mag nedvességtartalma általában negatív mértékben befolyásolta.
Az olajprés üzemeltetési jellemzőinek az olajkihozatalra gyakorolt hatását a 2. ábrán mutatjuk be.
Figyelembe véve a préselési hőmérséklet és a tömegteljesítmény alakulását is, a 2. jelû közepes méretû fúvóka, valamint a 0,5 préstér (fordulat) javasolható napraforgó esetén. A préselési hőmérséklet és az olajkihozatali százalék közötti pozitív összefüggés a vizsgálatba résztvevő 4 fajtánál is jól megfigyelhető volt (3. ábra).
A hajtóanyagcélú felhasználás szempontjából elvégeztük a fajták, illetve hibridek rangsorolását. Itt elsősorban a vonatkozó szabvány előírásaiból (1. táblázat) indultunk ki.
A szabványnak megfelelőek között a rangsorolást a préselhetőség az összes zsírsavtartalom és a termésátlag figyelembe vételével végeztük el. A 2005. évi IKR fajtakísérletekben szereplő 15 repce és 28 napraforgófajtánál elvégzett vizsgálatok és rangsorolás eredményét példaképpen a 2. és 3. táblázatban mutatjuk be.
A 15 repceolajból 7, a 28 napraforgóolajból mindössze 5 felelt meg minden szempontból a szabvány előírásainak. Repceolajoknál a savszám még napraforgóolajoknál a savszámon kívül a jód-bróm szám és a kokszolási maradék tekintetében is adódtak szabványon kívüli értékek. A 3. táblázat 6–10 rangsorú mintáinál egyedül a savszám tekintetében adódott kismértékû eltérés (2–3 mg KOH/g).
Itt kívánjuk megjegyezni, hogy a jelenlegi észterezési technológiák is – igaz többletráfordítással – általában 5 mg KOH/g savszám értékig alkalmasak a növényi olajok feldolgozására. Ugyanakkor a nem kémiai, hanem biológiai (pl. enzimekkel) történő átalakítási eljárás nem érzékeny a savszámra, költsége viszont jelenleg még magasabb annál. Problémát jelenthet továbbá a foszfortartalom előírt maximális értékének (15 mg/kg) a betartása. A magasabb foszfortartalom termesztéstechnológián kívül az olajkinyeréskor is bekövetkezhet, pl. fûthető préseknél magasabb hőmérsékleten történő üzemeltetéskor.
A fentiekben röviden bemutatott kutatási eredményeink igazolták, hogy az ilyen irányú vizsgálatokra, illetve a fajták tesztelésére szükség van. Az eredményeket a köztermesztésre alkalmas fajták kiválasztásával – főképpen hajtóanyagcélú termelés esetén – döntő fontosságú szempontként kell kezelni.
A cikk szerzője: Dr. Kacz Károly
