A magyar nyelv szabályai szerint a gázkazánban földgázt, a pelletkazánban az említett préselt faforgácsot, a komposztkazánban komposztált növényi hulladékot tüzelünk el.
A magyar nyelv szabályai szerint a gázkazánban földgázt, a pelletkazánban az említett préselt faforgácsot, a komposztkazánban komposztált növényi hulladékot tüzelünk el. Nos, ebből a szempontból a komposztkazán kivételnek számít, ebbe nem kell begyújtani. Gyakorlatilag a komposzthalomba helyezett hőcserélőről van szó, amely a korhadó anyag lebomlása (biodegradációja) során keletkező hőt hasznosítja. Egy füstgáz kibocsátás nélküli kazán igazán alkalmas arra, hogy felkeltse a környezet védelme iránt elkötelezett emberek és szervezetek érdeklődését.
Az én figyelmemet is egy környezetvédő szervezet hívta fel Jean Pain módszerére, aki az 1970-es években egy integrált biomassza-hasznosítási módszert dolgozott ki, amely az erdészeti nyesedékből készült komposzthalomban fejlődő hő és a termelődő depóniagáz egyidejű hasznosításán alapult. A módszert újra felfedezők Jean Pain eredményeit a biomassza-hasznosítás egyetlen lehetőségeként kezdik beállítani, a biomassza eltüzelését ugyanis nem tekintik járható útnak és általában a termesztett biomassza energetikai felhasználásával szemben fenntartásaik vannak. A megújuló energiaforrások hasznosításának egyre sürgetőbb igénye valóban szükségessé teszi a módszer ismételt megvizsgálását, bár attól tartok, hogy ami egy tanyán kiválóan megfelel, nem tűnik jó ötletnek egy lakótelepen.
Az eredeti ötlet
Jean Pain nem volt sem mezőgazdász, sem kutató. A sors úgy hozta, hogy életének egy szakaszában erdőőrként kellett dolgoznia egy száraz vidéken, ahol az erdőtüzek fokozatosan tönkretették a tájat. Kívülállóként Jean Pain nem értette, hogy a száraz nyarakon gyakran előforduló erdőtüzeket évszázadokon keresztül átvészelő mediterrán erdőt most miért viseli meg ennyire az időjárás. Úgy találta, hogy az aljnövényzet égése okozza a fák pusztulását. A feudális időkben a környék lakossága a bozótost és az elpusztult fákat korlátlanul gyűjthette téli tüzelőnek.
Az így kialakuló ritkás aljnövényzetű ligeterdőn a pusztító tűz gyorsan átrohant és nem okozott különösebb károkat az idősebb fákban. A második világháborút követően ez a típusú erdőgazdálkodás megszűnt, az erdészetekre maradt az aljnövényzet ritkítása. Jean Pain így találkozott tehát a nagymennyiségű kitermelt aprófával, amellyel kezdenie kellett valamit. Arra gyorsan rájött, hogy az aljnövényzettel kitermelt szerves anyag az ökológiai rendszer részét képezi, amit nem szabad az erdőből rendszeresen eltávolítani. Az erdőtüzek kivédése szempontjából azt találta optimálisnak, ha a melléktermék komposztálást követően kerül vissza a termőhelyre. A nagy mennyiségű bozótkomposzttal különféle kísérleteket végzett el: felhasználta termesztő közegként, biogáz fejlesztésére, és a komposzthalomba helyezett hőcserélő segítségével meleg víz előállításra is (1. ábra).
1. ábra: Az eredeti ötlet
A Jean Pain módszer kiterjesztése
Jean Pain mindent megtett, hogy kísérleteit egységes módszerként kezeljék. A házát a komposzt veszteséghőjével fűtötte, elektromos áramot termelt gáz aggregát segítségével, sőt reklám célból a kisteherautóját is több-kevesebb sikerrel saját termelésű (tisztítatlan) biogázzal hajtotta. Jean Pain Bizottság alakult, amely Belgiumban egy ideig állami támogatással próbálta a módszert tökéletesíteni. Ebben az időben a londerzeeli telepen komposzt hővel melegágyakat és üvegházakat is fűtöttek. A Genti Műszaki Egyetem végzős hallgatói komposzthalom által termelt hő mennyiségét is megmérték. Úgy találták, hogy a vízzel kitermelt energiamennyiség nagyobb, mint a nyers és az erjesztett komposzt égéshőjének a különbsége.
Ez a termodinamika első főtételének ellentmond, ezért mérési eredményeiket végül nem publikálták. A köztudat mégis tényként kezeli, hogy a komposzthalomból az anyag fűtőértékénél nagyobb hőmennyiség vonható el. Ahogy csökken az állatállomány, és ezzel a felhasználható szerves trágya mennyisége, a biomassza tüzelés úgy tűnik egyre inkább a természetes tápanyagok elpazarlásának. Miért is kellene eltüzelni a szerves anyagot, amikor komposztálással úgy lehet hőenergiát felszabadítani, hogy közben a hulladék értékes talajjavító anyaggá válik, sőt valamennyi biogáz is kinyerhető. Ez a gondolatmenet már nem csak az erdészeti bozótkomposztra vonatkozik, a termesztett biomasszára is úgy tekintenek, hogy a szén-dioxid semleges hasznosítás egyetlen módszere a komposztálás lehet. Napjainkra a Jean Pain módszer általánosítása megtörtént.
Jean Pain módszer értékelése
Jean Pain saját kísérleteivel bebizonyította, hogy módszere egy önellátó, külterjesen gazdálkodó tanyán működik. Egy kertvárosi családi ház udvarán gondozni néhány hatalmas komposzthalmot, a gázgyűjtő kupolát és a hőcserélő csőkígyót időnként áthelyezni egyikből a másikba, majd pöfögő gázaggregátorral áramot termelni, nem éppen életszerű tevékenység. A technológia fenntarthatóságának talán nincsen akadálya, de környezetvédelmi szempontból sem biztos, hogy jó úton járunk.
Először is minden biomassza-degradáció szén-dioxid felszabadulással jár, a komposztképződés is. Ha a kérdést úgy tesszük fel, hogy milyen régen tárolódott el a most felszabaduló szén-dioxid, ebből a szempontból a komposztálás, a biogáz-fejlesztés és a néhány éves vágásfordulójú energiaültetvényekről származó biomassza eltüzelése egyenértékű.
A komposztból felszabaduló üvegházhatású gázok mennyisége, illetve összetétele a nyersanyagok összeválogatásával beállítható. A legfontosabb tényező a szén-nitrogén arány. Nitrogénfelesleg esetén ammónia keletkezik, relatív nitrogénhiány esetén viszont a mikroorganizmusok szaporodása csak lassan indul be. A felesleges szén ekkor CO2 formájában távozik. Az optimális C/N arány 35:1 lenne, a bozótkomposztnál ez az arány 200 és 300 között mozog, ami a hagyományos komposztkészítésre alkalmatlan.
A biodegradációt komposztáláskor aerob mikroorganizmusok végzik. A kezdeti intenzív lebontási fázisban akkora oxigénfogyasztásra kell számítani, hogy egy köbméter komposztban a levegő két óra alatt elfogy. Ez azt jelenti, hogy a halmaznak lazának kell lennie, amit strukturált anyaggal, vagy gyakori átforgatással lehet elérni. A halmazban elhelyezendő hőcserélő az átforgatást akadályozza, tehát marad a darabos anyag, és a mesterséges szellőztetés kiépítése.
Jean Pain állítása szerint komposztkupacaiban a belső hőmérséklet, még hideg téli időben is, 18 hónapon keresztül 60 °C fölött maradt. Ezt illik fenntartással fogadni, hiszen a termofil szakasz 6-8 hét alatt lezajlik, azután a prizma fokozatosan kihűl, télen teljesen át is fagyhat.
A komposzt magas hőmérsékletének legfontosabb hatása a fertőtlenítés. Ehhez 3-6 napon keresztül 55-65 °C felett szükséges tartani a prizma hőmérsékletét. Ha például fűtéshez elvonjuk a termelődő hőt a komposztból a mikroorganizmusok, gyommagok, gombaspórák nem pusztulnak el, tehát a végtermék trágyaként csak korlátozottan lesz hasznosítható. A valóságban Pain 90 naponként szétbontotta a halmot, és áthelyezte a hőcserélőt. A félig érett komposztot talajtakarásra használta, mert ösztönösen rájött, hogy a talajba forgatott éretlen szerves anyag a már stabilizált humuszt is elégeti. A mulcsréteg alatt azonban humuszban gazdag szerkezetes talaj alakul ki. A módszert tehát lerombolt öko-rendszerek rekultiválására is fel lehet használni.
Végül nem tudjuk kikerülni a biomassza gazdaságos felhasználásának alapszabályát, amely minden nagy mennyiségű, de kis értékű anyagra vonatkozik: lehetőleg a megtermelés helyén, a megtermelt formában, és minimális élőmunka ráfordítással kell hasznosítani. Jelen esetben ez utóbbi két igény sérül. A megtermelt formában történő felhasználás az eltüzelést jelenti. A transzformációs költségeket volna hivatott a depóniagáz és hulladékhő kogenerációs hasznosítása kompenzálni. Ez természetesen elfogadható kompromisszum, de a hőcserélő (1. kép) áthelyezése a gépesítést szinte lehetetlenné teszi.
1. kép: A hőcserélő elhelyezése a komposztkazánban
A módszernek igen magas az élőmunka igénye. A már említett londerzeeli telepen a komposztkazánban a töltet cseréjét úgy könnyítették meg, hogy a hőcserélő csöveit egy betonalapzatba építették be. A beáztatott fatörek tehát egy billenőplatós tehergépkocsiból felönthető. A hőátadás hatásfoka viszont ebben az esetben olyan rossz, hogy egy 100 m²-es lakóterületű ház egész téli fűtésére 10 m³ helyett legalább 15-20 m³ bozótkomposzt szükséges. A hőcserélő elhelyezésének továbbfejlesztésével és passzív házszerkezet alkalmazásával természetesen akár 4-5 m³ komposzt is elegendő lenne. Az alacsony fűtőközeg-hőmérséklet miatt a komposztfűtést a házban padló és falfűtéssel kell megoldani.
Összefoglalás
A biomassza-hasznosítás ügyét, mint ahogyan semmi mást sem szabad fekete-fehérben látni. Mindig mérlegelni kell a körülményeket és ezek alapján kiválasztani az optimális eljárást. Jean Pain módszere akár termesztett biomassza esetén is alkalmas farmok energiaellátására. Itt adott a lehetőség az alapanyag begyűjtésére, és elegendő hely van a komposztkazánok felállítására. A gazdaság az érett komposztot is hasznosítani tudja, amelynek elhelyezése lakossági felhasználó esetén külön költséget jelent. Szintén alkalmas a módszer a lakossági zöldhulladék begyűjtésével is foglalkozó kommunális vállalatok esetében. A komposzthővel üvegházak és az üzemi épületek fűthetők, tisztított depóniagázzal üzemeltethetők a hulladékszállító és -kezelő gépek, a beérett komposzt pedig szerves trágyaként áruba bocsátható.
Lakossági és erőművi hasznosítás esetében azonban megfontolandó a biomassza-tüzelés alkalmazása, azzal a kikötéssel, hogy ez erre a célra termesztett biomassza növényekkel, és ne melléktermékekkel történjen. Ily módon elkerülhető a teljes biomassza-mennyiség lehordása a termőhelyről, a tüzelőanyag ára stabilan tartható, és nem befolyásolja az élelmiszer árát.
Köszönetnyilvánítás
A cikk összeállítását a TÁMOP-4.2.1.B-11/2/KMR-2011-0003 kutatási projekt támogatta.
Dr. Bense László
SzIE Gépészmérnöki Kar, Mezőgazdasági és Élelmiszeripari Gépek Tanszék, Gödöllő
