Mi a lignit? Mennyire zöld energiaforrás?

A lignit a legalacsonyabb fűtőértékű, ugyanakkor kifejezetten olcsó szén, amely minden környezetkárosító hatása dacára is jelentős energiaforrás Európában.

Ideje tehát kicsit utánajárnunk, mi is az a lignit, és milyen szerepet tölt be Európa energiatermelésében.

Mi az a lignit?

A lignit, más néven barnaszén, a latin „lignum” szóból származik, amely „fát” jelent. Ez a puha, barna, éghető üledékes kőzet természetes módon tömörödött tőzegből képződik, és a legalsó széntípusnak számít, mivel viszonylag alacsony, körülbelül 25–35%-os széntartalommal rendelkezik.

Kitermeléskor a lignit magas nedvességtartalmú, ami hozzájárul az alacsonyabb széndúsításhoz és hőleadáshoz. Ezen korlátok ellenére a lignitet világszerte bányásszák és elsősorban gőz-elektromos áramtermelésre használják.

A lignit égése kevesebb hőt termel más szénfajtákhoz képest, miközben jelentős mennyiségű szén-dioxidot és ként bocsát ki. Következésképpen a lignit minősül a legártalmasabb szénfajtának az emberi egészségre nézve.

A forrástól függően a lignit különböző mérgező nehézfémeket, beleértve a természetesen előforduló radioaktív anyagokat is, tartalmazhat. Ezek az anyagok megmaradhatnak a lignit égése során keletkező szénhamuban, tovább növelve az egészségügyi kockázatokat.

A lignit sötétbarna vagy fekete éghető ásvány, amely több millió év alatt képződött a növényi anyag részleges bomlása révén. Ez a folyamat megnövekedett nyomás és hőmérséklet hatására, oxigénmentes környezetben megy végbe. Lényegében a lignit a szén fejlődésének korai stádiuma.

A lignit előnyei és környezeti hatása

A lignit számos előnnyel rendelkezik. Bőségesen és könnyen hozzáférhető, megbízható és olcsó áramforrást biztosít. Az infrastruktúra a lignitből előállított áramra jól kiépített, és sok erőmű környezettudatos módon használja a lignitet (legalábbis ezt állítják).

Egyes régiókban a lignit jelenléte az 50–70 millió évvel ezelőtti mocsaras körülményekre vezethető vissza. A hatalmas mennyiségű elhalt és bomló növényi anyag felhalmozódott ezekben a mocsarakban, végül lignit telepeket alkotva.

A lignit fűtőértéke körülbelül 7,000 brit termikus egység (Btu) per font, és víztartalma körülbelül 35 százalék. Ezek a jellemzők kevésbé hatékony, de széles körben használt üzemanyagforrássá teszik az áramtermeléshez (és még mindig azt hiszik, hogy a földrajzórák csak unalmas adatok memorizálásáról szólnak).

A lignit égetése erősen problémás környezetvédelmi szempontból

a lignit égetése különböző szennyező anyagokat bocsát ki, beleértve a részecskéket, SOx-ot, NOx-ot, CO-t, üvegházhatású gázokat, szerves vegyületeket, nyomfémeket és savas gázokat. A kibocsátási szintek a lignit összetételétől, az égetés hatékonyságától és a szabályozó intézkedésektől függnek.

Mi a különbség a lignit és a szén között?

„Ha felnövök, szén leszek” mondhatná a lignit, ha tudna beszélni és nem csak lassan tömörülne a mélyben. Ahogy fentebb említettük, a lignit gyakorlatilag szén, de ha ember lenne, akkor ő volna a Szén család előszobában megtűrt, lesajnált rokona (aki azonban még mindig előkelőbbnek tarthatná magát a tőzegnél, akit legfeljebb a ház előtti gyepre engednének).

A lignit tényleges széntartalma 60-70% száraz, hamumentes alapon, de inherent nedvességtartalma akár 75% is lehet, míg hamutartalma 6-19% között mozog. Ez a gyakorlatban egy jóval alacsonyabb, 25-35%-os széntartalomban mutatkozik meg, ha a nedvességet és az ásványi anyagokat is figyelembe vesszük (ami azért elég jelentős különbség, nemde?).

A lignit energiatartalma 10-20 MJ/kg (9–17 millió BTU/tonna) között változik nedves, ásványi anyag mentes alapon. Az Egyesült Államokban a lignit átlagosan 15 MJ/kg (13 millió BTU/tonna) értéket ér el, míg Victoria államban, Ausztráliában ez az érték 8.6 MJ/kg (8.2 millió BTU/tonna) nedves alapon.

A lignitből mesterségesen kőolaj is készíthető

A magas illékony anyag tartalma miatt a lignitet könnyebb gázzá és folyékony kőolaj termékekké alakítani, mint a magasabb minősítésű szeneket. Magas nedvességtartalma azonban spontán öngyulladás veszélyét hordozza magában szállítás és tárolás során.

A víz eltávolítása mérsékli ezeket a kockázatokat, növeli a fűtőértéket a feketeszén szintjére, és csökkenti a kibocsátást a feketeszénnel összehasonlítható vagy annál jobb szintre. Ennek ellenére ezek a folyamatok növelik a lignit üzemanyag végső költségét.

Mennyivel jobb a barnakőszén a lignitnél?

Ezzel szemben a barnakőszén, amely fekete vagy sötétbarna, szén-tartalma 76-86% száraz, hamumentes alapon, és energiatartalma 24-33 MJ/kg nedves, hamumentes alapon. Nedvességtartalma 2-15% között mozog, és hamutartalma 3-12% között változik​.

A barnakőszén különösen alkalmas acél- és cementgyártásra, valamint elektromos áram előállítására magas energiasűrűsége miatt. Ugyanakkor, magas kéntartalma miatt jelentős mennyiségű kén-oxidot bocsát ki, ami hozzájárul a savas eső kialakulásához, és tartalmazhat olyan szennyező anyagokat, mint arzén és higany​.

Mire használják a lignitet?

A lignit elsődlegesen villamosenergia-termelésre használatos, kisebb mennyiségben pedig a mezőgazdaságban, iparban és ékszerkészítésben alkalmazzák. Történelmileg otthoni fűtőanyagként is használták, de ennek jelentősége mára nagymértékben csökkent.

A lignit, mint tüzelőanyag

A lignit általában vastag, felszínközeli rétegekben található, ami olcsóvá teszi a bányászatát. Azonban alacsony energiasűrűsége, morzsolódási hajlama és magas nedvességtartalma miatt nem hatékony a szállítása, és a világpiacon kevésbé kereskednek vele, mint a magasabb minőségű szenekkel.

Általában a bányák közelében lévő erőművekben égetik el, például Ausztrália Latrobe-völgyében és Texas Monticello és Martin Lake erőműveiben. A magas nedvességtartalom és alacsony energiasűrűség miatt a lignittel működő erőművek szén-dioxid-kibocsátása megawattóránként magasabb, mint a feketeszénnel működő erőműveké.

Ausztrália Hazelwood Erőműve, amely 2017 márciusában zárt be, a világ legerősebb lignit erőműve volt. A hagyományos ligniterőművek és a kapcsolódó szalagszerű bányászat környezeti hatásai politikai vitákat váltanak ki.

A Német Demokratikus Köztársaság (NDK) nagymértékben támaszkodott a lignitre, energiaigényének 70%-át ebből fedezte, és a vegyiparban is felhasználta a Bergius- és Fischer-Tropsch-szintéziseken keresztül. Ez a változás a Szovjetunió 1970-es évekbeli politikai irányváltása miatt vált szükségessé, amely megszüntette az alacsony áron történő olajszállítást.

Az NDK tudósai még a lignit magas hőmérsékletű kokszra való átalakítását is megoldották, amely a kohászati célokra volt alkalmas, és a vasúti hálózat nagy része lignit által hajtott gőzmozdonyokkal vagy lignitből származó árammal működő villamosított vonalakkal üzemelt.

2014-ben a lignit Németország energiafogyasztásának mintegy 12%-át és villamosenergia-termelésének 27%-át biztosította. Görögországban a lignit az energiaigények 50%-át fedezte. Németország 2038-ig tervezi a lignit fokozatos kivonását, míg Görögország 2025-ig bezárja az utolsó szénerőművét az Európai Unió nyomására, és a megújuló energiaforrásokra helyezi a hangsúlyt.

Otthoni Fűtés

A lignit, amelyet gyakran brikett formájában használnak, a tűzifa helyettesítője vagy kiegészítője az otthoni fűtésben.

Bár az égés során kibocsátott jellegzetes szaga miatt történelmileg alacsony költségű tüzelőanyagnak tekintették a magasabb értékű szénfajtákhoz képest (mert ki ne szeretné a lignit illatát a nappaliban?), Németországban a lignit brikettek továbbra is elérhetők barkácsáruházakban és szupermarketekben.

Mezőgazdasági Alkalmazások

A lignit környezetbarát felhasználási lehetőségeket kínál a mezőgazdaságban. Talajjavítóként növeli a kationcserét és a foszfor elérhetőségét, miközben csökkenti a nehézfémek jelenlétét, és talán felülmúlja a kereskedelmi K humátokat (igen, a lignit lehet a mezőgazdaság új sztárja).

A lignit tüzeléséből származó pernye szintén értékes talajjavítóként és műtrágyaként szolgálhat, bár hosszú távú mezőgazdasági előnyeiről még további átfogó tanulmányokra van szükség.

A lignit emellett segít a biológiai védekezést szolgáló mikrobák termesztésében és terjesztésében, amelyek a növényi kártevőkkel küzdenek. A szén növeli a talaj szerves anyagtartalmát, fenntartható alternatívát kínálva a vegyi növényvédő szerek helyett.

A leonardit, egy huminsavban gazdag talajjavító, amely lignit természetes oxidációjával jön létre, nagy léptékben mesterségesen is előállítható. A kevésbé érett, fás szerkezetű lignit szintén jelentős mennyiségű huminsavat tartalmaz.

Ipari Felhasználások

A lignit számos ipari alkalmazásban megtalálható. Kvaterner aminokkal kezelt lignit (ATL) formájában használják a fúróiszapban, hogy csökkentsék a folyadékveszteséget. Kísérletek azt is kimutatták, hogy a lignit ipari adszorbensként is potenciális lehetőségekkel bír, metilénkék adszorpciója a jelenleg használt aktív szénnel vetekedik.

Ékszer

A lignit egy formája, a gagát, ékkőként használták már Kr.e. 10,000 óta. A neolitikumtól a római kori Britannia végéig népszerű volt nyakláncok és más díszítések készítéséhez, és a viktoriánus Britanniában is újra népszerűvé vált. (Igen, a lignit ékszerként is megállja a helyét – ki gondolta volna?)

Melyik országokban bányásznak lignitet?

2022-ben a globális széntermelés 8,2%-kal nőtt, köszönhetően az Ukrajnában zajló konfliktus okozta kínálati zavaroknak és a tartósan magas áraknak.

Az ázsiai országok, amelyek a világ széntermelésének több mint 70%-át adják, 11%-kal növelték kitermelésüket, Kína 10%-kal, India 14%-kal, Indonézia pedig 12%-kal növelte kibocsátását.

Ausztrália széntermelése az időjárási viszontagságok, különösen az esőzések és áradások miatt mindössze 0,8%-kal emelkedett. (Igen, még mindig Kína vezeti a lignit klubot.) Meglepő lehet, hogy az esőzések és áradások közepette Ausztrália egyáltalán növelni tudta termelését.

Európában a széntermelés 4,8%-kal nőtt a magas gázárak következtében, Törökországban 11%-kal, Németországban 3,5%-kal, Csehországban pedig 12%-kal nőtt a termelés. A FÁK-országokban a termelés szinte változatlan maradt (+0,3%), Oroszországban pedig a nyugati szankciók miatt csak minimális növekedés volt tapasztalható (+0,4%). Észak-Amerikában mérsékelt, 2,3%-os növekedés történt, beleértve az Egyesült Államok 3%-os emelkedését.

Kína, mint a világ legnagyobb szén- és lignittermelője, 2022-ben a globális ellátás 51%-át adta, és részesedése folyamatosan növekszik 2019 óta (+4 százalékpont). India és Indonézia követi őt, a világtermelés 11%-át és 8%-át adva.

Mekkora mennyiséget bányásznak éves szinten lignitből?

A világ tíz vezető termelő országának 2022-es széntermelési adatai, millió tonnában (Mt):

1. Kína: 4 430 Mt
2. India: 937 Mt
3. Indonézia: 690 Mt
4. Egyesült Államok: 540 Mt
5. Ausztrália: 459 Mt
6. Oroszország: 440 Mt
7. Dél-Afrika: 225 Mt
8. Németország: 131 Mt
9. Kazahsztán: 109 Mt
10. Lengyelország: 107 Mt

Milyen anyagok kerülnek a levegőbe a lignit égetése során?

A lignit égetése során kibocsátott szennyező anyagok közé tartozik a részecskeszennyezés (PM), a kén-oxidok (SOx), a nitrogén-oxidok (NOx), a szén-monoxid (CO), az összes szerves vegyület (TOC), az üvegházhatású gázok, nyomelemek és savas gázok.

Részecske kibocsátás(PM)

A részecske kibocsátás szintje a lignit hamutartalmától és a kazán kialakításától függ. A porlasztott széntüzelésű egységek a lignitet szuszpenzióban égetik el, a ciklonkemencék a hamut olvadt salakként gyűjtik össze, a fűtőberendezések pedig a hamut a tüzelőanyag-ágyban tartják vissza.

A részecskekibocsátást szűrhető vagy kondenzálható kategóriákba sorolják, a kondenzálható részecskék gőz formájában kerülnek kibocsátásra, amelyek később aeroszol részecskéket alkotnak.

Kén-oxidok kibocsátása

Az SOx-kibocsátás a lignit kéntartalmához és összetételéhez kapcsolódik. A lignit magasabb lúgtartalma csökkenti a kén SOx-szá alakulását, mivel természetes szorbensként működik.

Nitrogén-oxidok kibocsátása

Az NOx-kibocsátás a kazán kialakításától, a tüzelési konfigurációtól és a levegőfeleslegtől függ. A beépített NOx-szabályozással rendelkező kazánok, mint például az érintőleges egységek és a fluidágyas égetők (FBC), alacsonyabb NOx-szintet produkálnak.

A levegőfelesleg csökkentése csökkenti az NOx-kibocsátást, de növelheti a hamu szennyeződésének lehetőségét.

Szén-monoxid-kibocsátás

A CO-kibocsátást a tüzelőanyag oxidációs hatékonysága befolyásolja. A megfelelő égésszabályozás minimalizálja a CO-kibocsátást, de a helytelen üzemeltetés jelentősen növelheti a CO- és szerves vegyületek kibocsátását.

Üvegházhatású gázok

A lignit égetése CO2-t, CH4-et és N2O-t termel. A lignitben lévő szén szinte teljes egészében CO2-vé alakul. Az N2O képződése magas hőmérsékleten és alacsony légfelesleg mellett minimálisra csökken.

A fluidágyas égetés jelentősen növelheti az N2O-kibocsátást, míg az indításkor vagy leállításkor történő nem teljes égés növeli a CH4-kibocsátást.

Szerves vegyületek

A szerves nyomvegyületek kibocsátása az égés hatékonysága alapján történik. Ezek közé tartoznak a nem teljes égésből származó illékony, félig illékony és kondenzálódó szerves anyagok.

A kibocsátások közé tartoznak a szénhidrogének, aldehidek, alkoholok és helyettesített benzolok. A poliklórozott dibenzo-p-dioxinok és furánok (PCDD/PCDF) az égés során képződnek, és a füstgázok 232-343°C közötti hőmérséklete befolyásolja őket.

Savas gázok

A lignit égetése klórt és fluort bocsát ki, elsősorban hidrogén-klorid (HCl) és hidrogén-fluorid (HF) formájában, némi klór- és fluorgázzal. Ezeket vízben való oldhatóságuk miatt nagyrészt savas gázmosó berendezésekkel szabályozzák.

Mennyire számít zöld energiaforrásnak a lignit?

Köszönhetően a megvásárolható szén-dioxid kvótáknak olyan gyakorlatok is környezetbarátnak minősülnek, amik fizikailag durván környezetszennyezők. A lignit erre a „legjobb” példa.

A lignit égetése Németországban ma magasabb szinten van, mint a ’90-es évek óta bármikor, és az ország áramtermelésének 26%-át adja – többet, mint a nap- és szélenergia együttvéve. Ezzel Németország megszerezte „a világ legnagyobb lignitfogyasztója” kétes címet – mindezt a környezetvédelem és zöld átállás jegyében.

A lignit sokkal több CO2-t bocsát ki, mint más fosszilis tüzelőanyagok, 1100 grammot kilowattóránként, szemben a földgáz 150-430 grammjával.

A lignit az egyik fő oka a német CO2-kibocsátás növekedésének

Carel Carlowitz Mohn, az Európai Klíma Alapítvány munkatársa az Energiewende „vakfoltjának” nevezi a lignit terjeszkedését. A lignit népszerűsége részben annak köszönhető, hogy olcsó és bőségesen rendelkezésre áll, különösen a brandenburgi régióban, ahol a bányák még 50-60 évig működhetnek.

Továbbá, a lignitipar munkahelyeket biztosít Kelet-Németországban, az ország legszegényebb részén. Wolfgang Krüger, a cottbusi Ipari és Kereskedelmi Kamara ügyvezető igazgatója arra figyelmeztet, hogy a lignit leépítése jelentős társadalmi felfordulást okozna.

Érdekes módon a környezetvédők vonakodnak kampányolni a lignit ellen, pedig annak magas szén-dioxid-kibocsátása és rugalmatlansága miatt ez talán a legkevésbé jó választás a megújuló energiaforrások kiegészítésére (micsoda paradoxon!).

Az ideális energiaforrás gyorsan be- és kikapcsolható, hogy kiegészítse a megújulókat, de a ligniterőművek lassan reagálnak. Például a Vattenfall Schwarze Pumpe ligniterőművének akár nyolc órára is szüksége van a teljes üzembe helyezéshez, és a kazánok élettartamának megőrzése érdekében minimum 40%-os kapacitáson kell működnie, függetlenül a kereslettől (így pedig még több lignit ég el szükségtelenül).

A lignit égetése még magasabb CO2 büntetés mellett is gazdaságos lenne Németországban

A lignit magas víztartalma miatt gazdaságtalan lenne távoli erőművekhez szállítani. Azonban a bányászott lignitet közvetlenül szállítószalagon lehet eljuttatni a közeli erőművekhez, kevesebb mint 6 euró/MWh (megawattóra) termikus energia áron.

Ez az ár a fele az észak-amerikai földgázénak, és kevesebb mint harmada az európai kikötőkben partra szállított magas minőségű importszén árának. A szállított földgáz ára akár tízszerese is lehet ennek.

A német Öko-Institut számításai szerint a hazai lignit költsége olyan alacsony, hogy még egy tonnánként 40 eurós CO2-kibocsátási büntetés (hatszorosa a legutóbbi EU ETS kereskedési áraknak) sem biztos, hogy elegendő lenne ahhoz, hogy megszüntesse egy korszerű ligniterőmű versenyelőnyét.

A ligniterőművek ezért papíron környezetbarátok lehetnek: befizetik a büntetést utánuk, ami még mindig kisebb összköltséget jelent, minta földgázt vagy olajat égetnének, helyben hoz létre munkahelyeket (a szállítása se okoz érdemi környezeti terhelést).

Közben pedig kiemelten magas a károsanyag kibocsátása. Nem lehetséges, hogy ideje volna felülértékelni az egész szén-dioxid kvótarendszert és a kvóták kereskedelme helyett a valódi környezetvédelmet helyezni az előtérbe?

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, tartalom specialista. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.