Αξιοποίηση οικιακών διατροφικών απορριμμάτων και οργανικών αποβλήτων της βιομηχανίας τροφίμων στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας

Abstract

Η πρόληψη στη δημιουργία διατροφικών απορριμμάτων καθώς και η διαχείριση και αξιοποίησή τους έχουν συγκεντρώσει έντονο ενδιαφέρον σε διεθνές, ευρωπαϊκό αλλά και εθνικό επίπεδο, καθώς έχει διαπιστωθεί ότι το ένα τρίτο των τροφίμων που παράγονται παγκοσμίως χάνεται ή σπαταλάται. Πρόκειται για απόβλητα που προκύπτουν από διαδικασίες που καλύπτουν όλο το μήκος της αξιακής αλυσίδας δηλαδή από την πρωτογενή παραγωγή, τη μεταποίηση, τη διανομή, τη διάθεση σε καταστήματα, την προετοιμασία και κατανάλωση τροφής σε εστιατόρια και σε εγκαταστάσεις εστίασης, αλλά και στο σπίτι. Ο αρνητικός αντίκτυπος που έχει η μη-βιώσιμη διαχείριση των διατροφικών απορριμμάτων στην κοινωνία, στην οικονομία και στο περιβάλλον οδήγησε στην ανάγκη μετάβασης στην κυκλική οικονομία για την αποδοτικότερη χρήση των πόρων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί μία ολιστική μελέτη των δυνατοτήτων αξιοποίησης των οικιακών διατροφικών απορριμμάτων που παράγονται στην Ελλάδα, καθώς και των προοπτικών αξιοποίησης οργανικών αποβλήτων της ελληνικής βιομηχανίας μεταποίησης τροφίμων σε συμφωνία με τις αρχές της κυκλικής οικονομίας. Αρχικά, βάσει εκτενούς βιβλιογραφικής έρευνας στις διαφορετικές όψεις του θέματος (νομοθετική, ερευνητική, τεχνολογική) μελετήθηκε και καταγράφηκε το σχετικό ευρωπαϊκό και εθνικό θεσμικό πλαίσιο για τη διαχείριση των αποβλήτων και την ενέργεια, με έμφαση στα βιοαπόβλητα και τη βιοενέργεια. Παράλληλα, συγκεντρώθηκαν οι ορισμοί που χρησιμοποιούνται σε ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο για τα διατροφικά απορρίμματα καθώς και οι τεχνικές πληροφορίες σχετικά με τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά, τα ποσοτικά στοιχεία, τις μεθόδους συλλογής δεδομένων και τις δράσεις πρόληψης για τα διατροφικά απορρίμματα. Καταγράφηκαν οι σύγχρονες επιστημονικές και τεχνολογικές τάσεις και τα ευρωπαϊκά έργα σχετικά με την πρόληψη, αξιοποίηση και διαχείριση των διατροφικών απορριμμάτων. Επιπλέον, εκπονήθηκε εργαστηριακή έρευνα κατά την οποία μελετήθηκαν τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των οικιακών διατροφικών απορριμμάτων ελληνικών νοικοκυριών καθώς και η δυνατότητα παραγωγής βιοαερίου και βιοαιθανόλης των εν λόγω απορριμμάτων ύστερα από εφαρμογή ήπιας ξήρανσης. Τέλος, η έρευνα επεκτάθηκε στις δυνατότητες αξιοποίησης των οργανικών αποβλήτων που προκύπτουν από σημαντικούς κλάδους της Ελληνικής βιομηχανίας μεταποίησης τροφίμων. Μελετήθηκαν οι τρόποι λειτουργίας και διαχείρισης των αποβλήτων στις διαφορετικές ελληνικές βιομηχανίες και λαμβάνοντας υπόψη, τις σύγχρονες τεχνολογικές και επιστημονικές εξελίξεις στους επιμέρους κλάδους αλλά και τις κατευθύνσεις της κυκλικής οικονομίας, παρατίθενται διαπιστώσεις και προτάσεις για την αξιοποίηση των οργανικών αποβλήτων. Με βάση την έρευνα διαπιστώθηκε η προτεραιοποίηση της πρόληψης στη δημιουργία διατροφικών απορριμμάτων τόσο από το σύγχρονο νομοθετικό πλαίσιο για τα απόβλητα (Δέσμη Μέτρων Κυκλικής Οικονομίας, Οδηγία 2018/851) όσο και από τις πρωτοβουλίες σε επίπεδο πόλεων και δήμων σε παγκόσμιο επίπεδο. Ακόμη, στην κατεύθυνση της μείωσης και αξιοποίησης των διατροφικών απορριμμάτων προωθείται η παραγωγή χημικών και βιο-υλικών (μείωση) και ακολουθεί η ανακύκλωση των διατροφικών απορριμμάτων (αξιοποίηση) με βέλτιστη επιλογή την αναερόβια χώνευση. Στο ίδιο πλαίσιο οι τάσεις αυτές προωθούνται και από την ευρωπαϊκή πολιτική στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπου, σύμφωνα με την Οδηγία 2015/1513/ΕΚ, η συνεισφορά των βιοκαυσίμων που προέρχονται από βιοαπόβλητα και παρόμοια απόβλητα που προκύπτουν κατά τη μεταποίηση θα προσμετράται εις διπλούν στην επίτευξη των ενεργειακών στόχων. Όπως αποδείχθηκε από την πρωτότυπη εργαστηριακή έρευνα που πραγματοποιήθηκε στα εργαστήρια του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και αλλού, μέσω της απομάκρυνσης της υγρασίας των οικιακών διατροφικών απορριμμάτων με την εφαρμογή ήπιας ξήρανσης (~60 °C), επιτυγχάνεται η συντήρηση των χαρακτηριστικών των ΟΔΑ λόγω της αναστολής της δράσεως των μικροοργανισμών και των ενζύμων. Αποδείχθηκε ότι τα οικιακά διατροφικά απορρίμματα που παράγονται από τον πρωτότυπο οικιακό ξηραντήρα (ξ-ΟΔΑ) αποτελούν ένα ικανοποιητικό υπόστρωμα για την παραγωγή βιοαερίου και βιοαιθανόλης. Όπως διαπιστώθηκε, η διαφορετικότητα της σύστασης μεταβάλλει την απόδοση σε μεθάνιο με σημαντικές παραμέτρους την περιεκτικότητά τους σε λίπη και ελαία, καθώς και σε ολικό οργανικό άνθρακα. Ωστόσο, η παρούσα έρευνα και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων των πτητικών στερεών πιστοποιούν ότι η χρήση των μετρούμενων εργαστηριακών παραμέτρων των ΟΔΑ ως δεικτών πρόβλεψης της παραγωγής βιοαερίου θα πρέπει να γίνεται με κριτική ματιά. Η έρευνα με τη μέθοδο του ημερολογίου καταγραφής κατέδειξε την υψηλή περιεκτικότητα σε απορρίμματα φρούτων (>50 %) και λαχανικών (~30 %) στην ποιοτική σύσταση των ΟΔΑ, οδηγώντας συγχρόνως στη διαπίστωση ότι το ένα τρίτο του συνολικού βάρους των ΟΔΑ που παράχθηκαν από πέντε ελληνικές οικογένειες σε διάστημα είκοσι οκτώ ημερών θα μπορούσε να είχε αποφευχθεί. Από τη διεξαγωγή των δοκιμών μεθανογόνου δυναμικού σε είκοσι δείγματα ξ-ΟΔΑ, το εύρος των αποδόσεων σε μεθάνιο κυμάνθηκε από 264 έως 518 L CH4/kg TS (282 έως 558 L CH4/kg VS). Το δε πιο σημαντικό μέρος (> 70 %) του παραχθέντος μεθανίου αναπτύχθηκε εξ ολοκλήρου στη διάρκεια των πρώτων είκοσι ημερών για όλα τα δείγματα. Επιπρόσθετα, διαφάνηκε ότι τα οικιακά διατροφικά απορρίμματα (ύστερα από ήπια ξήρανση) αποτελούν μια ενδιαφέρουσα πρώτη ύλη για παραγωγή βιοαιθανόλης δεύτερης γενιάς, με την εφαρμογή της μη-ισοθερμοκρασιακής ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης. Συγκεκριμένα, ενζυμική υδρόλυση (6 h) με εμπορικές αμυλάσες και κυτταρινάσες στα είκοσι δείγματα ξ-ΟΔΑ (συγκέντρωση 25 % w/v) ακολουθούμενη από ζύμωση (8 h) με χρήση του ζυμομύκητα Saccharomyces Cerevisiae, οδήγησε σε παραγωγή αιθανόλης στα διαφορετικά δείγματα που κυμάνθηκε από 11 g/L σε 42,4 g/L. Οι επιτευχθείσες τιμές βρίσκονται σε υψηλά επίπεδα σε σχέση με τις αναφορές στη διεθνή βιβλιογραφία. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη τις διεθνείς τεχνολογικές και επιστημονικές εξελίξεις στον τομέα της αξιοποίησης των οργανικών αποβλήτων για παραγωγή ενέργειας, η εφαρμογή της αναερόβιας χώνευσης ενός ή δύο σταδίων σε συνδυασμό με κατάλληλες μεθόδους προεπεξεργασίας (βιολογικών ή/και φυσικοχημικών) προτείνεται ως μία βιώσιμη λύση για τη διαχείριση των υγρών αποβλήτων και την ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας από τις ελληνικές μονάδες μεταποίησης κρέατος, παραγωγής ελαιόλαδου και παραγωγής τυροκομικών προϊόντων. Ακόμη, η ανάπτυξη νέων προϊόντων από οργανικά απόβλητα που προέρχονται από ελληνικές βιομηχανίες μεταποίησης τροφίμων θα μπορούσε να οδηγήσει στο μέλλον στη δημιουργία προστιθέμενης αξίας για τους εν λόγω κλάδους. Συγκεκριμένα, η αξιοποίηση ζωικών υποπροϊόντων μεσαίας και χαμηλής επικινδυνότητας θα μπορούσε να οδηγήσει σε παραγωγή βιοενεργών πεπτιδίων, πρωτεϊνικών προϊόντων και ως πηγή φωσφορικών. Από τη μεταποίηση τομάτας θα μπορούσε να αξιοποιηθεί η υψηλή περιεκτικότητά της σε καροτενοειδή και κυρίως λυκοπένιο, καθώς και διάφορα άλλα φυτοχημικά όπως στερόλες, τοκοφερόλες, ολικές και απλές πολυφαινόλες. Από τη μεταποίηση ροδάκινων και βερίκοκων, τα προς αξιοποίηση συστατικά είναι τα φαινολικά συστατικά, φλαβονοειδή και καροτενοειδή. Επιπρόσθετα, η αξιοποίηση των οργανικών αποβλήτων από ελληνικές μονάδες παραγωγής ελαιόλαδου θα μπορούσε να οδηγήσει στην παραγωγή πολύτιμων προϊόντων όπως είναι οι πολυ(υδροξυαλκανοϊκοί) εστέρες με εφαρμογές στο πεδίο των βιοαποδομήσιμων πλαστικών, οι καροτενοειδείς χρωστικές για εφαρμογή ως χρωστικές τροφίμων και φυσικά αντιοξειδωτικά ή εναλλακτικά ως πηγή προβιταμίνης Α και τα βιομηχανικά ένζυμα όπως λιπάσες, λακκάσες, περοξειδάσες και πηκτινάσες. Τέλος, ενδιαφέρον παρουσιάζει και η αξιοποίηση του ορού γάλακτος στο μέλλον για παραγωγή οργανικών οξέων, μονοκυτταρικών πρωτεϊνών, ελαίων, και ενζύμων. Συνοψίζοντας, η αξιοποίηση των οικιακών διατροφικών απορριμμάτων και των οργανικών αποβλήτων της βιομηχανίας μεταποίησης τροφίμων στην Ελλάδα περιλαμβάνει μια πληθώρα εναλλακτικών δυνατοτήτων που μπορούν να οδηγήσουν στην παραγωγή ενέργειας και νέων υλικών. Προκειμένου να καθίσταται βιώσιμη η αξιοποίηση αυτή, θα πρέπει να προωθηθεί η βέλτιστη και διαδοχική αξιοποίηση διαφορετικών τύπων διατροφικών απορριμμάτων σε ευέλικτα βιοδιυλιστήρια προωθώντας τη μετάπτωση από τη γραμμική στην κυκλική βιοοικονομία.