A fa mindig jó választás. A fa hagyományokkal rendelkező tüzelőanyag. Biztosan mondhatjuk, hogy a legrégibb energiahordozó, melyet az emberiség használ. Bár sokak számára még mindig a mindennapok része, másoknak már csak az emlékezetében él a fáradságos tüzelőanyag-előkészítés és a füstölgő tűzhelyek látványa. A fosszilis nyersanyagok végessége és az üvegházhatás erősödése azonban elgondolkodtatja az embereket a hagyományos tüzelőanyagok használatához való visszatérésen. Manapság számos, aprítékkal, tűzifával és pellettel történő, kipróbált tüzeléstechnika létezik, melyek a fával való fűtést ismét széles körben elterjedtté tették.
A fa mint tüzelőanyag
A fa tüzelőanyagként történő energetikai használata mellett számos érv szól:
- megújuló energiahordozó, és fenntartható gazdálkodás mellett végtelenül rendelkezésre áll
- emissziószegényen, gyakorlatilag kén kibocsátása nélkül ég, és a szén-dioxidmérlege is kiegyenlített
- regionális szinten elérhető, ezáltal csökkenti és lerövidíti a szállítási utakat, a szállításkorés tároláskor történő esetleges balesetek nem károsítják a környezetet
- használata csökkenti a fosszilis nyersanyagoktól való függőséget, növeli a régió gazdasági erejét és új bevételi forrást jelent a mező- és erdőgazdaságnak
A tüzifa
A tűzifa klasszikus esetben fűrész és fejsze segítségével készül. Többnyire olyan fáról van szó, amely a haszonfa-kitermelés során nem értékesíthető részként keletkezik. A fát a megfelelő hosszúságúra fűrészelik, végül felhasogatják, mivel a tűzifának már a tárolás előtt “kályhakésznek” kell lennie. A hasogatáskor keletkező nagyobb felület gyorsabb száradást tesz lehetővé. Természetesen csak kezeletlen fát szabad elégetni. Festett vagy lakozott fa a kis készülékekben nem használható, mivel az során egészségkárosító, vagy akár rákkeltő anyagok szabadulhatnak fel. Ezen kívül fontos, hogy a fa lehetőség szerint minél szárazabb legyen. Bizonyos fafajtáknak (pl. bükkfa, tölgyfa) nagyobb az energiasűrűsége, mint a tűlevelűeknek (pl. lucfenyő, erdei fenyő). Ez hosszabb égési időt, és ezáltal ritkább utántöltést jelent. A gyújtáshoz ezzel ellentétben a tűlevelűek alkalmasabbak, mert használatukkal lényegesen gyorsabban érhető el a tiszta égéshez szükséges hőmérséklet. Az apríték aprítógép segítségével, szintén hulladékfából és gyenge minőségű fából készül. Méretét tekintve a gyufanagyságútól a cigarettásdoboz nagyságig terjedhet. A fűtőberendezésekben való problémamentes használat követelményei a lehetőség szerint egységes méret és az alacsony nedvességtartalom. Az alkalmazott tüzelési technikát is ezen tulajdonságokhoz kell hozzáigazítani. Szennyeződéseket, mint pl. kő- és fémdarabok, ill. egyéb idegen eredetű anyagok, az apríték nem tartalmazhat. Az emissziószegény égetés előfeltétele ebben az esetben is az, hogy csak tiszta alapanyagot használjanak, vagyis az apríték ne legyen piszkos, korhadt, illetve rothadt vagy nagyon nedves. A kéreg túl magas aránya sem előnyös, mert növeli a hamu mennyiségét. A kezeletlen, kéreg nélküli fa használata esetén rendszerint csekély mennyiségű, 0,5-1%-nyi hamu keletkezik. Az illékony alkotórészek magas arányából kifolyólag a fa optimális égéséhez relatíve nagy tűztérre van szükség..
A fa eltüzelésének három fázisa
1.Az első fázisban, a szárításkor a tűztérben lévő tüzelőanyagot kb. 150 °C-ra hevítik fel és kiszárítják. Ebben az esetben annál több energiát kell felhasználni, minél nagyobb a fa nedvességtartalma. A magas nedvességtartalom negatív hatással van a fa fűtőértékére, és összességében az eltüzelésre is.
2.a második fázis, a pirolízis során a fa éghető gázzá alakul át; ez a folyamat 150-600 °C-os hőmérsékleten megy végbe. A faanyag kb. 85%-a éghető gázokra bomlik, a maradékból faszén lesz.
3. a harmadik fázisban, az oxidáció során a felszabadult gázok és a faszén 500-1300 °C-os hőmérsékleten reakcióba lépnek a légköri oxigénnel. Energia tehát csak a harmadik fázisban, az oxidáció során termelődik.
A füstgázok csak ennek a fázisnak a befejeződése után adhatják le hőjüket a fűtővízbe, semmiképpen sem hamarabb, mert különben káros anyagok gyűlnek össze a levegőben. A tökéletes égéshez lehetőség szerint az éghető gázok teljes oxidációjára van szükség. Ez megfelelő mennyiségű hozzáadott levegőt feltételez. Túl kevés levegő oxigénhiányt okoz, ami elégtelen égéshez vezet. Túl sok levegő esetén az égés alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe, ami a káros emissziók növekedéséhez vezet. Ezen kívül nő a füstgázveszteség, ami csökkenti a hatásfokot és növeli a tüzelőanyag-szükségletet.
A fa fűtőértéke nem annyira állandó, mint a fosszilis energiahordozóké (fűtőolaj vagy földgáz), hanem függ a fa fajtájától és nedvességtartalmától is.A fa nedvességtartalmának döntő szerepe van az égetéskor. Minél magasabb a nedvességtartalom, annál alacsonyabb a tüzelőanyag fűtőértéke. A legmagasabb nedvességtartalommal a frissen kitermelt fa rendelkezik, ez 40-60 százaléka az összsúlynak.
Hasábfa égetése esetén minél szárazabb, legalább 1-2 évet jó levegős, de nedvességtől védett helyen tárolt fát kell felhasználni. A megfelelően tárolt fának 1-2 év után már csak kb. 20 százalék a nedvességtartalma. A fa égetésekor különböző emissziók keletkeznek, melyeket elkerülhetetlenekre és elkerülhetőkre lehet felosztani. Elkerülhetetlen emissziók elsősorban a vízgőz, a szén-dioxid (CO2), nitrogéndioxid (NO2) és a hamurészecskék.A vízgőz az égés során, a fa száradásával és a fában lévő hidrogén oxidációjával keletkezik; negatív hatása a környezetre azonban nincsen.A szén-dioxid a szén oxidációjakor keletkezik, és bár önmagában nem mérgező, nagymértékben hozzájárul az üvegházhatás növekedéséhez.
A fa energetikai hasznosításával szinte teljesen zárt CO2-körforgás során azonban nem kerül pótlólagos CO2 az atmoszférába.A nitrogén-oxidok többek közt a tüzelőanyagban található nitrogén oxidációjával keletkeznek. Mindazonáltal a kezeletlen fa nitrogéntartalma rendkívül csekély, ebből kifolyólag a fa égetése során keletkező nitrogén-oxid emissziók menynyisége rendszerint alacsony. A keletkező hamu a fa nem éghető részeiből áll, és részben a füstgázokkal együtt finom por formájában távozik. Ezen emissziók ellen azonban többek közt pl. elektrofilter használatával lehet védekezni.
A fa megújuló energiaforrás, hiszen a természetben újratermelődik. Égésekor csak annyi szén-dioxid keletkezik, amennyit a fa élete során lekötött. A faelgázosító kazánok segítségével pedig igen hatékonyan lehet őket elégetni.
A fa, mint energiahordozó
A fás növényi szervezetek az asszimiláció során a talajból felvett víz, a levegőből felvett oxigén segítségével napsugárzás hatására oxigént termelnek, miközben szilárd szerves anyag (C6H12O6) képződik. Az elégetés során eme folyamat fordítottja játszódik le: oxigénfel-vétel történik a levegőből, vízgőz és széndioxid képződik, hőfejlődés mellett. A fa elégetése során tulajdonképpen napenergiát hasznosítunk.
Az égés során pontosan annyi szén-dioxid kerül a légkörbe, amennyit a fa élete során abból felvett. Ha évente nem tüzelünk el több fát, mint amennyi fa azon évben képződik, akkor többlet szén-dioxid-terhelés a légkört nem éri. Ugyanakkor ha nem tüzeljük el a fát, a korhadás során (amely tulajdonképpen lassú égés) ugyanannyi szén-dioxid kerül a légkörbe, mint tudatos eltüzeléskor.
A fa a következő vegyi elemeket tartalmazza: kb. 50% szén,kb. 43% oxigén,kb. 6% hidrogén,kis mennyiségű nitrogén és éghetetlen anyagok.
A fa igen kicsi mennyiségben tartalmaz ként, ezért az égése során alig keletkezik a környezetet terhelő kén-dioxid.
A fenti vegyi elemek a fa alábbi összetevőiben találhatók: cellulóz (a száraz faanyag 50%-a), fűtőértéke 4,8 kWh/kg,lignin (a faanyag 25-30%-a), fűtőértéke 7,5 kWh/kg,a cellulózhoz hasonló poliszacharidok, pl. poliózok, hemicellulózok, (együttesen a faanyag 20%-a), fűtőértékük 4,5 kWh/kg, gyanták, viaszok, zsírok, olajok (a faanyag 5%-áig), 10 kWh/kg-ig terjedő fűtőértékkel.
A fának tehát annál nagyobb a fűtőértéke, minél több lignint és gyantát tartalmaz. Mivel a fenyőfák több lignint és gyantát tartalmaznak, mint a lombfák, a súlyra vetített fűtőértékük nagyobb, mint a lombfáké. A fenyőfák átlagos fűtőértéke 4,4 kWh/kg, a lombfáké 4,2 kWh/kg. Mivel a lombos faanyag sűrűsége nagyobb, mint a fenyőfáké, ezért az űrmértékre vetített fűtőértékük is nagyobb. Lombos fák esetében ez az érték 2100 kWh/űrm., fenyőfáknál 1600 kWh/űrm.
A fűtőérték és a víztartalom összefüggése
A frissen kitermelt zöld, ún. élőnedves fa tömegének felét a víz adja. Egyéves szakszerű, megfelelően szellőztetett szárítás után a víztartalom még mindig 15-20%. Az ilyen víztartalmú fát légszáraz fának nevezik.
A fa higroszkopikus szerkezete miatt a levegő ter- mészetes páratartalmából vizet tud felvenni, ezért a légszáraz fa víztartalma az őszi időszakban 20% fölötti értékre növekszik. Ezért célszerű a fát közvetlenül tüzelés előtt belső térben előszárítani.Nedves fával történő tüzelés esetén az alábbi veszteségforrásokkal kell számolni.A fában levő vizet forráspontig kell hevíteni, majd el kell párologtatni, és a gőzt is tovább kell hevíteni. Minden liter víz esetében ezért mintegy 700 Wh energiaveszteséggel számolhatunk, amely a kéményen gőz alakban távozik. Minden 10%-os többletnedvesség 9%-os fűtőérték-csökkenéssel jár.
A víztartalom az égéskamra hőmérsékletét csökkenti. El nem égett gázok távoznak a kéményből vagy csapódnak le kátrány formájában. Energiát tartalmazó farészek nem égnek el, további veszteséget okozva. Az el nem égett kátrány és korom a tüzelőberendezés füstcsatornáiban és kéményében lerakódik, hőleadó fűtőfelületeket szigetel, veszteséget okoz. Az el nem égett korom és a fagáz elégtelen égése miatt megmaradt részei a kéményen keresztül távozva a környezetünket szennyezik.
A fafűtés mellett szóló érvek
Hazai energiaforrás. A hazai erdők fanövedékét, azaz azt a fatömeget, amely egy év leforgása alatt az élő fákra évgyűrűk formájában lerakódik, pontosan nem ismerjük. Becsült érték alapján a hazai erdők évi növedéke 8-10 millió m3-re tehető. Ennek a gyakorlatban is hasznosítható úgynevezett nettó hányada 6-8 millió m3. A magyar tűzifapiac pontos adatai ugyancsak nem ismertek, de a tűzifapotenciál mintegy 3 millió m3-re tehető. Ez 770 millió liter fűtőolajnak vagy 818 millió m3 földgáznak felel meg.
A hazai gyakorlatban meghatározó földgázt tekintve felhasználói áron mintegy 24,6 milliárd forintnyi energiahordozóról van szó, amely jelentéktelennek nem tekinthető. A fenti adatok úgynevezett vastagfára vonatkoznak. (Vastagfának nevezzük a legalább 7 cm vastag faanyagot.)
A tűzifa megtermeléséhez és elégetéséhez nagyon kevés segédenergia kell. A kitermelés és szállítás során kevés környezetterhelő anyag szabadul fel. A szállítás csak csekély környezetvédelmi kockázattal jár, szemben például az olajtankerek szállítási kockázatával. A tűzifa tárolása a levegő és a természetes vizek tisztaságát nem veszélyezteti.Korszerű tüzelőberendezésekben történő eltüzelés (pl. faelgázosító kazánok) estén a károsanyag-kibocsátás viszonylag alacsony értéken tartható.
A fafűtés kén-dioxid- (SO2) és nehézfém-kibocsátása kifejezetten csekély. A tűzifa szén-dioxid- mérlege (CO2) gyakorlatilag semleges, leszámítva az előállításához és szállításához szükséges segédenergiákat. A fa újratermelődő nyersanyag. Ha az éves növedék meghatározott hányadát tüzeljük el tűzifaként, és ez tudatos erdőgazdálkodással párosul, akkor szemben a záros mennyiségű fosszilis tüzelőanyagokkal, a fa folyamatosan rendelkezésünkre fog állni.