Παραγωγή βιοαιθανόλης από υπολείμματα τροφών σε πιλοτική κλίμακα

Χατζημαλιάκας, Παναγιώτης Φώτιος; Chatzimaliakas, Panagiotis Fotios

dc.contributor.author	Χατζημαλιάκας, Παναγιώτης Φώτιος	el
dc.contributor.author	Chatzimaliakas, Panagiotis Fotios	en
dc.date.accessioned	2023-03-24T11:47:22Z
dc.date.available	2023-03-24T11:47:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57307
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25005
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Περιβάλλον και Ανάπτυξη"
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Βιοαπόβλητα	el
dc.subject	Υπολείμματα τροφών	el
dc.subject	Βιοκαύσιμα	el
dc.subject	Απόσταξη	el
dc.subject	Bioethanol	en
dc.subject	Biofuels	en
dc.subject	Distillation	en
dc.subject	Biowaste	en
dc.subject	Food waste	en
dc.title	Παραγωγή βιοαιθανόλης από υπολείμματα τροφών σε πιλοτική κλίμακα	el
dc.title	Investigation of Bio-ethanol production in a Pilot Scale from kitchen waste	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Διαχείριση αποβλήτων	el
heal.classification	Waste management	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-15
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 βιοαποικοδομήσιμων 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 βιοκαυσίμων και συγκεκριμένα η παραγωγή βιοαιθανόλης. Η βιοαιθανόλη είναι ένα ανανεώσιμο 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 της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη δυνατότητας και αποτελεσματικότητας για την παραγωγή βιοαιθανόλης σε πιλοτική κλίμακα με πρώτη ύλη προδιαλεγμένα οικιακά οργανικά απόβλητα σε νωπή μορφή όπως συλλέχθηκαν από τον δήμο Βάρης-Βούλας-Βουλιαγμένης (ΒΒΒ). Εξετάστηκαν δύο διαφορετικοί τρόποι για την άλεση και ομογενοποίηση των βιοαποβλήτων. Τα απόβλητα, μετά την παραλαβή τους, αλέθονται και ομογενοποιούνται για να προστεθούν άμεσα στον βιοαντιδραστήρα καθότι η αποθήκευσή τους είναι αδύνατη λόγω οσμών και φύσης του βιοαποβλήτου. Έτσι λοιπόν κρίθηκε αναγκαίο ο χαρακτηρισμός των βιοαποβλήτων να γίνεται μετέπειτα των Δοκιμών. Όσον αφορά τις πειραματικές συνθήκες (στερεό φορτίο, δοσολογίες ενζύμων και μαγιάς), εκτιμήθηκαν στην αρχή της κάθε Δοκιμής με μέση περιεχόμενη υγρασία, άμυλο και κυτταρίνη, 75,86%, 7,68% και 14,55% w/w αντίστοιχα. Για την παραγωγή της βιοαιθανόλης σε πιλοτική κλίμακα εφαρμόστηκε ακολούθως ενζυμική Υδρόλυση και ζύμωση. Συνολικά, αξιοποιήθηκαν ως τροφοδοσία στην πιλοτική κλίμακα 544,04 kg νωπού βιοαποβλήτου σε παρτίδες των 40 kg περίπου, προερχόμενα από έξι διαφορετικές παραλαβές. Για την παραγωγή της βιοαιθανόλης, αναφορικά με τις συνθήκες των πειραμάτων, η φόρτιση στερεών κυμαινόταν από 10 – 15% w/w, 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 68,62 – 87,52% σε σχέση με τη θεωρητική, ενώ η περιεκτικότητα σε αιθανόλη κυμάνθηκε από 11-30 g/L με την μέγιστη να εμφανίζεται στη Δοκιμή 9. Συμπερασματικά, διαπιστώθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία πως η αξιοποίηση των διατροφικών οικιακών αποβλήτων προς παραγωγή βιοαιθανόλης, σε νωπή βάση, είναι εφικτή και αποδοτική σε πιλοτική κλίμακα. Βέβαια, περεταίρω διερεύνηση είναι απαραίτητη για την βελτιστοποίηση της διεργασίας και επίσης θα πρέπει να συνεκτιμηθούν και τεχνοοικονομικοί παράγοντες ώστε να αποδειχθεί η βιωσιμότητα της.	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 has been estimated that one third of food production is wasted annually on a global scale. In fact, the main contributors to food waste are households, in the case of developed economies. It has been shown that poor waste management can cause risks to both human health and the environment. One promising management option, therefore, is the use of household waste as a feedstock for biofuel production, in particular bioethanol production. Bioethanol is a renewable liquid fuel that is expected to have a promising future in addressing the current global energy crisis and the deterioration of environmental quality. The aim of this thesis is to study the feasibility and efficiency for the production of bioethanol on a pilot scale using as feedstock pre-sorted domestic organic waste in fresh form as collected from the municipality of Varis-Voulas-Vouliagmeni (VVV). Two different ways for the grinding and homogenization of the bio-waste were investigated. The waste, after collection, were ground and homogenized in order to be added directly to the bioreactor as storage is impossible due to the odors and the nature of the biowaste. It was therefore considered necessary to characterize the biowaste after the tests. Regarding the experimental conditions (solid load, enzyme and yeast dosages), they were estimated at the beginning of each Trial with average moisture, starch and cellulose contents of 75.86%, 7.68% and 14.55% w/w respectively. Enzymatic Hydrolysis and fermentation were subsequently applied for the pilot scale bioethanol production. In total, 544.04 kg of fresh biosolids in batches of about 40 kg were utilized as feedstock in the pilot scale, coming from six different receipts. For bioethanol production, with respect to the experimental conditions, solids loading ranged from 10 - 15% w/w, pH equal to 5, bioreactor operation was SSF (simultaneous saccharification and fermentation), the dosage of amylase enzyme was equal to 40 µL per g of starch in the dry solid, the dosage of cellulase enzyme was equal to 175 µL per g of cellulose in the dry solid and the yeast was equal to 2% of the mass of the dry solid fed. The results showed that the ethanol yields were very high, i.e., ranged from 68.62 - 87.52% compared to the theoretical one, while the ethanol content ranged from 11-30 g/L with the maximum occurring in Trial 9. In conclusion, it was found in this thesis that the valorization of household food waste for bioethanol production, with real feedstock, is feasible and efficient on a pilot scale. Of course, further investigation is necessary to optimize the process and techno-economic factors should be considered to prove its viability.	en
heal.advisorName	Μαλαμής, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Λοϊζίδου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	116 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false