Földünkön mindenhol tapasztalhatók a légkör melegedésének egyre súlyosabb következményei: extrém időjárási jelenségek, a sarki jég olvadása, sivatagosodás, soha nem látott rovarok, növények megjelenése, a népvándorlás. A légkör melegedésének fő oka a légköri szén-dioxid-szint emelkedése. Az Európai Unióban egyre nagyobb hangsúlyt helyeznek a környezeti levegő védelmére, amelynek egyik útja a megújuló energiahordozók nagyobb arányú alkalmazása lehet. Hazánkban jelentős a szilárd biomasszával, ezen belül is a tűzifával történő fűtés.
Cikkünkben a fatüzelés műszaki, gazdasági és környezetvédelmi kérdéseit tekintjük át.
A légkör szén-dioxid-tartalma és annak hatása
A légkör megnövekedett szén-dioxid-tartalma közvetlenül felfűti a levegőt, mivel a föld felszínéről visszavert nagy hullámhosszúságú sugárzást nem engedi át a világűrbe távozni. A magasabb hőmérsékletű légkör több vízpárát vesz fel, ezzel nő a hőelnyelés mértéke, és ezzel tovább nő a levegő vízgőzfelvétele. A légkör növekvő vízgőztartalma ugyanakkor csökkenti a földről visszaverődő infravörös sugárzást, és ezzel melegítő hatást okoz. A növekvő vízgőztartalom másrészt visszatükrözi a napfény egy részét, ezzel gátolja a felmelegedést. A vízgőz okozta hatásokat nehéz pontosan megállapítani, mert nem egyenletesen oszlik el a levegőben.
A földfelszínen nappal a felhők a napsugárzás több mint ötödét verik vissza. A légköri szén-dioxid-tartalom mérését sok intézmény végzi a világban. Általában a hawaii Mauna Loa kutatóállomás mérését használják a föld légkörének átlagos szén-dioxid-szintjének megállapításához és a várható tendenciák becsléséhez. A Mauna Loa mérési eredményei 2023. januárban: 419 ppm, júniusban: 424 ppm, novemberben: 419 ppm. Az éven belüli szén-dioxid-koncentráció változása természetes jelenség, a tengerek és óceánok változó szén-dioxid-elnyelő képességével függ össze. A 400 ppm feletti értékeket veszélyes szintnek kell tekinteni.
Az Európai Unió már egy évtizede példás hozzáállást mutat a levegőtisztaság megőrzéséhez. A célok teljesítését három területen fogalmazza meg az EU: az emisszió csökkentése, az energiahatékonyság növelése, a megújuló energiahordozók használatának növelése. Az EU különböző szabályozásokat léptetett életbe a szén-dioxid-kibocsátás mérséklésére.
Az EU klímavédelmi programjaiban hazánk is részt vesz. Úgy tűnik, hogy az energiahatékonyság emelésére és a CO2-kibocsátás csökkentésére tett vállalásaink teljesülhetnek.
Az ország szén-dioxid-kibocsátása:
2010. évben: 52,2 millió tonna
2015. évben: 43,8 millió tonna
2020. évben: 44,7 millió tonna
2021. évben: 46,1 millió tonna
2022. évben: 42,9 millió tonna
A légkörbe kerülő szén-dioxid 50-200 évig nem bomlik el. Szerencsére a csapadék kimossa a szén-dioxid nagyobb részét a levegőből, de a szénsavassá váló csapadék szennyezi a talajt és az élővizeket is. A szén-dioxid a vízben kb. 0,145 g/100 ml mértékben oldódik. A másodlagos szén-dioxid-kibocsátásban a talaj és a tengerek is jelentős szerepet töltenek be.
A növények képesek a levegő szén-dioxidját megkötni, az abból kivont szenet a szervezetükbe beépíteni. Ez a folyamat az asszimiláció. Amikor a növények vagy azok egyes részei a természetben lebomlanak, a megkötött szén két fő úton megy tovább: vagy a talajba kerül, vagy visszaoxidálódik szén-dioxiddá, és ezzel a légkörbe kerül. Összességében a növényzet gyérítése árt a légkörnek. A föld története során a légkör szén-dioxid-tartalmának nagyobb részét a mészvázú tengeri állatok a szervezetükben kötötték, kötik meg. Ennek a folyamatnak az eredményei ma a karbonátos kőzetek, melyek az elhullott tengeri állatok vázából épültek fel.
A megújuló energiahordozók felhasználása
A megújuló energiahordozók helyzetét jelentős mértékben meghatározza a kőolaj és a földgáz tőzsdei ára. A két szénhidrogén legalább 80%-a tőzsdéken talál felhasználóra. A tőzsdei árak alakulása sok tényezőtől függ, de a megújuló energiahordozók terjedése még nem tudta a szénhidrogének tőzsdei árát lényegesen elmozdítani. A magas kőolajár azonnal serkenti a megújuló energiahordozók használatának beruházásait, az alacsony olajár pedig azonnal visszaveti ezeket a beruházásokat.
2022-ben a hazai primerenergiahordozó-termelés 468,1 PJ volt, a primer felhasználás 1055,9 PJ. A megújuló energiahordozók termelése 141,8 PJ, a felhasználása 136,1 PJ volt1.
A megújuló energiahordozó energetikai célú felhasználásában nem látszik nagy előrelépés – kivéve a napenergia hasznosítását (lásd 1. táblázat).
| 2015 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | |
| kommunális hulladék | 3123 | 3073 | 3009 | 3401 | 3282 |
| szilárd biomassza | 103914 | 86632 | 85922 | 91560 | 88587 |
| biogáz | 3335 | 3785 | 3748 | 3545 | 4053 |
| bioüzemanyagok | 7332 | 8504 | 11724 | 11932 | 12740 |
| napenergia | 956 | 5949 | 9479 | 14316 | 17704 |
| geotermikus energia | 4426 | 6611 | 6274 | 6581 | 6938 |
| vízenergia | 842 | 788 | 878 | 763 | 641 |
| szélenergia | 2495 | 2624 | 2358 | 2390 | 2196 |
| összesen | 126423 | 117966 | 123392 | 134479 | 136141 |
Az áttekintett öt évben a megújuló energiahordozók használata terén két energiahordozónál volt előrelépés: a bioüzemanyagoknál a benzin és a dízel üzemanyagban a bio komponens szintje elérte a járműállomány szempontjából elfogadható szintet. A jelentős előrelépés a napenergia hasznosításánál figyelhető meg: a lakosság és a vállalkozások is – alapvetően saját fejlesztési forrásaikból – beruháztak jelentős napelemállományba. Valószínűleg a kormányzati pénzbeli támogatások mértékének emelése segíthetne a primerenergia-felhasználás kedvezőbb alakulásában.
A felhasznált megújuló energiahordozók 65%-a szilárd biomassza volt 2022-ben, ennek mintegy kétharmada a lakossági tűzifafogyasztás. A légköri hőmérséklet emelkedése okozhatja a szilárd biomassza felhasználásának csökkenését. A lakossági tűzifa- és földgázfelhasználás szoros összefüggésben van, mert a háztartások 60%-a a földgáz mellett berendezkedett a részleges vagy teljes fatüzelésre is. A két energiahordozó felhasználásának arányát a beszerzési árak határozzák meg. A lakossági földgáz ára évek óta nem változott („rezsicsökkentett”), a tűzifa ára pedig láthatóan emelkedett. (Egy erdei köbméter jó minőségű, aprított tűzifa ára ma 100 ezer forint körül van.) Ez az árviszony a földgázhasználat felé mozdítja a lakosságot.
A biomassza-felhasználás
Az EU a biomassza energetikai hasznosításával kapcsolatban a következőkre irányítja a figyelmet.
- A keletkező biomasszából mindenekelőtt ki kell elégíteni a földek termőképessége fenntartásához szükséges szervesanyagigényt.
- A környezetünkben keletkező, energetikailag hasznosítható biomassza csak kis részét hasznosítjuk, így szükség van előrelepésre ezen a területen.
- A sokféle biomassza közül kiemelhető a szennyvíz tisztításnál keletkező, jelentős metántartalmú szennyvíziszap, aminek hasznosításában Európában lényeges előrelépés volt az elmúlt években. Ugyancsak eredményeket értünk el Európában a lakossági és kommunálishulladék-lerakók biogázának gyűjtésében és hasznosításában.
- Ha a természetben keletkező biomasszát nem hasznosítjuk, akkor a természetes lebomlása éppúgy szén-dioxiddal (és metánnal) szennyezi a környezetet, mintha eltüzelnénk. Emiatt a biomassza-tüzeléssel felszabaduló szén-dioxid matematikailag nem számít a légkör CO2-terhelése szempontjából.
- Az ipari léptékű szén-dioxid-kibocsátás immár szabályozás alá került, a kibocsátás megtakarítása tőzsdén értékesíthető.
Meg kell jegyezni, hogy ugyanakkor:
- a biomassza-hasznosítás legjelentősebb része ma még a háztartási fatüzelés, ami ellenőrizetlen légkörszennyezéssel jár,
- a biomassza begyűjtése, hasznosítóműbe szállítása, kezelése (szárítása, aprítása, tárolása, mozgatása) energiát igényel, amit rendre szénhidrogénekből állítanak elő,
- a biomassza-tüzeléssel járó légkörszennyezés nemcsak szén-dioxidból áll, hanem egyéb szerves anyagok és szálló por is kerül a levegőbe. Ez alól csak az ellenőrzött, ipari léptékű biomassza-tüzelés a kivétel.
A magyar kormány Nemzeti Energia- és Klímaterve a szilárd biomassza felhasználását a következők szerint ütemezi:
| Év | 2025 | 2030 | 2035 | 2040 | 2045 | 2050 |
| PJ | 90 | 98 | 85 | 70 | 55 | 45 |
A szilárd biomassza
A mezőgazdaságból és erdőgazdálkodásból származó termékek, hulladékok, valamint az ipari és települési hulladékok biológiailag lebontható részét jelenti:
- a hazai teljes biomasszakészletet évi 350-360 millió tonnára becsülik,
- tűzifa: az ország erdőterülete 1,96 millió hektár (2022)
- élőfakészlet: 408 millió m3,
- az erdőben évente elpusztuló faállomány: kb. 1,8 millió m3,
- éves faállomány-növekmény: 12-13 millió m3,
- évente kitermelhető 9-10 millió m3, ennek kb. 50%-a tűzifa, ugyanakkor 95%-a lombos fa,
- a kitermelés 2021-ben: 3915 ezer tonna volt.
Az erdőkből kitermelt fa 80-85%-a kereskedelmi forgalomba kerül, a mezőgazdasági szálas hulladék évente: kb. 5 millió tonna.
A fatüzelés bővebb értelemben magában foglalja a tűzifa mellett a mezőgazdasági, erdészeti melléktermékek és a kimondottan tüzelési célra termesztett energianövények energetikai hasznosítását is. Terjedőben van a fűrészporból, fakéregből, gabonahéjból, szalmából gyártott pellet és brikett használata. Az erőművekben, városi fűtőművekben pedig gyors növésű, kimondottan tüzelésre termesztett fás szárú növényekkel is tüzelnek. A pécsi erőmű részben szalmatüzelésre állt át, a környék felesleges szalmáját hasznosítják a távfűtéshez.
Néhány tudnivaló a fatüzeléshez
A tűzifa vásárlása
A tűzifát a kereskedelemben térfogatra vagy tonnára árusítják. Mivel a fa víztartalmát ránézésre nem lehet megállapítani, ezért célszerű a tűzifát térfogatra vásárolni. Térfogatra egy köbméteres (1 m x 1 m x1 m), vagy egy erdei köbméter (1 m x 1 m x 1,75 m), kalodába sűrűn rendezett fát vásárolunk. A fahasábok általában 33 cm hosszúak. Lehet kapni kb. 1 m átmérőjű, 1,7 m magas, hálóval közrefogott raklapon szórtan berakott tűzifát is. A tűzifa ára függ a fa fajtájától, ajánlott azonban, hogy csak keményfát (tölgy, cser, bükk, akác) vásároljunk a tüzelőberendezéseink kímélése érdekében is. A tűzifa fogyasztói árához hozzá kell még adni a fuvardíjat is. Vásárolhatunk fabrikettet, ennek ára kilogrammonként 80–100 forint. A fapellet ára hasonló ehhez.
A tűzifa ára szabadár, árusítóhelyenként lényeges eltérések is lehetnek. Szociálisan rászorulók részére van tűzifajuttatás, de ez a mennyiség alig haladja meg az éves tűzifafogyasztás 10%-át.
A fatüzeléses háztartási kazánok hatásfoka
A korszerű fatüzelésű háztartási fűtőberendezések 70% összhatásfok felettiek, de a régebbi gyártásúak is 60% felett üzemelnek, a faelgázosító kazánoknál pellet- és brikett-tüzelésnél pedig a hagyományos értelemben vett hatásfok meghaladhatja a 80%-ot is. A tüzelőanyag víztartalma azonban közvetlenül befolyásolja a kazán hatásfokát. A látvány-tüzelőberendezések hatásfokát nem szokták vizsgálni. Összehasonlításul, az alacsony hőmérsékletű gázkazánok hatásfoka 90% feletti.
Az Európai Unió rendeletben szabályozza a szilárd tüzelésű fűtőberendezések hatásfokát is. A rendelet még nem lépett hatályba, de 2019-től már csak azok a fatüzeléses berendezések hozhatók forgalomba, amelyek éves kihasználási foka 80% felett van.
A tűzifa víztartalma és átlagos fűtőértéke
A víztartalom és a fűtőérték közötti kapcsolatot a következő táblázat mutatja:
| víztartalom (%) | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| fűtőérték (kWh/kg) | 4,6 | 4,3 | 4 | 3,4 | 2,9 | 2,3 |
10% víztartalom: műszárított fa,
15% levegőn szárított fa, több mint egy év után,
20% száraz fa szabadban, esőtől védve tárolva, egy év után,
30% szabadban, esőtől védve tárolt fa, a vágás után fél évvel,
50% frissen kivágott (élő) fa.
A fa égése
A fa az égés során a következő fázisokon megy keresztül:
- víztartalom elpárologtatása kb. 100 oC-on, a fa zsugorodik, repedezik, és hőt vesz fel (a víz párolgáshője: 0,64 kWh/kg),
- bomlási folyamat: 100–200 oC-on a molekulák hőfelvétel mellett bomlanak, hasadnak,
- pirolízis, gázosodás: 260–1000 oC között a fa égése folyamatos, hőtermelés, szenesedés megy végbe,
- faszén égése 500–800 oC-on, hőtermelés mellett,
A fatüzelés égéslevegő-szükséglete: 10 kg légszáraz fához 30–40 m3 levegő kell.
A fa eltüzelésekor a levegőbe kerülő égéstermékek
Aerosol, kis méretű szálló por
Egy kilogramm légszáraz tűzifa elégetésekor kb. egy dekagramm por kerül a füstgázzal a levegőbe. A szálló por szemcsemérete és hatása a következő lehet:
- kis méretű, belélegezhető szálló por, a részecskék mérete 2,5–10 µm közötti. A porrészecskék felületéhez mérgező, esetenként rákkeltő anyagok kötődnek. Ezeket a részecskéket az orr- és garatüreg, a gégefő és a légcső általában leköti, és köhögéssel kiürülhet,
- a tüdőbe hatoló porrészecske: mérete 1–2,5 µm. A hörgők még fel tudják fogni. Becslések szerint télen egy nap alatt 0,5–2 mg mennyiséget lélegzünk be, ez egy gyógyszer hatóanyagának is megfelelő mennyiség,
- ultra finom porrészecskék mérete kisebb mint 1 µm. A tüdőhólyagokban ül le, nem ürül ki. A tüdőn keresztül a vérkeringésbe juthat, keringési zavarokat idézhet elő.
Az ország légterébe kerülő szállópor több, mint 65%-át a lakossági fűtés okozza.
A szálló por 10 µm-nél nagyobb szemcséi a levegőből néhány nap alatt kiürülnek, de az ennél kisebb szemcséket csak az eső tudja leülepíteni. Addig pedig belélegezzük ezeket.
Szén-monoxid
Fa tüzelésekor mindig keletkezik, különböző mértékben. Színtelen, szagtalan, erősen mérgező gáz. A levegőnél könnyebb, a szabadban felfelé áramlik, zárt térben a mennyezet alatt gyűlik össze. Kezdetben és kis koncentrációban szédülést, fejfájást, hányingert okoz. 0,1 tf% szén-monoxid-tartalmú levegő perceken át történő belégzése biztos halálhoz vezet.
Kén-dioxid
Szerencsére a környezetünkben élő fák eltüzelésekor nagyon kevés kén-dioxid kerül az égéstermékbe. A kén-dioxid a füstgáz vízgőztartalmával kénessavat, kénsavat alkot, ami erősen maró hatású a füstjáratokra, de belélegezve az emberi szervezetre is.
Nitrogén-oxidok
Minden tüzelésnél keletkezik az égéshez bevitt levegő, vagy a tüzelőanyag nitrogén-tartalmából. Irritáló hatású gáz, a légzőszervi megbetegedések egyik okozója lehet. Tartós belélegzése rákkeltő hatású. A levegő nitrogén-oxid tartalma a csapadékkal és a légkör oxigénjével salétromsavat alkot.
Aromás szénhidrogének
A legegyszerűbb aromás szénhidrogén a benzol, ami fatüzelésekor rendszerint keletkezik. Rákkeltő hatású. Tökéletlen égésnél keletkezhet ecetsav, fenol, metán, formaldehid is.
Szén-dioxid
A fa elégetésekor nagy mennyiségben keletkező gáznemű anyag. A levegőnél nehezebb, ezért különösen fontos a jól méretezett égéstermék-elvezető, ahol a kémény huzata a szén-dioxidot biztonságosan a szabadba juttatja. Zárt térben a helyiség alsó szintjén gyűlik össze, és azt belélegezve szédülést, hányingert, ájulást, majd halált okozhat. A szén-dioxid a mindennapi életünk része, fogyasztjuk szénsavas italainkban is. Magyarország 2022-es szén-dioxid-kibocsátása 42,9 millió tonna volt, ebből a háztartások mintegy 7 millió tonnát adtak2.
Vízgőz
A fa természetes víztartalma az égés során vízgőzzé alakul, és a füstgázzal távozik az égéstérből. A vízgőz a füstgáz szén-dioxid-tartalmával szénsavat alkot, ami a talajba jutva a föld savasodását okozza.
Korom
A tökéletlen égés terméke. Részben a tüzelőberendezésben marad, részben a füstgázzal a levegőbe kerül. Különböző méretű aktív szénrészecskék alkotják.
Hamu
A tüzelőberendezésben a fa tüzelésekor visszamaradó szilárd égéstermék. Kisebb mennyiségben a talaj ásványianyag-pótlására használható.
Megjegyezzük, hogy a fa eltüzelésekor keletkező égéstermékek gáz vagy szilárd halmazállapotban egymással reakcióba léphetnek.
Mérlegelési szempontok fatüzelés esetén
Vitathatatlan, hogy egy családi házban a kandallóban, cserépkályhában lobogó tűz remek látvány, varázslatos hangulatot ad. Ezzel együtt az alábbiak alapos mérlegelését ajánlunk azoknak, akik új ház építésénél fatüzelésen gondolkoznak, de azoknak is, akik a meglévő fűtést akarják lecserélni fatüzelésre:
- honnan szerezzük be a tűzifát,
- tudjuk-e a tűzifát legalább egy évig száraz helyen tárolni,
- a fűtés költségét egy évvel korábban fizetjük ki,
- mérlegeljük a fatüzelés és az egyéb tüzelőanyag használatának költségeit, munkaigényét (alább), a fűtés minőségét, szabályozhatóságát és az általa nyújtott hőkomfortot,
- a fűtéssel munka jár; győzzük-e a faaprítást, rakodást, a kazán begyújtást, a tűzifa pótlást, majd a hamuzást,
- éjszaka is jó lenne melegen tartani a fűtőtesteket,
- gondolunk-e arra, hogy a fafűtéssel szennyezzük a levegőt a környezetünkben.
Dr. Szilágyi Zsombor
Képillusztráció: Freepik
