Μελέτη επιπτώσεων μονάδας παραγωγής βιοντίζελ από χρησιμοποιημένα μαγειρικά έλαια με τη μεθοδολογία της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής

Abstract

Η αυξανόμενη ευαισθητοποίηση σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος καθώς και των επιπτώσεων που προκαλούνται από την παραγωγή και κατανάλωση αγαθών και υπηρεσιών οδήγησε στην ανάγκη για μια βιώσιμη ανάπτυξη. Στα πλαίσια αυτής εντάσσεται και η χρήση και παραγωγή βιοκαυσίμων με πρώτες ύλες απόβλητα. Επίσης, στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μηχανισμοί και εργαλεία. Η Αξιολόγηση του Κύκλου Ζωής (Life Cycle Assessment, ΑΚΖ) αποτελεί ένα από τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για την προστασία του περιβάλλοντος. Η ΑΚΖ ενός προϊόντος, διεργασίας ή δραστηριότητας επιτρέπει τον υπολογισμό των περιβαλλοντικών φορτίων του συστήματος βάσει επιστημονικών μεθόδων λαμβάνοντας υπόψη όλες τις εισροές και εκροές σε αυτό. Το βασικό πλεονέκτημα της ΑΚΖ είναι η ικανότητα ανάλυσης και λήψης συμπερασμάτων για ολόκληρο τον κύκλο ζωής ενός προϊόντος, μιας διεργασίας ή μιας δραστηριότητας «από το λίκνο μέχρι τον τάφο» (from cradle to grave). Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία προτάθηκαν τρία διαφορετικά σενάρια παραγωγής βιοντίζελ από χρησιμοποιημένα μαγειρικά ελαία παρουσία βασικού καταλύτη. Τα τρία αυτά σενάρια προσομοιώθηκαν στο λογισμικό Aspen HYSYS. Η διεργασία που προσομοιώθηκε περιλαμβάνει δύο στάδια, την προεπεξεργασία και την κύρια διεργασία. Στην προεπεξεργασία χρησιμοποιείται μεθανόλη για την απομάκρυνση των ελεύθερων λιπαρών οξέων μέσω της αντίδρασης της εστεροποίησης. Το στάδιο αυτό είναι αναγκαίο για την απομάκρυνση των ελεύθερων λιπαρών οξέων η παρουσία των οποίων είναι ανεπιθύμητη. Η κύρια διεργασία περιλαμβάνει την αντίδραση της μετεστεροποίησης, την ανάκτηση της μεθανόλης που δεν αντέδρασε και τον καθαρισμό του τελικού προϊόντος. Το πρώτο σενάριο αποτελεί την κλασσική μέθοδο παραγωγής βιοντίζελ από χρησιμοποιημένα μαγειρικά έλαια. Στο δεύτερο ακολουθείται η ίδια ακριβώς διαδικασία με το πρώτο, με τη διαφορά ότι παραλείπεται η μονάδα ανακύκλωσης της μεθανόλης στην κύρια διεργασία. Στο τρίτο σενάριο επιλέγεται η ανακύκλωση του βασικού παραπροϊόντος της διεργασίας , της γλυκερόλης για τον καθαρισμό του ελαίαυ στο στάδιο της προεπεξεργασίας. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης αναλύθηκαν με την μεθοδολογία της ΑΚΖ με τη βοήθεια του λογισμικού SimaPro και της μεθόδου εκτίμησης επιπτώσεων IMPACT 2002+. Τα κυριότερα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τη συγκεκριμένη μελέτη όσον αφορά τον χαρακτηρισμό των επιπτώσεων είναι ότι και τα τρία σενάρια έχουν υψηλή τιμή επίπτωσης στην κατηγορία της οικοξικότητας των υδάτων αλλά και στις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Από την συνολική σύγκριση των τριών σεναρίων συμπεράναμε ότι το πιο φιλικό προς το περιβάλλον σενάριο είναι το τρίτο, το οποίο όμως εμφανίζει αυξημένο κόστος εξοπλισμού. Το περισσότερο επιβλαβές για το περιβάλλον αλλά και ζημιογόνο οικονομικά όσον αφορά το κόστος εξοπλισμού και πρώτων υλών είναι το δεύτερο σενάριο. Συνολικά, στις τιμές της κανονικοποίησης στο δεύτερο σενάριο αυξήθηκε η επίπτωση κατά 80% σε σχέση με το πρώτο ενώ στο τρίτο σενάριο μειώθηκε η επίπτωση κατά 14%. Όσον αφορά το ποια ουσία έχει την μεγαλύτερη επίπτωση στο σύνολο της διεργασίας, για το πρώτο και το τρίτο σενάριο ισχύει ότι το ελαϊκό μεθύλιο (βιοντίζελ) που δεν διαχωρίστηκε στο τελικό στάδιο της επεξεργασίας και εξέρχεται ως απόβλητο της διεργασίας ευθύνεται για το 30%-40% της συνολικής επίπτωσης. στο δεύτερο σενάριο η χρήση φυσικού αερίου εμφανίζεται ως η κρισιμότερη παράμετρος καθώς συνεισφέρει σε ποσοστό 50% σε όλες τις τελικές κατηγορίες επιπτώσεων.

The increasing concern regarding the protection of the environment resulted in the need of a sustainable development. As a part of this development the production of biofuels from waste materials has increased. Moreover, in the same context, methods that minimize the adverse environmental effects of the production and consumption of goods have been developed. Life Cycle Assessment (LCA) is a method that is used in order to study the environmental impact of a product or process. LCA is an environmental management tool that aims at sustainable development, pollution prevention and protection of non-renewable natural resources. The main advantage of LCA is the ability to analyze and reach conclusions for the entire life cycle of a product, process or activity “from cradle to grave.” In this study, three possible scenarios of biodiesel production from Waste Cooking Oil via alkali catalysis have been simulated in Aspen HYSYS and analyzed with the method of Life Cycle Assessment (LCA) in SimaPro. The first scenario (principal scenario) is the traditional method to produce biodiesel. The second scenario follows the main scheme with the difference that the unit of methanol recycling is removed,while in the third scenario glycerol (the main byproduct of the process) recycling is proposed. Results show that, regarding the characterization values all the three processes have a significant impact in the categories of aquatic ecotoxicity and non-renewable energy. After an overall comparison of the three scenarios we concluded that the most environmentally friendly scenario is the third because the need of using glycerol as a raw material is eliminated. However, this scenario increases the equipment cost. The second scenario has the highest environmental impacts. Regarding the total impact of the normalization scores the second scenario increases the impact value at the level of 80% compared with the first scenario while the third reduce the impact by 14%. As far as the substance that has the greatest impact on the whole process concerns, for the first and the third scenario m-oleate disposal is responsible for the 30%-40% of the total impact. Finally, in the second scenario the use of natural gas appears to be the most critical parameter contributing up to 50% to the total of the end-point categories.