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.

 

 

 

 Bioeconomy: Biomass and biomass-based energy supply and demand

Popp, J., Kovács S., Oláh, J., Dividéki Z., Balázs E.

New Biotechnology .Volume 60, 25 January 2021, Pages 76-84, https://doi.org/10.1016/j.nbt.2020.10.004

Abstract

This paper addresses the challenges of the transition from a fossil fuel-dependent to a bio-based economy and implications related to the production of food, feed, bioenergy and other bio-based materials. The objective is to provide a comprehensive review of global biomass and biomass-based energy supplies and demand, with particular attention to the EU. Furthermore, factors related to setting priorities in the use of non-food biomass are discussed, as food security will remain the top priority. Finally, the changes in the bioenergy balance indicators in the Member States of the EU and new plant breeding technologies are analyzed. Overall, this study describes the complexity of the bio-based value chains in making decisions on how best to use biomass. The article presents a comprehensive review on global biomass and biomass based energy supplies and demand, discusses the European chemical industry perspective, analyzes the changes in the biomass based energy balance indicators in the Member States of the EU, and considers the challenges of the new plant breeding technologies.s

Keywords:Bioeconomy Biomass supply Bioenergy Biochemicals Biotechnology

 PUBLIKÁCIÓ

Losses in the Grain Supply Chain: Causes and Solutions

Mesterházy, Á., Oláh, J., Popp, J.

Sustainability. 12 (6), 1-16, 2020;https://doi.org/10.3390/su12062342

Received: 27 February 2020 / Revised: 14 March 2020 / Accepted: 16 March 2020 / Published: 17 March 2020

Abstract

Global grain production needs a significant increase in output in the coming decades in order to cover the food and feed consumption needs of mankind. As sustainability is the key factor in production, the authors investigate global grain production, the losses along the value chain, and future solutions. Global wheat, maize, rice, and soybean production peaked at 2.102 million tons (mt) of harvested grain in 2018. Pre-harvest losses due to diseases, animal pests, weeds, and abiotic stresses and harvest destroy yearly amount to about 35% of the total possible biological product of 3.153 mt, with 1051.5 mt being lost before harvest. The losses during harvest and storage through toxin contamination are responsible for 690 mt, with a total of 1.741 mt or 83% of the total newly stored grain. Limited cooperation can be experienced between scientific research, plant breeding, plant protection, agronomy, and society, and in addition, their interdependence is badly understood. Plant breeding can help to reduce a significant part of field loss up to 300 mt (diseases, toxins, water and heat stress) and up to 220 mt during storage (toxin contamination). The direct and indirect impact of pest management on production lead to huge grain losses. The main task is to reduce grain losses during production and storage and consumption. Better harvest and storage conditions could prevent losses of 420 mt. The education of farmers by adopting the vocational school system is a key issue in the prevention of grain loss. In addition, extension services should be created to demonstrate farmers crop management in practice. A 50% reduction of grain loss and waste along the value chain seems to be achievable for the feeding 3–4 billion more people in a sustainable way without raising genetic yields of crop cultivars.

Keywords:preharvest losses; postharvest losses; prevention of losses; plant breeding solution; sustainability

 PUBLIKÁCIÓ

PRISMA Statement for Reporting Literature Searches in Systematic Reviews of the Bioethanol Sector

Oláh, J., Krisán, E., Kiss, A., Lakner, Z., Popp, J.

Energies. 13 (9), 1-34, 2020; https://doi.org/10.3390/en13092323

Received: 28 March 2020 / Revised: 29 April 2020 / Accepted: 4 May 2020 / Published: 7 May 2020

Abstract

The bioethanol sector is an extremely complex set of actors, technologies and market structures, influenced simultaneously by different natural, economic, social and political processes. That is why it lends itself to the application of system dynamics modelling. In last five years a relatively high level of experience and knowledge has accumulated related to the application of computer-aided system modelling for the analysis and forecasting of the bioethanol sector. The goal of the current paper is to offer a systematic review of the application of system dynamics models in order to better understand the structure, conduct and performance of the bioethanol sector. Our method has been the preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses (PRISMA), based on English-language materials published between 2015 and 2020. The results highlight that system dynamic models have become more and more complex, but as a consequence of the improvement in information technology and statistical systems, as well as the increasing experience gained they offer an efficient tool for decision makers in the business and political spheres. In the future, the combination of traditional system dynamics modelling and agent-based models will offer new perspectives for the preparation of more sophisticated description and forecasting.

Keywords: PRISMA statement; bioethanol; biofuel; review

PUBLIKÁCIÓK

Does the Level of Absorptive Capacity Matter for Carbon Intensity? Evidence from the USA and China

Kamalova Mariyakhan, Elyas Abdulahi Mohamued, Muhammad Asif Khan, József Popp ,* and Judit Oláh

Energies 2020, 13(2), 407; https://doi.org/10.3390/en13020407

Received: 19 November 2019 / Revised: 8 January 2020 / Accepted: 9 January 2020 / Published: 14 January 2020

Abstract

Interest in the rapid growth of CO2 emissions, together with the economic performance of various countries continues to attract researchers and practitioners' interest. Alongside, concerns regarding global warming and its effects on human and animal health, and thus sustainable development, escalate. The present study employs the nonlinear autoregressive distributed lag to identify short- and long-run dynamics and the asymmetric nexus between absorptive capacity, and CO2 emissions intensity from 1970 to 2018 in the case of the USA and China. In the short-run, an increase in technology transfer based on human resources increases CO2 emissions in China. Contrarily, the decrease in technology transfer based on infrastructure has an emissions-decreasing effect in China. In the long-run, the effects of an increase in absorptive capacity based on innovation and infrastructure developments provide positive and significant impetus to mitigate the carbon intensity in China and the USA. The results are robust using GHG intensity. Thus, policymakers and researchers have to consider the pivotal role of absorptive capacity in facilitating sustainable development. View Full-Text

Keywords: absorptive capacity; carbon intensity; sustainable economic growth; innovation; infrastructure developments

„Fenntartható folyékony bioüzemanyag (bioetanol, biodízel) előállítása és multifunkcionális hatása” c. Kutatási témapályázat

(NKFI K_19 pályázati témakiírás – Azonosító: 132805)

A projekt a Debreceni Egyetem Műszaki Kar, Gazdaságtudományi Kar és a Szent István Egyetem Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar és az Élelmiszertudományi Kar közreműködésével valósul meg.

Projekt kezdete: 2019. december 01.

Projekt vége: 2023. november 30.

Támogatott összeg: 31.454.000 Ft

A kutatásban résztvevő (vezető) kutatók:

Dr. habil Máté Domicián (kutatásvezető), egyetemi docens, Debreceni Egyetem Műszaki Kar

Dr. habil Oláh Judit, egyetemi docens, Debreceni Egyetem, Gazdaságtudományi Kar

Prof. Dr. Popp József, MTA levelező tagja, Szent István Egyetem Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar

Prof. Dr. Lakner Zoltán, MTA doktora, Szent István Egyetem, Élelmiszertudományi Kar

A kutatás összefoglalója, célkitűzései:

A megújuló energiák bevezetése és használata nem csupán egy kutatási kérdés, ugyanis a társadalmi-gazdasági környezet szerves részét képezik, ezért felhasználásuk különböző akadályokba ütközik. Magyarországon a bioenergián belül a bioüzemanyag jövőbeni létjogosultsága nem kérdéses. Egyrészről a bioüzemanyag előállításában és felhasználásában rejlő környezetvédelmi és gazdasági potenciál, másrészről az uniós tagságból eredő jogszabályi kötelezettség is az ágazat fejlődési és fejlesztési lehetőségét támasztja alá.

Ugyanakkor hazánkban a bioüzemanyag előállítás és a felhasználás tekintetében számos egymásnak ellentmondó nézet alakult ki az elmúlt időben, amellyel kapcsolatosan paradigmaváltásra lenne szükség a hazai és nemzetközi szakirodalom által jegyzett források feltárása alapján. A kutatás célkitűzéseihez megfogalmazott kérdések megválaszolásához a kutatás érdemben járul hozzá a kiemelt jelentőségű külföldi és magyar szakirodalom áttekintése és rendszerezése.

A szakirodalom feldolgozásával a nemzetközi bioüzemanyag piac átfogó megismerésén túlmenően a magyar lehetőségek és problémák széleskörű feltárása is jelentős szerepet játszik. Az eredmények elősegítik a bioüzemanyag ágazat szereplői számára az újszerű tudományos szemlélet kialakítását.

Célkitűzésünk, hogy a kutatásban olyan új eredményeket érjünk el a fenntartható és multifunkcionális bioüzemanyag kibocsájtás témakörében, melyek a Debreceni Egyetem mind hazai, mind a nemzetközi szakmai elismertségét növelik és hozzájárulnak a külső kutatási pályázati források bevonásához is.

„A 132805 számú projekt a Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból biztosított támogatással, a K_19 pályázati program finanszírozásában valósult meg”

A kutatói Blog újra indult.
Hamarosan frissítjük...