RÉSZBESZÁMOLÓ - 2020

Fenntartható folyékony bioüzemanyag (bioetanol, biodízel) előállítása és multifunkcionális hatása - K 19-es OTKA pályázat (kutatócsoport) 132805

 

A „PRISMA Statement for Reporting Literature Searches in Systematic Reviews of the Bioethanol Sector” c. cikkünkben a bioetanol szektor különféle szempontjainak azonosítását a PRISMA (Preferred Reporting Elements for Systematic Review and Meta-Analyzes) ajánlás alapján végeztük el. A bioetanol szektor elemzésében a szakirodalom általában a rendszerdinamikai modellt alkalmazza. A kutatás feltárta a feldolgozott szakirodalom erősségeit és korlátait, valamint a rendszerdinamikai modellezés alkalmazását. Bár a modellek, a háttéradatok és az eredmények egymással összefüggenek és nem lehet szigorú kategóriákba csoportosítani, a kutatás integritása érdekében a szisztematikus áttekintés módszerét alkalmaztuk. Rámutattunk a vizsgált közlemények közötti ellentmondásra és a felhasznált modelleszközök hiányosságaira. A PRISMA ajánlás alkalmazása úttörő szerepet játszhat a megújuló energia alaposabb és sokrétű elemzéséhez.

 

Kutatásunk során megállapítottuk, hogy bioüzemanyaggyártás lehetőséget kínál a nagy mezőgazdasági területtel rendelkező fejlődő országok számára, mert a munkahelyteremtés mellett hozzájárul az importfüggőség csökkentéséhez. Az élelmezésbiztonság szempontjából felmerülő fő kérdés az élelmiszerárak emelkedésének kockázata a növekvő bioetanolgyártásnak köszönhetően, továbbá aggasztó tényező a földhasználat változásának problémaköre. Számos szakértő támogatja a rendszerdinamikai modellezés alkalmazását a zöld gazdaság irányába történő átmenet elemzéséhez, mivel a modell átláthatóságot és optimalizálási megközelítést biztosít komplex és ágazati kutatásokhoz. A kritikus sikertényezők meghatározásával a modell biztosítja az előírt követelmények teljesítését. A zöld gazdaság bevezetésének átmeneti időszakában alternatív megoldást jelenthet a helyben előállított biomassza bioetanol célú felhasználásának támogatása és a marginális parlagterület művelésbe vonása. Noha a technológia innovációja vezérli a termékek fejlesztését, a fenntartható termelés elkerülhetetlen

Országonként változik a bioetanolgyártás ideális alapanyaga, termelési mennyisége és felhasználása. Egy modell kidolgozásával az adott ország vagy régió meghatározhatja a megfelelő nyersanyagot, termelési és felhasználási paramétereit.

 

A kutatáshoz szervesen illeszkedő „Does the Level of Absorptive Capacity Matter for Carbon Intensity? c. cikkünkben az abszorpciós kapacitás a CO₂-kibocsátására gyakorolt szerepét vizsgáltuk az USA és Kína példája alapján. Ez az elemzés azt feltételezi, hogy a növekvő innováció hatásásra Kínában és az USA-ban egyaránt visszaesik a CO₂-kibocsátás, de a gazdasági növekedést nem befolyásolja. Az endogén gazdasági növekedés elmélete szerint a K+F és humán tőke előmozdítják a technológiai innovációt. Az elmúlt években széles körű egyetértés született abban, hogy az innováció komoly hatást gyakorol a fenntartható gazdasági fejlődésen. Az abszorpciós kapacitás és az innováció megkönnyítheti a környezetbarát gazdasági fejlődés bevezetését a biztonságos és megfizethető energiaellátás mellett.

 

Ez a kutatás a nemlineáris autoregressziv osztott késleltetesi modellt alkalmazza a rövid- és hosszú távú dinamika, valamint a technológia transzfer abszorpciós képessége és a CO₂-kibocsátás intenzitása közötti aszimmetrikus kapcsolat összehasonlításához az 1970-2018 közötti időszakban az USA és Kína példája alapján. A kutatás célja a K+F és az abszorpciós képesség, valamint a CO₂-kibocsátás hosszú távú kapcsolatának bemutatására irányult a nemlineáris autoregressziv osztott késleltetési modell alkalmazásával az 1970-2018 közötti időszakban az USA és Kína példája alapján. Kínában az ÜHG-kibocsátás (ezen belül CO₂ -kibocsátás) intenzitása az 1970-es évek óta folyamatosan nő, ezzel szemben az USA-ban változatlan értéket mutat. Kínában a kibocsátás növekvő intenzitását a gyors gazdasági növekedés és a fosszilis energia (elsősorban szén) bővülő felhasználása idézte elő. Az USA-ban az ÜHG-kibocsátás (és CO₂-kibocsátás) intenzitásának trendje folyamatosan javult Kínához képest.

 

A kutatás megállapítja, hogy Kínában rövid távon a humán erőforrásokon alapuló technológia- transzfer növeli a CO₂-kibocsátást, az infrastruktúrán alapuló technológia transzfer csökkenése pedig a CO₂-kibocsátás visszaesését eredményezi. Hosszú távon azonban az innováció és az infrastruktúra-fejlesztés abszorpciós kapacitásának növekedése pozitív hatást gyakorol a CO₂-kibocsátás intenzitásának enyhítésére Kínában és az USA-ban egyaránt. Az eredmények robusztusak az ÜHG-kibocsátás intenzitása alapján. Ezért a politikai döntéshozóknak és a kutatóknak egyaránt indokolt figyelembe venni, hogy az innováció és technológia transzfer abszorpciós képessége kulcsszerepet játszik a fenntartható fejlődés elősegítésében.  

 

„Bioeconomy: Biomass and biomass-based energy supply and demand c. tudományos közleményünkben a biomassza globális kínálatának és -keresletének átfogó vizsgálatával foglalkozunk, különös tekintettel a bioenergia előállítás alakulására. Az elemzésünk kiterjedt a biomassza nem élelmiszer célú felhasználási prioritásainak meghatározására, ahol az élelmezésbiztonság továbbra is elsőbbséget élvez a bioalapú vegyipari és egyéb alapanyagok, valamint a biomassza alapú energia termelésével szemben. A biomassza alapú értéklánc tanulmányozása nélkülözhetetlen a biomassza felhasználásának rangsorolása érdekében.

 

A biomassza alapú gazdaság stratégiáiról szóló szakirodalom már jelentős; ugyanakkor a növekvő biomassza-ellátás bioalapú termékek termelésére gyakorolt hatása és szerepe sokkal kevesebb figyelmet kapott. A biomassza különböző célú felhasználásának rangsorolásáról kevés publikáció áll rendelkezésre. A WBA (World Bioenergy Association), a REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st Century) és az IEA (International Energy Agency) áttekintést ad a globális megújuló energia statisztikáiról. Az EU-ban a biomassza termelésének és felhasználásának, valamint a biomassza-alapú energiaellátási mérlegmutatók legátfogóbb forrása az Eurostat adatbázisa. A CEFIC (European Chemical Industry Council) pedig megbízható adatokat szolgáltat az európai vegyiparról.

 

A hozamstabilitási mutatót (Yield Stability Index: YSI) azért dolgozták ki, hogy egy hozamsorozat (a biomasszából, gabonafélékből, vagy más mezőgazdasági termékből származó hozamok egyszerű idősorai) stabilitásának a szintjét mérjék. Először egyszerű lineáris trendet illesztünk az adott ország korábban normalizált adataira (az idősort elosztjuk annak átlagával). Ezután a különbséget (maradéknak is nevezünk) a tényleges hozam és a trendvonal (várható hozam) különbségeként képezzük. A maradékot az összes vizsgált ország esetében normális eloszlású hisztogrammal közelítjük. Ez azt jelenti, hogy a nulla körüli különbségek a leggyakoribbak, a nullánál magasabb különbségek egyre kisebb gyakorisággal fordulnak elő a normális eloszlásnak megfelelően. Egy adott ország YSI-je egy adott hozamsorozatra FD (favourable difference) – UD (unfavourable difference) képlettel számítható, ahol az FD a „kedvező”, az UD pedig az ország hozamsorozatának a normál eloszláshoz viszonyított „kedvezőtlen” eltéréseinek összege. Az FD kiszámításához a maradék és a normális eloszlásnak csak a középső 4 szegmensét kell figyelembe venni (vagyis csak a 0-hoz egészen közeli különbségeket), míg az UD esetén a szélső szegmenseket kell használni. A pozitív értékek stabilabb trendvonalakat jeleznek az átlag körül, míg a negatív értékek nagyobb ingadozásokat jeleznek a trendvonal körül. Az Eurostat adatbázist és az YSI indexet használtam az uniós tagállamok teljesítményének elemzésére a fő mutatók (bruttó belföldi energiafogyasztás, a hő- és áramtermelés fogyasztás és a végső energiafogyasztás) tekintetében 2002 és 2016 között. E módszertan előnye, hogy képes meghatározni a trend körüli ingadozás mértékét. Az YSI indexeket és a regressziós egyenesek meredekségek kiszámítását az R statisztikai szoftver (verziószám 4.0.0 (Arbor Day) segítségével végeztük el.

 

Meghatároztuk a fő inputellátókat, termelőket és fogyasztókat, valamint a legjobban és a legrosszabban teljesítő EU-tagállamokat a bioenergia szektorban. A biomassza alapú uniós energiamérleg változásainak vizsgálatával zárul az elemzés, ahol  kiemeltem a fő inputellátó, termelő és fogyasztó EU-tagállamokat a bioenergia szektorban. Továbbá a bioenergia három fő mérlegmutatójának, nevezetesen a bruttó belföldi fogyasztásnak (Gross Inland Consumption: GIC), hő- és áramtermelés fogyasztásának (Transformation Input: TI) és a végső energiafogyasztásnak (Final Energy Consumption: FEC) a tendenciáit és ingadozásait vizsgáltam  tagállami szinten 2002 és 2016 között a hozamstabilitási index (Yield Stability Index: YSI) és a legkisebb négyzetek (Ordinary Least Squares: OLS) módszerével becsült regressziós egyenesek meredeksége segítségével. A hozamstabilitási mutató alapján a GIC és FIC, valamint TI növekedési üteme fenntarthatónak bizonyult, a gyártástechnológia pedig jól illeszkedett a vizsgált tagország változó körülményeihez, az alkalmazott technológia pedig a legtöbb tagállamban alacsonyabb ingadozásokkal volt képes fenntartani a hozamtrendeket. A legnagyobb növekedés és a legalacsonyabb technológiai kockázat a TI esetében figyelhető meg.

 

Világszerte a biomassza 55%-át takarmányozásra és élelmiszertermelésre, 27%-át bioenergia és 8%-át a bioalapú termékek előállítására használják, az egyéb felhasználás és veszteség pedig 10%-ot tesz ki. Az EU-ban a biomassza 59%-át takarmányok és élelmiszer, 17%-át bioenergia, 4%-át bioüzemanyagok előállítására használják fel, 20%-át pedig bioalapú anyagok (például a fatermék és cellulóz) gyártására. A fosszilis eredetű tüzelőanyagok anyagfelhasználása helyettesíthető biomasszával, de az egyéb megújuló energiaforrásokkal nem, legalábbis rövid távon.