Back to top

Új iparág: „zöld kémia”

A szén-dioxid és más a légkörre káros gázok hatásait már érzékeljük. A jelenlegi negatív tendenciák megállításához a szén-dioxid megkötésére van szükség. Ez a mai technológiai tudás szintjén leginkább a növények fotoszintézisével oldható meg.

Az élet ma már elképzelhetetlen energia nélkül. Az élelmiszerek előállításához, a különböző fogyasztó javak termeléséhez, a gépjárművek gyártásához, azok üzemeltetéséhez és a mindennapi életünkhöz hőenergiára, villamos áramra, üzemanyagokra és egyéb formákban, de energiára van szükségünk. Napjainkban az emberiség energiaszükségletének mintegy 80 százalékát még fosszilis energiahordozók, a szén, a kőolaj és a földgáz biztosítják.

Az emberi tevékenységből és a fosszilis energiahordozók használatából származó szén-dioxid és egyéb üvegházhatást okozó gázok hatásait egyre inkább érzékelhetjük a klímánkban jelentkező változásokban.

Mindezt fokozza a Föld népességének növekedése, így a fokozódó energiaigényeken túl az élelmiszer- és a vízszükségletet is biztosítani kell. Világviszonylatban a szén-dioxid-kibocsátás csaknem kétharmada az energiaszektorhoz köthető, ezért az energiafelhasználás környezeti hatásainak csökkentésére is figyelmet kell fordítani. A zöldenergia-források felhasználásával jelentősen csökkenthető lenne a szén-dioxid-kibocsátás, azonban a jelenlegi negatív tendenciák megállításához a szén-dioxid megkötésére is szükség van. Ez a mai technológiai tudás szintjén leginkább a növények fotoszintézisével oldható meg.

A biomassza a fosszilis energiaforrások után a negyedik legnagyobb mennyiségben hasznosított megújítható vagy megújuló energiaforrás a világon. A biomassza („bio”– élő + „massza” – tömeg) szót többféleképpen is értelmezhetjük. Általánosságban a Földön található, biológiai eredetű szerves anyagokat jelenti, azok teljes tömegét, de szűkebb értelmezés szerint leginkább a hasznosítható szerves anyagok összességét értjük alatta.

Új generációs, bioipari feldolgozásra alkalmas növények a Debreceni Egyetemen
A biomassza fajtái

A biológiai eredetű biomassza ezek alapján lehet növényi eredetű, p ldául: természetes vegetációból, szántóföldi vagy kertészeti növényekből, erdőből, rétről, legelőről vagy vízi növényekből származó szerves anyag. Származhat az állatvilágból, lehet állattenyésztés fő- és mellékterméke, hulladéka, de ide tartoznak az emberi tevékenységből származó szerves hulladékok és melléktermékek is. Az emberiség energiaigényét az 1800-as éveket megelőzően, a gőzgép feltalálása és a fosszilis tüzelőanyagok elterjedése előtt kizárólag biomasszából fedezték, és szinte csak fára korlátozódott.

Ma már azonban nemcsak tüzelésre használjuk a különböző eredetű szerves anyagokat, hanem bioüzemanyagot, biogázt, a műanyagipar és a vegyipar számára értékes alapvegyületeket, növényi olajokat, zsírsavakat vagy éppen gyógyszeralapanyagokat állítanak elő belőlük.

2017-ben Európában már több, mint 220 különböző eredetű biomassza átalakítására alkalmas, úgynevezett „zöld biofinomító” üzem működött. Hazánkban is számos hőerőmű működik már évtizedek óta, amely biomasszát dolgoz fel (a legnagyobbak a Mátrai és a Pannonpower cégcsoport erőművei), illetve bioetanol (Pannonia Ethanol), biodízel (Rossi Biofuel) és számos biogáz előállítására alkalmas üzem is működik.

Új generációs, bioipari feldolgozásra alkalmas növények a Debreceni Egyetemen
A fosszilis energiaforrások kimerülésével, illetve környezetvédelmi és klímapolitikai okokból azonban az utóbbi évtizedekben a megújuló energiaforrások közül az úgynevezett modern megújulók, a nap, a szél, a víz, a geotermikus, az óceáni és az áramlási energia szerepe is fokozatosan nőtt. 2016-ban rekordszámú megújuló energiát használó üzem indítását regisztrálták a világban, és a beruházások csaknem 90 százaléka a nap- vagy a szélenergiát hasznosítja. A beruházásokat a technológia és az eszközök innovációja is elősegíti, és ezáltal a napenergia hasznosításának költségei nagymértékben csökkentek az utóbbi években. 2016-ban a kapacitások nagymértékű emelkedése óránként 31 ezer napelem elhelyezését jelentette globálisan. Már a világ 90 országában használnak szélerőműveket villamos áram termelésre. Mindezt segítette az utóbbi évtizedek számos politikai célkitűzése és előírása, amelyek a megújuló energiaforrások részesedésének nagyarányú növelését szorgalmazták.

A növényi biomassza hasznosítása

Globális szinten a megújuló energiaellátáshoz a legnagyobb arányban még mindig a biomassza járul hozzá, annak ellenére, hogy a biomassza hasznosítását célzó beruházások aránya az utóbbi években nagymértékben visszaestek. A globálisan hasznosított biomassza 87 százaléka erdészeti eredetű volt 2016-ban, ipari és kommunális hulladékok 3 százalékban, a mezőgazdaság 10 százalékban járult hozzá az energiatermeléshez.

A világon rendelkezésre álló növényi biomassza igen változatos, és különböző módokon készíthető elő és dolgozható fel.

A magas cukor-, keményítő- és olajtartalmú növényeken felül ma már kifejezetten bioipari hasznosításra alkalmas fás- és lágyszárú energianövényeket, algákat és melléktermékeket is hasznosítanak a világon és Magyarországon egyaránt.

A növényi alapanyagok összetétele alapvetően meghatározza az átalakítás technológiáját és az előállítható végterméket. A hasznosításban a technológiai lehetőségek sora egyre kifinomultabb eszközökkel gyarapodik. A természettudományok és a biotechnológia fejlődése elősegítette mindezt, ezáltal a mezőgazdaság ma már nemcsak hatékonyabb élelmiszertermelésre képes, hanem különböző környezetkímélő technológiák felhasználásával új, nagyobb hozzáadott értékű termékek előállítására is.

Mit és mennyit termesszünk?

Mindezek miatt ma már számos biomasszának termesztett növény versenyez a korlátozott nagyságú termőterületekért, és fontos kérdéssé vált, hogy az élelmiszertermelés mellett milyen mértékben történjen a bioenergia termelése. A növekvő élelmiszerszükséglet miatt nem lehet sokat változtatni a jelenleg termelt mezőgazdasági haszonnövények spektrumán. Továbbá a leginkább egynyári növények termesztésén alapuló szántóföldi növénytermelés nem képes annyi szén-dioxidot fotoszintézissel, mint amennyit kibocsátunk az intenzív talajművelés során. Ellenben, ha a termelést évelő növényfajokkal, célzottan valósítjuk meg, akkor egyes évelő, elsősorban lágyszárú növények termesztésével jelentősen növelhetjük a talajok szervesanyag- tartalmát, és a talajművelési beavatkozások számának csökkentésével a széndioxid- mérlegen is javítani lehetne.

Az olasznád (Arundo donax) zöld biomasszája
Új generációs bioipari növények kutatása

A Debreceni Egyetem növénybiotechnológiai tanszéki csoportjának korábbi és jelenlegi munkatársai más tanszékkel, kutatóintézetekkel és vállalatokkal együttműködve több, mint egy évtizede végeznek biológiai, genetikai, agronómiai és biotechnológia kutatásokat a marginális területeken is termeszthető, bioipari feldolgozásra alkalmas óriástermetű, évelő rizómás fűfélékkel és mérsékelt égövi mályvafélékkel. Az úgynevezett biogenerációs növények kutatása alatt a biotechnológiai módszerrel szaporítható új generációs növényeket értjük. A kutatások eredményeképpen az utóbbi években különböző, hatékony szaporítóanyag- előállítási technológiák születtek, amelyek nagymértékben hozzájárulhatnak a növények olcsó szaporítóanyagának előállításához és e növények elterjedéséhez.

A kutatási területtel foglalkozó hazai és nemzetközi intézményeken kívül a világ vezető biotechnológiai és mezőgazdasági vállalatai is kutatják az új generációs biomasszanövényeket, az élelmiszernövényeken felül. Világszerte az intenzív, mégis környezetkímélő biomassza-termelés céljából választják ki és nemesítik tovább a legmodernebb nemesítési eljárások és termesztéstechnológiai rendszerek fejlesztésével a jövő biomasszanövényeit.

Csak körültekintően

A növényfajok kiválasztásakor számos gazdasági és környezetvédelmi szempontot figyelembe kell venni. A szélsőséges termőhelyi és klímaviszonyoknak ellenálló, jó szárazságtűrésű, vagy pont ellenkezőleg az elárasztást elviselő, jó belvíztűrésű fajok részesíthetőek előnyben. Továbbá a nehézfémmel szennyezett, emiatt élelmiszernövények termelésére nem alkalmas területeken is nagy biomasszahozamra képes növények kiválasztását érdemes szem előtt tartanunk annak érdekében, hogy a kiválasztott növények ne vegyék el az élelmiszertermelés elől a jó minőségű területeket. Környezetvédelmi szempontból fontos még, hogy a növények ne legyenek invazívak, vagyis ne legyenek agresszíven terjedő fajok.

Az olasznád (Arundo donax) száraz biomasszája
Kutatásaink során az olasznádat (Arundo donax L.) találtuk az egyik ilyen ígéretes bioenergia- növénynek. Az olasznád magas hektáronkénti biomasszahozamának (klímától és talajtól függően 20-40 száraz tonna/ha), kedvező kémiai összetételének, alacsony inputköltségének és sokoldalú hasznosítási lehetőségeinek köszönheti az iránta megnyilvánuló érdeklődést. A világon és hazánkban egyelőre hőenergia, biogáz és bioüzemanyag előállítása céljából termesztik. Képes különböző talajtípusokhoz alkalmazkodni: marginális területen, időszakosan elöntött vagy éppen sós, nehézfémekkel és szennyezőanyagokkal fertőzött területeken is megél.

A második világháború előtt az olasznád a papír-, a cellulóz-, a műselyem- és a lőporgyártás alapanyagaként volt nagyobb jelentőségű Olaszországban.

Elfásodott szárát még mindig használják favagy rézfúvós hangszerek alapanyagaként, és fenntartható zöld építőanyagként is hasznosítják.

Más évelő energianövényekhez hasonlóan (pl. nyárfa, kínai nád, vesszős köles) az olasznád viszonylag magas felső fűtőértékkel (16-19 MJ/ kg) rendelkezik, és aprítékként, pelletként vagy brikettként is hasznosítható, azonban a hőerőművekben magas hőmérsékleten előforduló korróziós problémák és kémiai összetétele miatt inkább nagyobb hozzáadott értékű termékek előállítása céljából perspektivikus a termesztése. Magas hektáronkénti biomasszahozama miatt fajlagos biogáztermelése nagyobb más energianövényekénél (pl. kukorica, cirok, tritikálé). Szárazanyagra vetítve azonban kevesebb biogázt lehet előállítani belőle, és a növény magas szilíciumtartalma problémát jelenthet biogáz előállításakor.

Az olasznád mint lignocellulóz- alapanyag, a második generációs bioetanol-előállítás potenciális nyersanyaga.

Az olasznád hektáronkénti etanolkihozatala átlagosan 20, de akár 50 százalékkal is meghaladja más bioetanol-előállításra alkalmas növények hozamait.

2013-ban a Mossi & Ghisolfi Group Észak-Olaszországban (Crescentino) létesített egy 60 ezer tonna/év kapacitású, cellulóz alapú bioetanolüzemet, aminek ez az egyik alapanyaga, mezőgazdasági melléktermékek, a kínai nád, a vesszős köles és a cirok mellett. Gazdaságossági kalkulációik alapján az olasznádból és a búza szalmájából történő bioetanol-előállítás éves költsége a legalacsonyabb (500 euró alatt van egy tonnára vetítve) az üzem 100 ezer t/ év kapacitása mellett. A búzaszalmán kívül az olasznádat tekintik legperspektivikusabb alapanyagnak a maga 5 tonnás hektáronkénti etanolkihozatalának köszönhetően, amit évi 20 száraz tonna/ha átlagos biomasszahozammal értek el. Megállapították, hogy az olasznádból előállított bioetanol használatával csökkenthető leginkább az üvegházhatást okozó gázok kibocsátása: a növény termesztésével akár évi 8 tonna szén-dioxid-egyenértékű kibocsátáscsökkentés is elérhető.

A Mossi & Ghisolfi Csoport nemcsak bioetanolt gyárt, hanem biológiailag lebomló polimereket is, szintén Olaszországban

Kifejezetten lignocellulóz alapanyagok előállítása céljából még a növények széles skálája áll rendelkezésre a világban, ezért fontos, hogy az „egyetlen jó út van” típusú szemlélet nem követhető. A biomassza alapú termelésben termesztendő növényfajokat nem lehet csak úgy begyűjteni; hasznosításukat tudományos alapossággal kell megtervezni annak érdekében, hogy a mezőgazdaság ezen új iparága, az úgynevezett új „zöld kémia” fel tudja venni a versenyt a fosszilis és egyéb energiaforrásokkal. A modern megújuló energiaforrások gyors terjedése nagy hatással lesz a biomassza alapú ipar további fejlődésére, bár az elkövetkező évtizedekben még a fosszilis energiahordozók dominanciája lesz a meghatározó.

Szerző: Antal Gabriella Debreceni Egyetem Gazdaságtudományi Kar, Ágazati Gazdaságtan és Módszertani Intézet, Agrárközgazdaságtani Tanszék

A cikk az Emberi Erőforrások Minisztériuma ÚNKP- 17-3. kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának támogatásával készült.

Ide kattintva megtekintheti a további jelölteket!

Forrás: 
Magyar Mezőgazdaság
Ezt a cikkünket és a témában további cikkeket a Magyar Mezőgazdaság 2018/28 számában olvashat.

Népszerű agrárszaklapok

Ezeket olvasta már?

Nem éri majd meg élelmiszer-növényekből bioüzemanyagot gyártani

Az Európai Parlament jóváhagyta a megújuló vonatkozó kötelező, és az energiahatékonyságra vonatkozó indikatív célértéket. Mindkettőt 2030-ig kellene elérni. Ezek a célértékek kulcsszerepet játszanak az Unió éghajlatváltozási vállalásainak teljesítésében.

A biológiai sokféleség megőrzendő érték

A Kárpát-medence Európa egyik legrégebbi mezőgazdasági kultúráját őrzi. Magyarország kiemelkedő természeti értékekkel rendelkezik, változatos ökológiai adottságai kedvezőek a biodiverzitásnak. Rendkívüli értéket jelentő haszonnövény fajtáink és állatfajaink hosszú évszázadok alatt, sajátos klimatikus és ökológiai viszonyok között alakultak ki - fogalmazott Farkas Sándor Eisenstadtban.

Feldman Zsolt: hatalmas lehetőségek rejlenek a biomassza alapú gazdaságban

11 közép-kelet-európai ország részvételével vette kezdetét Budapesten a nemzetközi BIOEAST-konferencia. A tanácskozás megnyitóját követően a mezőgazdaságért felelős államtitkár lapunknak elmondta, közös kutatásokkal igyekeznek teret nyitni a fenntarthatóságnak a régióban.

Mire jó az alga?

Az algák olyan mikroorganizmusok, melyeknek a növekedésükhöz nincs szükség talajra. Megvan bennük a lehetőség, hogy a megújuló energia egyik legmegbízhatóbb és legjelentősebb forrásaivá váljanak. Az üzemanyagárak emelkedésével a zavaros, iszapos tavaknak sok új felhasználási lehetőségére van esély.

Őrült tempóban fejlődik a bolgár biotermesztés, de sokan hamar bedobják a törölközőt

Mindössze két év alatt, 2014 és 2016 között 161 ezer hektárra nőtt, vagyis megtriplázódott az ökológiai gazdálkodásba bevont felületnagyság Bulgáriában. Ráadásul nem legelőkből és gyepekből lett több, hanem értékes gyümölcskultúrák teszik ki a 161 ezer hektár oroszlánrészét. Viszont a fluktuáció is nagy, sokan vágnak bele, de sokan ki is szállnak rövid időn belül.

Ökológiai gyümölcstermesztés most újra támogatással?

Bizonyos értelemben egyszerűsödött az ökológiai ültetvénytelepítés engedélyeztetési eljárása, azonban maradt még tisztázandó szabályozási kérdés.

Spontán jelent meg a poloskák ellensége

Az ázsiai márványpoloska az amerikai gyümölcsösökben is rengeteg kárt okoz. Mivel ott is inváziós fajnak számít, nincs természetes ellensége. A tudósok ezért eredeti otthonából, Ázsiából próbáltak behozni egy apró darázs-fajt, mely felveheti a versenyt a bűzös rovarral.

Mikroalga, a csodaszer

Évtizedek óta foglalkozik a mikroalga szaporításának és felhasználásának lehetőségeivel Tőzsér Béla. A szekszárdi bioipari mérnök nemzetközi megbecsültségnek örvend. Szakmai szervezetek tagja, szakértője, külföldi egyetemisták is érkeznek hozzá nyári gyakorlatra. A mikroalga sok mindenre használható: táplálkozás, takarmányozás, talajjavítás, kozmetikumok, gyógyászat.

Aszályban is biztonságosan terem

Helyettesíteni valószínűleg nem fogja, ám a termelők számára a kukorica mellett jó alternatíva lehet a cirok. A takarmány- és az élelmiszeriparnak egyaránt megfelelő alapanyag. Egyelőre az a gond vele, hogy Magyarországon kevesen és keveset termelnek belőle.

Kétmilliárdos program Törökszentmiklóson

Pannon Breeding Programot indított a Törökszentmiklósi Mezőgazdasági Zrt. A kutatók a projekt során olyan technológiákat, módszereket fejlesztenek, amelyek a korszerű és innovatív gazdálkodásra leginkább alkalmasak.