Ενεργειακή αξιοποίηση υπολειμμάτων καφέ

Καββαδίας, Ιωάννης; Kavvadias, Ioannis

dc.contributor.author	Καββαδίας, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Kavvadias, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2024-06-17T10:23:15Z
dc.date.available	2024-06-17T10:23:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59725
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27421
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	Βιομάζα	el
dc.subject	Υπολείμματα	el
dc.subject	Καφές	el
dc.subject	Πέλλετ	el
dc.subject	Ηλεκτροπαραγωγή	el
dc.title	Ενεργειακή αξιοποίηση υπολειμμάτων καφέ	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Στερεά Καύσιμα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-06
heal.abstract	Τα απορρίμματα καφέ παράγονται σε μεγάλες ποσότητες παγκοσμίως και είναι εξαιρετικά ελκυστικά για εκμετάλλευση και χρήση ως πηγή υλικών, για την παραγωγή ενέργειας και την παραγωγή χημικών προστιθέμενης αξίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε αρχικά στόχο να προσδιορίσει, με την εφαρμογή προσεγγιστικών αναλύσεων, τη θερμογόνο δύναμη, την περιεκτικότητα σε τέφρα, την περιεκτικότητα σε υγρασία και την περιεκτικότητα σε πτητικά, σε 4 διαφορετικά είδη υπολειμμάτων καφέ. Τα υπολείμματα προέρχονταν από καφέ Espresso (100% Arabica), Ελληνικό καφέ, καφέ φίλτρου και αρωματικό καφέ φίλτρου. Έπειτα έγινε και τελική ανάλυση των δειγμάτων, με στοιχειακό αναλυτή, και όλα τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με ξένες βιβλιογραφίες, προκειμένου να βγουν ασφαλή συμπεράσματα για τις ιδιότητές τους, τα οποία οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι τα υπολείμματα καφέ αποτελούν μια από τις πιο ελκυστικές βιομάζες προς εκμετάλλευση, κυρίως λόγω της ποσότητας παραγωγής, της θερμογόνου δύναμης (5,289 kcal/kg κατά μέσο όρο) αλλά και της μικρής περιεκτικότητας σε τέφρα (2,15% κατά μέσο όρο). Το δεύτερο σκέλος της εργασίας αφορούσε στην εκμετάλλευση αυτών των υπολειμμάτων, για παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας σε νησί της Ελλάδας, και πιο συγκεκριμένα στη Σαντορίνη, που δεν είναι συμφέρουσα η συλλογή και μεταφορά τους στην ηπειρωτική Ελλάδα, λόγω κόστους, και απλά απορρίπτονται στους ΧΥΤΑ. Βασιζόμενες σε επίσημα στοιχεία έγιναν κάποιες παραδοχές για τον προσδιορισμό της ετήσιας παραγωγής υπολειμμάτων καφέ. Έπειτα, με τη χρήση του Aspen Hysys έγινε η προσομοίωση λειτουργίας κύκλου συμπαραγωγής, ενώ η ετήσια παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος ανήλθε στις 306,3 MWh. Προκειμένου να απαντηθεί το ερώτημα αν ένα τέτοιο εγχείρημα θα ήταν βιώσιμο, έγινε και οικονομική ανάλυση, περιλαμβάνοντας το κόστος εξοπλισμού, λειτουργίας και συντήρησης, το κόστος του εργατικού δυναμικού καθώς και το κόστος συλλογής και μεταφοράς στο χώρο εκμετάλλευσης. Τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά για το έτος 2022 και λιγότερο για το έτος 2023, καθώς στο τελευταίο προκύπτει ένα ετήσιο κέρδος της τάξης των 3300€. Το όλο εγχείρημα σκοντάφτει στις εκπομπές αέριων ρύπων από την καύση των υπολειμμάτων καφέ και πιο συγκεκριμένα στα στερεά σωματίδια, τα οποία ξεπερνούν τις ευρωπαϊκές οδηγίες. Η διόρθωση αυτού του κωλύματος θα μπορούσε να επιτευχθεί με την ανάμιξη πριονιδιού και υπολειμμάτων καφέ, χωρίς την ανάγκη αγοράς νέου εξοπλισμού, αλλά είναι κάτι το οποίο δεν είναι εφικτό στις Κυκλάδες, λόγω περιορισμένης βλάστησης, σε αντίθεση με την Κρήτη, τα νησιά του βορείου Αιγαίου και τα νησιά του Ιονίου, όπου η βλάστηση είναι σε ικανοποιητικά επίπεδα.	el
heal.abstract	Waste coffee grounds are produced in large quantities worldwide and are extremely attractive for utilization and use as a source of materials, for energy production, and for the production of value-added chemicals. This thesis initially aimed to determine, through the application of approximate analyses, the calorific value, ash content, moisture content, and volatile content of four different types of coffee residues. The residues originated from Espresso coffee (100% Arabica), Greek coffee, filter coffee, and aromatic filter coffee. Subsequently, a final analysis of the samples was conducted using an elemental analyzer, and all results were compared with foreign literature to draw safe conclusions about their properties. The conclusion was that coffee residues are one of the most attractive biomasses for exploitation, mainly due to their production quantity, calorific value (average of 5,289 kcal/kg), and low ash content (average of 2.15%). The second part of the work concerned the utilization of these residues for the production of thermal and electrical energy on an island in Greece, specifically in Santorini, where collecting and transporting them to mainland Greece is not cost-effective, and they are simply discarded in landfills. Based on official data, some assumptions were made to determine the annual production of coffee residues. Then, using Aspen Hysys, a simulation of a cogeneration cycle was performed, and the annual electricity production amounted to 306.3 MWh. In order to answer the question of whether such a project would be viable, an economic analysis was also conducted, including the costs of equipment, operation, and maintenance, labor costs, as well as the cost of collecting and transporting to the exploitation site. The results were particularly encouraging for the year 2022 and less so for the year 2023, as the latter resulted in an annual profit of around €3,300. The entire project faces challenges with air pollutant emissions from burning coffee residues, specifically in particulate matter, which exceeds European guidelines. Addressing this issue could be achieved by mixing sawdust with coffee residues, without the need to purchase new equipment, but this is not feasible in the Cyclades due to limited vegetation, in contrast to Crete, the islands of the northern Aegean, and the Ionian Islands, where vegetation levels are satisfactory.	en
heal.advisorName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.committeeMemberName	Κομιώτου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	44 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false