Παραγωγή βιοαιθανόλης από υπολείμματα τροφών σε πιλοτική κλίμακα

Τσαφαρά, Παναγιώτα; Tsafara, Panagiota

dc.contributor.author	Τσαφαρά, Παναγιώτα	el
dc.contributor.author	Tsafara, Panagiota	en
dc.date.accessioned	2022-06-14T10:07:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55277
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22975
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Απόδοση	el
dc.subject	Πιλοτική κλίμακα	el
dc.subject	Ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση	el
dc.subject	Προδιαλεγμένα οικιακά απορρίμματα	el
dc.subject	Bioethanol	en
dc.subject	Yield	en
dc.subject	Pilot scale	en
dc.subject	Simultaneous saccharification and fermentation	en
dc.subject	Pre-selected household waste	en
dc.title	Παραγωγή βιοαιθανόλης από υπολείμματα τροφών σε πιλοτική κλίμακα	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Bioethanol Production from Food Wastes on Pilot Scale	el
heal.classification	Περιβαλλοντική Επιστήμη και Τεχνολογία	el
heal.dateAvailable	2023-06-13T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-16
heal.abstract	Τα οικιακά απόβλητα και η διαχείρισή τους είναι μια περιβαλλοντικά, καθώς και κοινωνικά, κατάλληλη προσέγγιση στα δύσκολα προβλήματα της τρέχουσας αστικής ζωής. Τα απόβλητα τροφίμων αποτελούν σημαντικό συστατικό των βιοαποδομήσιμων αποβλήτων. Έχει υπολογιστεί ότι το ένα τρίτο της παραγωγής τροφίμων σπαταλάται ετησίως σε παγκόσμια κλίμακα. Μάλιστα, οι κύριοι παράγοντες που συμβάλλουν στην σπατάλη τροφίμων είναι τα νοικοκυριά, στην περίπτωση των ανεπτυγμένων οικονομιών. Έχει αποδειχθεί ότι η κακή διαχείριση των αποβλήτων μπορεί να προκαλέσει κινδύνους τόσο στην ανθρώπινη υγεία όσο και στο περιβάλλον. Ένας ελπιδοφόρος τρόπος διαχείρισης, συνεπώς, είναι η χρήση των οικιακών αποβλήτων ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαιθανόλης, που θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανακύκλωση του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται κατά την καύση και έτσι στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Η βιοαιθανόλη είναι ένα ανανεώσιμο και βιώσιμο υγρό καύσιμο που αναμένεται να έχει πολλά υποσχόμενο μέλλον για την αντιμετώπιση της σημερινής παγκόσμιας ενεργειακής κρίσης και της επιδείνωσης της ποιότητας του περιβάλλοντος. Στόχος, λοιπόν, της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας παραγωγής βιοαιθανόλης από διατροφικά οικιακά απόβλητα σε πιλοτική κλίμακα. Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιήθηκε ήταν διατροφικά οικιακά απόβλητα που συλλέγονταν από τον Δήμο Βάρης-Βούλας-Βουλιαγμένης ανά δεκαπενθήμερο. Τα απόβλητα, μετά την παραλαβή τους, ξηραίνονταν και αλέθονταν σε ξηραντήρα Gaia GC-100 και στη συνέχεια χαρακτηρίζονταν. Η μέση περιεχόμενη υγρασία στα ακατέργαστα απόβλητα βρέθηκε 75,28 ± 1,97 %w/w. Οι αξιοποιήσιμοι υδατάνθρακες προς την κατεύθυνση της παραγωγής βιοαιθανόλης, δηλαδή η κυτταρίνη και το άμυλο, ήταν 16,13 ± 3,60 %w/w και 7,63 ± 3,94 %w/w αντίστοιχα. Για την παραγωγή της βιοαιθανόλης σε πιλοτική κλίμακα εφαρμόστηκε ακολούθως ενζυμική υδρόλυση, ζύμωση και απόσταξη. Συνολικά, χρησιμοποιήθηκαν ως τροφοδοσία στην πιλοτική κλίμακα 200 kg ξηρών υπολειμμάτων τροφών σε παρτίδες των 25 kg, προερχόμενα από οκτώ διαφορετικές τροφοδοσίες. Για την παραγωγή της βιοαιθανόλης, αναφορικά με τις συνθήκες των πειραμάτων, η φόρτιση στερεών ήταν ίση με 25%, το pH ίσο με 5, η λειτουργία του βιοαντιδραστήρα ήταν SSF (ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση), η δοσολογία του αμυλολυτικού ενζύμου ήταν ίση με 40μL ανά g αμύλου στο ξηρό στερεό, η δοσολογία του κυτταρινολυτικού ενζύμου ίση με 175μL ανά g κυτταρίνης στο ξηρό στερεό και η μαγιά ίση με 2% της μάζας του ξηρού στερεού που τροφοδοτούνταν. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι αποδόσεις της αιθανόλης ήταν πολύ υψηλές, δηλαδή κυμάνθηκαν από 58,11 - 91,45% σε σχέση με τη θεωρητική, με την βέλτιστη να παρατηρείται στη Δοκιμή Ζ, ενώ η περιεκτικότητα σε αιθανόλη κυμάνθηκε από 20,4 – 42,00 g/L με την μέγιστη να εμφανίζεται στη Δοκιμή Ε. Τέλος, μετά από φυσικοχημικές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν από τα ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΑ στο παραγόμενο προϊόν απεσταγμένης βιοαιθανόλης, φάνηκε ότι η παραγόμενη βιοαιθανόλη είναι βιοκαύσιμο υψηλής καθαρότητας σύμφωνα με το EN 15376:2012, με καθαρότητα 99,55% v/v, και κατάλληλη για την παραγωγή βιοκαυσίμου Ε10 (βενζίνη αναφοράς + 10% βιοαιθανόλη), σύμφωνο με το EN 228:2012 για την αμόλυβδη βενζίνη 95 RON. Συμπερασματικά, διαπιστώθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία πως η αξιοποίηση των διατροφικών οικιακών αποβλήτων προς παραγωγή βιοαιθανόλης είναι εφικτή και αποδοτική σε πιλοτική κλίμακα. Βέβαια, θα πρέπει να συνεκτιμηθούν και τεχνοοικονομικοί παράγοντες ώστε να αποδειχθεί η βιωσιμότητα της διεργασίας.	el
heal.abstract	Household waste and its management is an environmentally, as well as socially, appropriate approach to the difficult problems of current urban life. Food waste is an important component of biodegradable waste. It is estimated that one third of food production is wasted annually worldwide. In fact, the main factors contributing to food waste are households, in the case of developed economies. Poor waste management has been shown to pose risks to both human health and the environment. A good way of management, therefore, is to use household waste as a raw material for bioethanol production, which leads to the recycling of carbon dioxide released during incineration and thus to reducing its emissions. Bioethanol is a renewable and sustainable liquid fuel that is expected to have a promising future facing the the current global energy crisis and the deteriorating quality of the environment. The aim of the present diploma thesis was to investigate the possibility of producing bioethanol from food waste on a pilot scale. The raw material used was household food waste collected by the Municipality of Vari-Voula-Vouliagmeni every fortnight. The waste, upon receipt, was dried and ground in a Gaia GC-100 dryer and then it was physico-chemically charastrised. The average moisture content in the raw waste was found to be 75.28 ± 1.97% w/w. The available carbohydrates towards the direction of bioethanol production, i.e. cellulose and starch, were 16.13 ± 3.60% w/w and 7.63 ± 3.94% w/w respectively. Enzymatic hydrolysis, fermentation and distillation were then applied for the production of bioethanol on a pilot scale. In total, 200 kg of dry food residues in 25 kg batches from eight different feeds were used as feedstock at pilot scale. For the production of bioethanol, regarding the conditions of the experiments, the solids loading was 25%, the pH equal to 5, the bioreactor operated in simultaneous saccharificationg and fermentation (SSF), the dosage of amylolytic enzyme was equal to 40μL per g of starch in the dry solid, the dosage of cellulolytic enzyme was 175μL per g of cellulose in the dry solid and the yeast equal to 2% of the mass of the dry solid fed. The results showed that the ethanol yields were very high, ie ranged from 58.11 - 91.45% of the theoretical, with the optimum being observed in Test G, while the ethanol concentration ranged from 20.4 - 42.00 g/L with the maximum appearing in Test E. Finally, after physicochemical characterizations that took place at HELLENIC PETROLEUM, the results showed that the produced bioethanol is a high purity biofuel according to the EN 15376:2012, with purity of 99,55% v/v, and suitable for the production of biofuel E10 (reference gasoline + 10% bioethanol), according to the EN 228:2012 for unleaded petrol 95 RON. In conclusion, it was found in this diploma thesis that the valorisation of food waste for bioethanol production is technically feasible and efficient at pilot scale. Of course, techno-economic factors must also be taken into account in order to assess the viability of the whole process.	en
heal.advisorName	Μαλαμής, Δημήτριος - Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μουστάκας, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Λοϊζίδου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Δημήτριος - Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	178 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false