Παραγωγή βιοαιθανόλης από απόβλητα αρτοποιίας

Νικολάου, Μαρίνα; Nikolaou, Marina

dc.contributor.author	Νικολάου, Μαρίνα	el
dc.contributor.author	Nikolaou, Marina	en
dc.date.accessioned	2023-05-05T07:47:24Z
dc.date.available	2023-05-05T07:47:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57627
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25324
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	Απόβλητα αρτοποιίας	el
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Υδρόλυση	el
dc.subject	Ζύμωση	el
dc.subject	ssf, shf	en
dc.title	Παραγωγή βιοαιθανόλης από απόβλητα αρτοποιίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη και Τεχνολογία Περιβάλλοντος	el
heal.classification	Βιοκαύσιμα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-24
heal.abstract	Τις τελευταίες δεκαετίες, η ζήτηση για εναλλακτικές πηγές καυσίμων έχει αυξηθεί λόγω της υπερβολικής κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων. Η βιοαιθανόλη θεωρείται ένα από τα πολλά υποσχόμενα ανανεώσιμα καύσιμα που μπορεί να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα μεταφορών. Ήδη χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στις βενζίνες σε μείγματα E5 δηλαδή σε αναλογία 5% αιθανόλη και 95% βενζίνη έχοντας σημαντικά θετική επίδραση στης μείωση εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου. Η βιοαιθανόλη μπορεί να ληφθεί από πρώτες ύλες που περιέχουν σακχαρόζη, αμυλώδη υλικά και λιγνοκυτταρινική βιομάζα. Το ψωμί είναι ένα αμυλώδες υλικό και μια πλούσια πηγή εύκολα εκχυλίσιμων ζυμώσιμων σακχάρων. Είναι ένα από τα διατροφικά προϊόντα με τη μεγαλύτερη σπατάλη στον ανεπτυγμένο κόσμο και αποτελεί ιδιαίτερα σοβαρό πρόβλημα στα περισσότερα ευρωπαϊκά έθνη. Η παγκόσμια ετήσια παραγωγή ψωμιού είναι 100 εκατομμύρια τόνοι και έχει υπολογιστεί κατά προσέγγιση ότι, παγκοσμίως και ετησίως, το 10% των προϊόντων αρτοποιίας σπαταλάται. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η παραγωγή βιοαιθανόλης από απόβλητα αρτοποιίας, με μελέτη και αριστοποίηση των σταδίων επεξεργασίας (προεπεξεργασίαξήρανση, ενζυμική υδρόλυση, ζύμωση), προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η παραγωγή βιοαιθανόλης αλλά και να πραγματοποιηθεί ανακλιμάκωση της συνολικής διεργασίας. Πραγματοποιήθηκαν δύο διαφορετικές πειραματικές διαδικασίες: χωριστή διαδικασία υδρόλυσης και ζύμωσης SHF και ταυτόχρονη διεργασία σακχαροποίησης και ζύμωσης SSF, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η παραγωγή αιθανόλης μέσω παραγοντικού σχεδιασμού. Τα πειράματα διεξήχθησαν με βάση ορισμένες λειτουργικές συνθήκες που ορίζονται από τρεις ανεξάρτητες μεταβλητές στη διαδικασία SHF (θερμοκρασία υδρόλυσης, ποσότητα ενζύμου, φόρτιση στερεού) και δύο ανεξάρτητες μεταβλητές στη διαδικασία SSF (ποσότητα ενζύμου, φόρτιση στερεού), ενώ ο χρόνος υδρόλυσης, ο χρόνος ζύμωσης, η θερμοκρασία ζύμωσης και η ποσότητα της μαγιάς ήταν σταθερές μετά από ορισμένα προκαταρκτικά πειράματα που έγιναν σχετικά με τις συγκεκριμένες συνθήκες. Τα απόβλητα αρτοποιίας λήφθηκαν από τοπικά αρτοποιεία. Μετά την παραλαβή τους, πραγματοποιήθηκε ξήρανση, άλεση, κοσκίνισμα και αποθήκευση σε θερμοκρασία δωματίου μέχρι τη χρήση τους. Το υπόστρωμα χαρακτηρίστηκε φυσικοχημκά και βρέθηκε ότι η περιεκτικότητα σε άμυλο ήταν αρκετά υψηλή (62.5 ± 1.9 % της ξηρής ουσίας). Στη διαδικασία SHF, η υδρόλυση διήρκεσε 1 ώρα, σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες υδρόλυσης 35.0 ℃, 50.0 ℃ και 65.0 ℃. Οι ποσότητες του αμυλολυτικού ενζύμου Spirizyme που εξετάστηκαν ήταν 20.0, 40.0 και 60.0 μL ενζύμου/g αρχικού αμύλου και στερεών φορτίσεων 10%, 15% και 20%. Στα υδρολύματα των απόβλητων αρτοποιίας προστέθηκε μαγιά Saccharomyces cerevisae 2% και αφέθηκε για αιθανολική ζύμωση για 48 ώρες στους 35.0 ℃. Τα βέλτιστα αποτελέσματα ελήφθησαν σε συνθήκες θερμοκρασίας υδρόλυσης 35.0 ℃, 20.0 μL ενζύμου/g αρχικού αμύλου και 20% στερεής φόρτισης με αποτέλεσμα 99% απόδοση αιθανόλης. Ακόμη, υπό συνθήκες SSF μέσω του παραγοντικού σχεδιασμού πραγματοποιήθηκαν πειράματα για ποσότητες του ενζύμου Spirizyme 20.0, 40.0 και 60.0 μL ενζύμου/g αρχικού αμύλου και στερεών φορτίσεων 10%, 15% και 20%. Τα βέλτιστα αποτελέσματα ελήφθησαν σε συνθήκες 20.0 μL ενζύμου/g αρχικού αμύλου και 20% στερεής φόρτισης με αποτέλεσμα 95% απόδοσης αιθανόλης. 5 Τα υπολείμματα από τα πειράματα που παρουσιάστηκαν παραπάνω χαρακτηρίστηκαν πλήρως για τον προσδιορισμό της αποικοδόμησης του αμύλου. Όπως ήταν αναμενόμενο, το άμυλο μετατράπηκε σε γλυκόζη, η οποία με τη σειρά της καταναλώθηκε πλήρως επιτυγχάνοντας αποικοδόμηση του αμύλου στα πειράματα SHF μεγαλύτερη του 98.0%, και στα πειράματα SSF μεγαλύτερη του 99%. Ακόμη, πραγματοποιήθηκε και αποδόμηση των στερεών στα πειράματα SHF και SSF με τιμές μεγαλύτερες του 74.0% και 75.0% αντίστοιχα. Επιπλέον, οι συνολικές αποδόσεις μετατροπής έδειξαν πως υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης των αποβλήτων αρτοποιίας ως βιομάζα για μεγάλης κλίμακας παραγωγή βιοαιθανόλης. Έτσι, με βάση τις βέλτιστες συνθήκες SSF διεξήχθησαν δύο αντίστοιχα πείραμα σε πιλοτική κλίμακα. Τα βέλτιστα αποτελέσματα που λήφθηκαν από τις πιλοτικές δοκιμές ήταν περίπου στις 30 ώρες διαδικασίας, συγκέντρωση αιθανόλης 100g/L που αντιστοιχεί σε απόδοση αιθανόλης 98.0% και επιπλέον μετά την ζύμωση υπολογίστηκε στο υπόλειμμα αποδόμηση στερών 75.0% και αποδόμηση αμύλου 99.0%. Συμπερασματικά, η αξιοποίηση των απορριμμάτων αρτοποιίας μέσω αιθανολικής ζύμωσης παρέχει μια καινοτόμο λύση για τη διαχείριση οργανικών απορριμμάτων και συμβάλλει στη βιώσιμη παραγωγή προϊόντων βιολογικής βάσης, όπως η βιοαιθανόλη. Με βάση αυτή τη διπλωματική εργασία, τα απόβλητα αρτοποιίας φαίνεται να αποτελούν ένα ελπιδοφόρο υπόστρωμα από οικονομική άποψη για την παραγωγή βιοαιθανόλης όμως απαιτείται όμως περαιτέρω έρευνα για τη βελτιστοποίηση αυτής της διαδικασίας. Λέξεις-κλειδιά: Απόβλητα αρτοποιίας, Αιθανόλη, Υδρόλυση, Ζύμωση, SHF, SSF	el
heal.advisorName	Χαραλάμπους, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false