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.