Gázmotorok emisszió-csökkentése és hulladékhő-hasznosítása alga- növény- és haltermelésre

Dr. Stündl László egyetemi docens

Debreceni Egyetem MÉK

„A Biogáztelep hulladék CO2-jének, -szennyvizének, és -hőjének zárt ciklusú újrahasznosítása biomasszával” c. projekt - 1. nemzetközi Workshop

Budapest, 2014. április 28.

Az integrált multitrofikus akvakultúra (IMTA) előnyei

1) Környezeti és gazdasági szempontból egyaránt fenntarthatóbb gyakorlat (integrált rendszerek, faj- és korcsoport-specifikus takarmányozás, elfolyó víz tisztítása/hasznosítása, növény- és enegriatermelés)

2) Alacsony vízfelhasználású, -kibocsátású és üzemeltetési költségű zárt rendszerekre létesítése lehetéséges (energiahatékonyság fokozása, kisebb kiszolgálási, növény/állategészségügyi kockázat és költség)

3) A városokhoz/piacokhoz közeli termelés (kisebb logisztikai költség, kedvezőbb környezeti hatás „ökológiai / karbon lábnyom”, folyamatos ellátás)

4) A termékek minőségbiztosításának, nyomonkövethetőségének és címkézési sztenderdjeinek kialakítása lehetséges, jó példák rendelkezésre állnak

5) Ezek hosszútávú társadalmi és gazdasági előnyöket hordozó tevékenységek (jövedelem diverzifikáció, szocioökonómiai hatás – munkahelyek megtartása)

DE AGTC Halbiológiai Labor 18 db 450 l-es halnevelő medence;20 db 90 l-es ivadéknevelő medence15 db 180 l-es akvárium;1 db 2,8 m3-es tárolómedence;14 db 8 l-es keltető (Zuger) üveg;5 db 200 l-es Zuger ballon (Zb).1 db 450 l-es kerekesféreg nevelő rendszer

Vizsgált halfajok

Barramundi (Lates calcarifer)

- elterjedési területe Dél-kelet Ázsia és Ausztrália

Vörös árnyékhal (Sciaenops ocellatus)

- Észak és Közép Amerika partvidékén honos

Hibrid csíkos sügér (M.Saxatilis x M. Chrysops)

Észak Amerikában kialakított fajhibrid

A fajok termelésének előnyei:– Kiváló húsminőség: szálkamentes, ízletes, fehér húsú halfajok– Gyors növekedés és kedvező húskihozatal– A környezeti tényezőkkel (sótartalom, hőmérséklet) és a termelés

technológiai elemeivel szemben ellenállóak

AlgatermelésAkvapónia

Főbb eredmények

• A Halbiológiai Oktató- és Kutatólaboratóriumban kialakításra került:▫ Édes vizű és sósvizes recirkulációs lárva- és utónevelő rendszer▫ Alga-reaktor, illetve speciális élő eleség (Rotatoria, Artemia) előállító

egységek• Elért kutatási eredmények:▫ Kedvező biológiai hatású mikroelemekkel dúsított élőeleségek

előállítása, ezeknek a hallárva termelési paramétereire gyakorolt hatása▫ Beltartalmában (vitaminok, nyomelemek, egyéb takarmánykiegészítők)

gazdagított tápok kifejlesztése, faj- és korosztály-specifikustápreceptúrák kialakítása

▫ A komplex lárva- és ivadéknevelési technológia (takarmányozás,tartástechnológia, kritikus vízminőségi paraméterek meghatározása, stb.)

▫ Funkcionális haltermék-prototípusok előállítása▫ A halhús mellékíz-mentesítés és fogyasztói attitűd vizsgálatok▫ Piac- és komplex gazdasági elemzések

Termékek

Ráfordítások

Hő - és elektromos energia

Hőenergia, CO2

Víz, tápanyagok

Alga fehérje (takarmány)

Haltakarmány, kiegészítő anyagok

Zöldség, dísznövény, stb.

Biodízel, EPA, DHA, fehérje, stb .Elektromos energia

Haltermékek

Akvakultúra

Gázmotor

Biogáz, termálvíz (CH

4tartalom)

Hidrokultúrás egység

Alga bioreaktor

Víz

Víz, tápag.

Gázmotor

Algabioreaktor

Akvakultúra Hidropónia

Kombinált termelés

Metán égése

• Égése tökéletes, mivel a C tartalom nem magas(CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O)

• Égéshő: 55,50 MJ/kg, 890 kJ/mol, fűtőérték: 55,50 MJ/kg

• Energiatartalom: 9,94 kW/m3, ~ 1 l tüzelőolaj energiája

• Átalakítás: villamos energia 25-42%, termikus hatásfok 40%, kogenerációs berendezések össz. hatásfoka > 75% !

• Energiatermelés: 2,5-4 kW/m3 villamos és 4 kW/m3 hő

Az algák lehetséges felhasználása

• Táplálkozás: astaxanthin, béta-karotin, többszörösen telítetlen (Omega-3) zsírsavak DHA and EPA;

• Gyógyszeripar: gyógyászati célú fehérjék, vírus, mikroba és gombaellenes készítmények, neuro-protektívtermékek;

• Hidrokolloidok: agar, alginát, karragén; • Takarmányozás: hal-, rák-, kagyló- és más állati

takarmányok; • Ipari felhasználás: színezékek, kenőanyagok,

biopolimerek, bioműanyagok.

Jellemzők:• A fotobioreaktor a gázmotorból kikerülő füstgázt fogadja • A 8 db 75m3-es egység méretezése az előzetes mennyiségi kalkulációk alapján történt • A rendszer kétrétegű fóliasátorban van (alapterület: 15x60 m)• A medencéket egyenként fedettek• A reaktorokban a világítás LED-technológiával (is) történhet. • Az alga letermelése 10-14 naponta lehetséges

Alga fotobioreaktor

kg/m3/ nap

10-14 n sz.a.

hozam kg/m3

10-14 n hozam kg

sza/600 m3

Kivonható olaj %

Biodízel liter/10-14

nap/600 m3

Fehérje-tart. átlag

(%)

10-14 n. fehérje-

hozam kg/ 600 m3

Chlorella sp. 0,22 3,02 1814 22,5 408 62,7 1137Scenedesmus sp. 0,11 1,26 756 16,3 123 59,2 448

Dunaliella sp. 0,14 1,68 1008 7,5 76 61,0 614

átlag 0,16 1,99 1.193 15,4 202 61,0 733

Kalkuláció (600 m3-es kísérleti medencés reaktor)

• Termálkút: 240 m3/nap vízkivétel

• Gáztartalom: 11-12 m3/h CH4 elégetésével 22-24 kg/h CO2, ez éves szinten 192 t CO2 felhasználás

• Ebből keletkező termék: 0,16 kg/m3/nap alga biomassza (Chlorella sp. Scenedesmus sp. és Dunaliella sp. vegyesen),

• Ebből olaj (15,4 % sz.a.) és fehérje (60,95 %sz.a.) tartalom esetén: 8.300-8.400 l/év olaj és 26-27 t/év a fehérje hozam

• Az akvakultúra és a talaj nélküli növénytermesztés(hidropónia) kombinációja

• Rendszere egy mesterséges, recirkulációsökoszisztéma, amelyben a bakteriális folyamatokalakítják át a halak által termelt hulladék anyagokatnövényi tápanyagokká

• Környezetbarát, természetes élelmiszer előállításieljárás, amely hasznosítja az akvakultúra és ahidropónia legjobb tulajdonságait

Az akvapónia

„raft” rendszer (tankkultúra)

szubsztrát (ár-apály) rendszer

Biofilter

Nyomó-tartály

Mecha.szűrő

biofilterMechanikai szűrő

Nyomó-tartály

biofilterMechanikai szűrő

Nyomó-tartály

Jellemzők:• A haltermelő modellrendszer 12 db 50m3-es egységből áll• A technológia kialakításánál az alacsony beruházási költség, egyszerű és biztonságos

üzemeltetés és a minimális környezeti terhelés együttes biztosítása a cél. • A technológiai víz mechanikai és biológiai tisztítása során keletkezett nitrogén és

foszfortartalmú melléktermékek hasznosítása a növénytermelő egységben történik meg. • A rendszert kétrétegű fóliasátorban van (alapterület: 15x60 m).

Haltermelő modellrendszer

Hozam:30-32 t/év

Tak.felhaszn.:40-45 t/év)

Jellemzők:• 20 db 60m2-es „raft” (tank) és 24 db 42m2-es szubsztrát (ár-apály) egység (össz. 2.160 m3) • Salátafélék, zöldség- és fűszernövények szóba jöhető összes fajának/fajtájának kísérleti

termesztésére. Az akvakultúrából származó napi 10% (kb. 60 m3) mechanikai szűrlet hasznosítása (nem a teljes haltermelési technológiai víz)

• 4 db kétrétegű fóliasátorban elhelyezve (alapterület: 4x15x60 m).

Hidropóniás kertészeti egység

Megnevezés Menny Ter. Hozam(kg/m2/év) m2 kg/év

Paradicsom 50 320 16 000Paprika (kaliforniai) 25 320 8 000Uborka 80 320 25 600Fejes saláta 50 400 20 000Jégsaláta 35 400 14 000Bazsalikom 20 200 4 000Korainder 15 200 3 000

2160 90 600

2 egység (4 db sátor)

Akvakultúra labor(recirkulációs

rendszer)

Külső („hideg”) halnevelő

Hirdopóniás növényház(220 m2 termesztő felület, 58 m3, szubsztrát és „tutaj” rendszer)

Nyitott algamedencék

(36m3/medence)

(5-30 m3 medencék)

Fejlesztési tervek (2014)

+ megújuló energiák

Várható eredmények

• Új környezetbarát technológia: alacsony beruházási és üzemeltetési költség, modul rendszer

• Új környezetbarát termék: fenti technológiával előállított algaolaj- és algafehérje, halak és zöldségfélék

• Új környezetbarát szolgáltatás: a szerzett tapasztalatok és kidolgozott technológia alapján szolgáltatásként hasonló telepek tervezése, kivitelezése (know-how és folyamatos szaktanácsadás tenyésztési/termeszetési alapanyag és takarmány biztosításával)

Konzorcium

• Debreceni Egyetem MÉK

• NNK Környezetgazdálkodási Kft.

• Földes-Therm Kft.

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!