Αξιοποίηση βιοαποβλήτων και υπολειμματικής βιομάζας για παραγωγή βιοκαυσίμων - Η περίπτωση της Ελλάδας

Γεωργούλα, Γεωργία; Georgoula, Georgia

dc.contributor.author	Γεωργούλα, Γεωργία	el
dc.contributor.author	Georgoula, Georgia	en
dc.date.accessioned	2015-11-06T06:59:58Z
dc.date.available	2015-11-06T06:59:58Z
dc.date.issued	2015-11-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41540
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4904
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Περιβάλλον και Ανάπτυξη”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιοκαύσιμα	el
dc.subject	Βιοαπόβλητα	el
dc.subject	Υπολειμματική βιομάζα	el
dc.subject	Λιγνινοκυτταρινούχος βιομάζα	el
dc.subject	Biofuels	en
dc.subject	Biowaste	el
dc.subject	Lignocellulosic biomass	el
dc.subject	Residual biomass	el
dc.subject	Bioethanol	el
dc.subject	βιοαιθανόλη	el
dc.title	Αξιοποίηση βιοαποβλήτων και υπολειμματικής βιομάζας για παραγωγή βιοκαυσίμων - Η περίπτωση της Ελλάδας	el
dc.title	Utilization of biowaste and residual biomass for the production of biofuels - Greece case study	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβάλλον	el
heal.classification	Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-06-26
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία έχει ως στόχο (α) τη βιβλιογραφική επισκόπηση των βιοκαυσίμων και (β) τη μελέτη της δυνατότητας παραγωγής βιοκαυσίμων από βιοαπόβλητα και υπολειμματική βιομάζα στον Ελλαδικό Χώρο. Τα βιοκαύσιμα έχουν κεντρίσει το ενδιαφέρον των ερευνητών ως μια εναλλακτική πηγή ενέργειας, φιλική προς το περιβάλλον, ενώ τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον έχει στραφεί προς τα βιοκαύσιμα δεύτερης γενεάς, για την παραγωγή των οποίων χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη υπολειμματική βιομάζα. Αρχικά, αναλύεται το θεσμικό πλαίσιο που διέπει τα βιοκαύσιμα. Ειδικότερα, αφού παρατίθεται το παγκόσμιο πλαίσιο για τα βιοκαύσιμα, δίνεται μεγαλύτερη έμφαση στην ανάλυση του Ευρωπαϊκού θεσμικού πλαισίου και της Ελληνικής Νομοθεσίας. Εν συνεχεία, μελετώνται οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοκαυσίμων πρώτης, δεύτερης και τρίτης γενεάς και αναλύονται οι διεργασίες παραγωγής της βιοαιθανόλης, του βιοντήζελ, της βιοβουτανόλης, του βιοϋδρογόνου και του βιοαερίου. H επιλογή των αναλυθέντων βιοκαυσίμων έγινε λαμβάνοντας υπόψη τις «απαιτήσεις» της Ευρωπαϊκής Νομοθεσίας περί διείσδυσης των βιοκαυσίμων στον τομέα των μεταφορών σε όλα τα κράτη μέλη. Η μελέτη της περίπτωσης του Ελλαδικού Χώρου έπεται της παράθεσης του ανωτέρω θεωρητικού πλαισίου. Αφού παρατίθενται τα γενικά χαρακτηριστικά της Ελλάδας και εξετάζεται η παραγωγή και χρήση βιοκαυσίμων που πραγματοποιείται σε αυτήν, υπολογίζεται το θεωρητικά διαθέσιμο δυναμικό υπολειμματικής βιομάζας της χώρας. Σε ότι αφορά τα γεωργικά υπολείμματα, χρησιμοποιούνται στοιχεία όπως η καλλιεργούμενη γεωργική γη ανά είδος καλλιέργειας, η μέση απόδοση κάθε φυτικής καλλιέργειας, συντελεστές που υποδεικνύουν την αναλογία παραγόμενου προϊόντος και υπολείμματος, η περιεχόμενη υγρασία σε κάθε είδους υπόλειμμα καθώς και το ποσοστό διαθεσιμότητάς του για παραγωγή ενέργειας. Έτσι υπολογίζεται ότι το θεωρητικά διαθέσιμο δυναμικό γεωργικών υπολειμμάτων στην Ελλάδα, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παραγωγή ενέργειας, ανήλθε στα 3.916.418,76 t ξηρού βάρους το χρονολογικό έτος 2012. Οι ανωτέρω υπολογισμοί πραγματοποιούνται και σε επίπεδο νομού και περιφέρειας. Η παραγόμενη ποσότητα υπολειμμάτων γεωργικών βιομηχανιών στην Ελλάδα υπολογίζεται ότι ήταν ίση με 514.912,78 t ξηρού βάρους το χρονολογικό έτος 2012, λαμβάνοντας υπόψη την αναλογία υπολείμματος/προϊόντος για κάθε είδους γεωργικό προϊόν και την εκατοστιαία περιεκτικότητα κάθε υπολείμματος σε υγρασία. Όσον αφορά στα δασικά υπολείμματα, λόγω έλλειψης στοιχείων για τον ακριβή υπολογισμό των παραγόμενων ποσοτήτων τους, θεωρείται ότι το διαθέσιμο δυναμικό τους κατανέμεται στην Ελλάδα κατ’ αντιστοιχία με τις δασικές εκτάσεις της χώρας. Δηλαδή οι μεγαλύτερες ποσότητες αυτών συναντώνται στην Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης, Κεντρικής Μακεδονίας, Στερεάς Ελλάδας, Δυτικής Μακεδονίας, Θεσσαλίας και Ηπείρου. Επιπροσθέτως, η ποσότητα των κτηνοτροφικών αποβλήτων που παράγεται στην Ελλάδα είναι ίση με 5756 * 103 t ετησίως. Τέλος, υπολογίζεται η παραγόμενη ποσότητα ζυμώσιμων αποβλήτων (τροφικά υπολείμματα - απόβλητα κήπων και πάρκων) σε επίπεδο χώρας και περιφέρειας. Το ζυμώσιμο κλάσμα των αστικών στερεών αποβλήτων της χώρας ανήλθε στα 2.341.397,94 t, η αξιοποιήσιμη ποσότητα υπολειμματικού χαρτιού-χαρτονιού ανήλθε στο 1.672.427,10 t και τα απόβλητα βρώσιμα έλαια και λίπη στις 54.081,43 t το χρονολογικό έτος 2011. Λαμβάνοντας υπόψη τους ανωτέρω υπολογισμούς, διατυπώνονται οι προτάσεις αξιοποίησης των βιοαποβλήτων και της υπολειμματικής βιομάζας στην Ελλάδα για παραγωγή βιοκαυσίμων. Όσον αφορά στα απόβλητα βρώσιμα έλαια και λίπη, βέλτιστη λύση θεωρείται η αξιοποίησή τους για παραγωγή βιοντήζελ. Σε ότι αφορά τα κτηνοτροφικά απόβλητα προτείνεται η χρήση τους ως πρώτη ύλη για παραγωγή βιοαερίου. Ειδικότερα, προτείνεται η δημιουργία κεντρικών εγκαταστάσεων βιοαερίου συγχώνευσης στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας, Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης και Θεσσαλίας, ενώ προτείνεται η δημιουργία μικρών και τεχνολογικά απλών μονάδων βιοαερίου κλίμακας αγροκτήματος στην Περιφέρεια Δυτικής Μακεδονίας, Ηπείρου και Δυτικής Ελλάδας. Τέλος, η υπολειμματική λιγνινοκυτταρινούχος βιομάζα διαχωρίζεται (1) στα υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών - δασικά υπολείμματα υλοτομίας και (2) στο βιοαποικοδομήσιμο κλάσμα των αστικών στερεών αποβλήτων. Ο διαχωρισμός πραγματοποιείται με βάση τα κοινά χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν τα απόβλητα κάθε κατηγορίας, χαρακτηριστικά τα οποία επηρεάζουν σημαντικά τον τρόπο διαχείρισης και αξιοποίησής τους. Αφού διατυπώνεται ένα σχέδιο αποτελεσματικής συλλογής και επεξεργασίας της βιομάζας κάθε κατηγορίας, επιλέγεται το βιοκαύσιμο που μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας ως πρώτη ύλη την υπολειμματική λινινοκυτταρινούχο βιομάζα. Η επιλογή πραγματοποιείται συγκρίνοντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που παρουσιάζουν ως βιοκαύσιμα η βιοβουτανόλη, το βιοϋδρογόνου και η βιοαιθανόλη, η οποία τελικά κρίνεται ως η βέλτιστη επιλογή. Προκειμένου να εκτιμηθεί σε ποιες περιοχές της χώρας η παραγωγή της βιοαιθανόλης είναι εφικτή, αξιολογούνται οι παραγόμενες ποσότητες υπολειμματικής λιγνινοκυτταρινούχου βιομάζας στις περιφέρειες της χώρας. Προκύπτει ότι η Περιφέρεια Αττικής μπορεί να αξιοποιήσει τον μεγάλο όγκο των ζυμώσιμων αποβλήτων της για παραγωγή βιοαιθανόλης. Αντιθέτως, οι Περιφέρειες Κεντρικής Μακεδονίας, Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης, Θεσσαλίας, Πελοποννήσου και Δυτικής Ελλάδας προτείνεται να μετατρέψουν βιολογικά τα γεωργικά υπολείμματα σε αιθανόλη. Τέλος, όσον αφορά στο χαρτί-χαρτόνι θεωρείται αναγκαία η συνέχιση της ανακύκλωσής του με στόχο την εξοικονόμηση φυσικών πόρων.	el
heal.abstract	The purpose of this master thesis is (a) the literature review of biofuels and (b) the study of biofuels production potential from residual biomass and biowaste in Greece. Biofuels are of particular interest for researchers as an alternative source of energy, environmentally friendly. Ιnterest has particularly turned to second generation biofuels in recent years, the production of which is based on the use of residual biomass as feedstock. Firstly, the institutional framework for biofuels is analyzed. In particular, after citation of global framework for biofules, more emphasis is given on the analysis of the European institutional framework and the Greek Legislation. Subsequently, raw materials which are used for the production of first, second and third generation biofuels and production processes of bioethanol, biodiesel, biobutanol, biohydrogen and biogas are examined. The selection of these biofuels is based on the “requirements” of European Legislation for penetration of biofuels in European Union’s members transport sector. The apposition of the above theoretical framework is followed by the case study of Greece. After providing the general characteristics of Greece and examining the production and use of biofuels there, the theoretically available potential of residual biomass in Greece is calculated. As far as calculations for agricultural residues are concerned, data such as the agricultural cultivated land of any type of cultivation, average yield of each plant cultivation, product/residue ratio, moisture content and availability percentage for energy production of any kind of residue are used. In this way, it is estimated that the theoretically available potential of agricultural residues in Greece, that can be used for energy production, amounted to 3.916.418,76 t dry weight in 2012. These calculations are carried out both at regional and prefectural level. The production quantity of agro-industrial residues in Greece is calculated equal to 514.912,78 t dry weight in 2012, taking into account data such as the residue/product ratio of any kind of agricultural product and moisture content of any kind of agro-industrial residue. Regarding forestry residues, due to lack of data for estimating their produced quantities, it is considered that their available potential is distributed in Greece in line with the wooded areas of the country. To be more specific, the higher amounts of them are found in the Region of East Macedonia and Thrace, Central Macedonia, Central Greece, Western Macedonia, Thessaly and Epirus. Moreover, the amount of livestock wastes which are produced in Greece annually is equal to 5756 * 103 t. Finally, the quantity of fermentable wastes (food wastes - garden and park wastes) is calculated at country and regional level. It is estimated that the fermentable fraction of municipal solid wastes in Greece amounted to 2.341.397,94 t, the usable amount of residual paper-cardboard amounted to 1.672.427,10 t and waste edible oils and fats amounted to 54.081,43 t in 2011. Taking into account the above calculations, suggestions for production of biofuels from biowaste and residual biomass in Greece are formulated. The optimum choice for waste edible oils and fats utilization is considered the production of biodiesel. Regarding animal wastes, the use of them as feedstock for biogas production is proposed. In particular, the creation of centralized co-digestion biogas plants in the Region of Central Macedonia, Eastern Macedonia and Thrace and Thessaly is proposed, whereas the creation of small and technologically simple farm scale biogas plants in the Region of Western Macedonia, Epirus and Western Greece is considered preferable. As far as residual lignocellulosic biomass is concerned, this is seperated to (1) agricultural crop residues - forest logging residues, and (2) biodegradable fraction of municipal solid wastes. The distinction is made on the basis of the common features of wastes of each category. These characteristics affect significantly the way of management and utilization of them. After an efficient collection and processing plan for each category of biomass is formulated, the biofuel that can be produced using as feedstock the residual lignocellulosic biomass is selected. The selection is made by comparing the advantages and disadvantages of biobutanol, biohydrogen and bioethanol, which finally it seems to be the best option. In order to evaluate in which areas of Greece production of bioethanol is feasible, production quantities of residual lignocellulosic biomass at regional level are assessed. Region of Attica can utilize the large volume of fermentable wastes to produce bioethanol. In contrast, the Region of Central Macedonia, Eastern Macedonia and Thrace, Thessaly, Peloponnese and Western Greece is proposed to convert agricultural residues into bioethanol. Finally, as far as the paper-cardboard is concerned, its recycling is considered necessary in order to save natural resources.	en
heal.advisorName	Λοϊζίδου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Χαραλάμπους, Αικατερίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	183 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true