Μελέτη επίδρασης ξήρανσης βιοαποβλήτων στην παραγωγή βιοαιθανόλης

Τζουρμανάς, Κωνσταντίνος; Tzourmanas, Konstantinos

dc.contributor.author	Τζουρμανάς, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Tzourmanas, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2023-01-16T11:09:19Z
dc.date.available	2023-01-16T11:09:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56725
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24423
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	Υγρασία	el
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Ξήρανση	el
dc.subject	Άλεση	el
dc.subject	Κοκκομετρία	el
dc.subject	Διατροφικά απορρίμματα	el
dc.subject	Moisture	en
dc.subject	Bioethanol	en
dc.subject	Drying	en
dc.subject	Grinding	en
dc.subject	Granulometry	en
dc.subject	Food waste	en
dc.title	Μελέτη επίδρασης ξήρανσης βιοαποβλήτων στην παραγωγή βιοαιθανόλης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβάλλον	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-07
heal.abstract	Τα διατροφικά αστικά απόβλητα αποτελούν ένα σημαντικό ποσοστό των αστικών αποβλήτων, το οποίο διαθέτει δυναμική για εκμετάλλευση προς έναν μεγάλο αριθμό εφαρμογών. Μια μέθοδος αξιοποίησης αυτών των αποβλήτων είναι η παραγωγή βιοκαυσίμων. Όμως, ένα από τα κύρια εμπόδια στην αξιοποίησή τους είναι η υψηλή αρχική υγρασία τους (70-80%). Η υγρασία αυτή είναι δυνατό να μειωθεί μέσω της διαδικασίας ξήρανσης, η οποία, όμως, απαιτεί μεγάλες ποσότητες ενέργειας για να πραγματοποιηθεί. Η τρέχουσα διπλωματική είχε ως στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης της υγρασίας στην απόδοση παραγωγής βιοαιθανόλης. Η τροφοδοσία για την πραγματοποίηση της τρέχουσας διπλωματικής εργασίας προερχόταν από την ξεχωριστή διαλογή των διατροφικών αποβλήτων από τον δήμο Βάρης-Βούλας-Βουλιαγμένης, τα οποία παραλαμβάνονταν σχεδόν κάθε 2 εβδομάδες στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου. Τα υπό επεξεργασία απόβλητα ξηραίνονταν και αλέθονταν σε ξηραντήρα πιλοτικής κλίμακας Gaia GC-100 και γινόταν λήψη δειγμάτων ανά τακτά χρονικά διαστήματα, με αποτέλεσμα να προκύπτουν υποστρώματα με διαφορετική υγρασία (4-62%) και διαφορετική κοκκομετρία. Τα δείγματα από τον ξηραντήρα, μετά τον πλήρη φυσικοχημικό χαρακτηρισμό τους, υποβάλλονταν σε ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση με την προσθήκη κυτταρινολυτικού ενζύμου NS87014 175μg/g κυτταρίνης, αμυλολυτικού ενζύμου Spirizyme Excel XHS 40μg/g αμύλου και μαγιάς S. Cerevisiae 2% κ.β. προς παραγωγή βιοαιθανόλης. Οι δοκιμές διεξήχθησαν για στερεό φορτίο από 10% έως 20%. Από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, παρατηρήθηκε ότι με αύξηση της υγρασίας παρατηρείται μια μικρή μείωση της απόδοσης σε αιθανόλη σχεδόν στα όρια του στατιστικού σφάλματος, η οποία είναι εντονότερη και εμφανέστερη στις περιπτώσεις όπου μελετάται το ίδιο υπόστρωμα. Το γεγονός αυτό μπορεί να αποδοθεί στα φαινόμενα μεταφοράς και διάχυσης μάζας λόγω της μεγαλύτερης κοκκομετρίας που έχει το υπόστρωμα υψηλότερης υγρασίας. Η μέγιστη απόδοση αιθανόλης εντοπίζεται για το μικρότερο ποσοστό υγρασίας 9,22%. Επιπλέον, οι αποδόσεις αιθανόλης ήταν ελάχιστα υψηλότερες για στερεό φορτίο 15%, μιας και σε υψηλότερο στερεό φορτίο (20%) δυσχεραίνονται τα φαινόμενα μεταφοράς. Η αποικοδόμηση των στερεών βρέθηκε ανεξάρτητη του στερεού φορτίου και της υγρασίας για το εύρη που μελετήθηκαν και κινείται μέσα στα όρια του στατιστικού σφάλματος, αν και μεγαλύτερη αποικοδόμηση στερεών παρατηρήθηκε για το μικρότερο στερεό φορτίο 10%. Τέλος, όσο αυξάνεται η υγρασία και άρα και η κοκκομετρία, τόσο μειώνεται η απόδοση σε αιθανόλη ανά τόνο διατροφικών απορριμμάτων. Η απόδοση αυτή ανέρχεται σε 40-60kg βιοαιθανόλης/ton νωπού αποβλήτου για υγρασία 20-60%, αρκετά μικρότερη συγκριτικά με τα 75-90kg βιοαιθανόλης/ton νωπού αποβλήτου που σημειώνεται για υγρασίες 4-11%. Ενώ, για ξηρό υπόστρωμα, η παραγωγή βιοαιθανόλης ανέρχεται στα 120 kg/ton ξηρού. Συνολικά, όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα, η μέση απόδοση αιθανόλης για όλες τις υγρασίες και κοκκομετρίες κρίνεται ικανοποιητική. Παρόλα αυτά, η παραγωγή αιθανόλης είναι αρκετά χαμηλότερη συγκριτικά με την αντίστοιχη που προκύπτει από τη χρήση ξηρού υποστρώματος. Αναλογιζόμενοι όμως την εξοικονόμηση από το ενεργειακό και συνεπώς οικονομικό κόστος της επεξεργασίας του νωπού αποβλήτου δίχως ξήρανση ή για πολύ λιγότερο χρόνο, είναι προφανές ότι χρειάζεται περαιτέρωέρευνα γιανα διαπιστωθεί ποιες είναι οι βέλτιστες οικονομοτεχνικά συνθήκες που πρέπει να εφαρμοστούν.	el
heal.abstract	Municipal food waste constitutes a significant proportion of municipal waste, which has potential for exploitation towards many applications. One way of utilizing this waste is the production of biofuels from the processing of this waste. One of the main obstacles for the utilization of this waste is the high initial moisture (70-80%). This moisture is reduced through the drying process, which, however, requires large amounts of energy. Current research aims to investigate the effect of humidity on the possibility of bioethanol production on a laboratory scale. In this context, the granulometry of the resulting waste was also investigated, after a certain drying time since the dryer used was with simultaneous drying and grinding. The feedstock for the current diploma thesis was source-separated food waste from the municipality of Vari-Voula-Vouliagmeni, which was delivered in the School of Chemical Engineering almost every 2 weeks. The waste was dried and milled in a Gaia GC-100 pilot scale dryer and sampled at regular intervals, at different moistures (4-62%) and different particle sizes. The dried samples, after their complete physicochemical characterization, were subjected to simultaneous saccharification and fermentation with the addition of cellulolytic enzyme NS87014 175μg/g cellulose, amylolytic enzyme Spirizyme Excel XHS 40μg/g starch and yeast S. Cerevisiae 2% w/w for bioethanol production. Tests were conducted for 15% and 20% solids loading. From the experiments carried out, it was observed that as moisture increases, there was a small decrease in ethanol yield almost at the limits of statistical error, which was more intense and more evident in the cases where the same substrate was studied. This fact can be attributed to mass transfer phenomena due to the larger granule size of the substrate of higher moisture. The maximum ethanol yield was observed for the lowest moisture content of 9.22%. In addition, ethanol yields were slightly higher for 15% solids loading, as well as higher solids loading (20%) hindered mass transfer phenomena. Solids degradation was fond to be independent of solids loading for the range studied and was within statistical error, although greater solids degradation was observed for the lowest solids loading of 10%. Also, the degradation of the solids was independent of the initial moisture of the substrate and moves within the limits of the statistical error. Finally, the higher the moisture content and therefore the granulometry, the lower the ethanol per ton of food waste. This yield amounts to 40-60kg of bioethanol/ton of fresh waste for a moisture content of 20- 60%, much lower compared to the 75-90kg of bioethanol/ton of fresh waste noted for moistures of 4-11%. While, for dry waste the production of bioethanol increases up to 120 kg/ton dry waste. Conclusively, as can be seen from the results, the average ethanol yield for all moistures and particle sizes is considered satisfactory. Nevertheless, the production of ethanol is quite lower compared to the corresponding one resulting from the use of a dried substrate. However, considering the energy and economic cost savings of treating food waste without drying (limited drying times), it is clear that further research is needed to establish what are the optimal economic and technical conditions to be applied.	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Κοκόσης, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	146 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false