Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης
Η αύξηση του πληθυσμού της Γης και η έντονη βιομηχανική δραστηριότητα, αφενός απαιτούν υψηλή κατανάλωση ενέργειας, αφετέρου παράγουν μεγάλους όγκους αποβλήτων. Ως αποτέλεσμα, το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών έχει στραφεί τόσο στην παραγωγή εναλλακτικών μορφών ενέργειας όσο και στους τρόπους απορρύπανσ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10134 |
| id |
nemertes-10889-10134 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μικροφήκη Επεξεργασία αποβλήτων Βιοαιθανόλη Microalgae Wastewater treatment Bioethanol 662.88 |
| spellingShingle |
Μικροφήκη Επεξεργασία αποβλήτων Βιοαιθανόλη Microalgae Wastewater treatment Bioethanol 662.88 Νικολάου, Χρήστος Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| description |
Η αύξηση του πληθυσμού της Γης και η έντονη βιομηχανική δραστηριότητα, αφενός απαιτούν υψηλή κατανάλωση ενέργειας, αφετέρου παράγουν μεγάλους όγκους αποβλήτων. Ως αποτέλεσμα, το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών έχει στραφεί τόσο στην παραγωγή εναλλακτικών μορφών ενέργειας όσο και στους τρόπους απορρύπανσης των αποβλήτων.
Η καλλιέργεια μικροφυκών σε υγρά απόβλητα τόσο του βιομηχανικού και αστικού τομέα όσο και της γεωργοκτηνοτροφίας και της βιομηχανίας τροφίμων διαφαίνεται να αποτελεί τα τελευταία χρόνια μια σημαντική και συνδυαστική λύση των προαναφερομένων προβλημάτων. Συγκεκριμένα, η καλλιέργεια μικροφυκών στα απόβλητα έχει διττό σκοπό: από τη μία οδηγεί στην παραγωγή βιοενέργειας ή άλλων προϊόντων υψηλής αξίας από την παραγόμενη βιομάζα και από την άλλη βοηθάει στην απορρύπανση των χρησιμοποιούμενων υγρών αποβλήτων, καθώς οργανικοί και ανόργανοι ρύποι που περιέχονται σε αυτά μπορούν να αποτελέσουν θρεπτικά συστατικά για την καλλιέργεια των μικροφυκών.
Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία η βιομάζα που προκύπτει μπορεί να εκχυλιστεί με έναν μη αναμειγνυόμενο με το νερό διαλύτη για την ανάκτηση των λιπαρών οξέων που υπάρχουν σε αυτήν, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε βιοντίζελ με αξιοποίηση της υπάρχουσας τεχνολογίας. Η βιομάζα, πέρα από τα λιπίδια, αποτελεί και μια πιθανή πηγή χρήσιμων υποστρωμάτων διαθέσιμα για ζύμωση που οδηγεί στην παραγωγή βιοαιθανόλης. Παρόλο που οι αναφορές για την παραγωγή βιοαιθανόλης από τα μικροφύκη είναι περιορισμένες, εντοπίζονται αρκετά πλεονεκτήματα της διεργασίας αυτής, όπως η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η απλοποιημένη διεργασία της ζύμωσης σε σύγκριση με την παραγωγή βιοντίζελ από μικροφύκη. Ωστόσο, η παραγωγή βιοαιθανόλης από μικροφύκη είναι ακόμα υπό μελέτη, χωρίς η τεχνολογία αυτή να έχει περάσει ακόμη σε βιομηχανική κλίμακα.
Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η διερεύνηση όλων εκείνων των παραμέτρων (όπως βέλτιστες συνθήκες υδρόλυσης και ζύμωσης, είδος επεξεργαζόμενο υγρού αποβλήτου, κ.α.), προκειμένου να επιτευχθούν οι μέγιστες αποδόσεις παραγωγής βιοαιθανόλης που θα οδηγήσουν σε βελτιωμένη σχέση κόστους-αποδοτικότητας και ως εκ τούτου, στην αποτελεσματική εμπορική εφαρμογή των βιοκαυσίμων που παράγονται.
Για την καλλιέργεια μικροφυκών σε απόβλητα χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα διαφορετικά είδη υγρών αποβλήτων όπως απόβλητα τυροκομείου, οινοποιείου, μείξη αποβλήτων οινοποιείου - σταφιδοποιίας καθώς και συνθετικό χημικό μέσο. Αρχικά πραγματοποιήθηκε προεπεξεργασία της παραγόμενης βιομάζας, υδρολύοντάς την με θειικό οξύ. Εξετάστηκαν δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις θεϊκού οξέος (1.5N , 2.5N) καθώς και τέσσερις διαφορετικοί χρόνοι υδρόλυσης (30’,60’,120’,180’), με σκοπό τη διερεύνηση των βέλτιστων συνθηκών για την επίτευξη της μέγιστης συγκέντρωσης σακχάρων. Στη συνέχεια ακολούθησε ζύμωση των υδρολυμάτων που προέκυψαν, με χρήση του ζυμομύκητα Saccharomyces cerevisiae AXAZ-1 για την παραγωγή βιοαιθανόλης.
Μετρήσεις έδειξαν ότι η μέγιστη παραγόμενη βιοαιθανόλη κυμαινόταν από 32 μέχρι και 111.1 g/l, ανάλογα με το είδος του υποστρώματος. Το γεγονός αυτό αποδεικνύει ότι καλλιέργεια μικροφυκών σε υγρά απόβλητα, αποτελεί μια ελπιδοφόρα πρακτική για την παραγωγή βιοενέργειας. Επίσης, οι σημαντικές απομακρύνσεις οργανικού φορτίου και θρεπτικών συστατικών που παρατηρήθηκαν στα υγρά απόβλητα (οργανικού φορτίου 93%, ολικού αζώτου 78% και ορθοφωσφορικά 99%) δίνει τη δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου αυτής ως στάδιο επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. |
| author2 |
Τεκερλεκοπούλου, Αθανασία |
| author_facet |
Τεκερλεκοπούλου, Αθανασία Νικολάου, Χρήστος |
| format |
Thesis |
| author |
Νικολάου, Χρήστος |
| author_sort |
Νικολάου, Χρήστος |
| title |
Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| title_short |
Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| title_full |
Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| title_fullStr |
Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| title_full_unstemmed |
Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| title_sort |
αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10134 |
| work_keys_str_mv |
AT nikolaouchrēstos axiopoiēsēbiomazasmikrophykōnapoepexergasiaapoblētōngiaparagōgēbioaithanolēs AT nikolaouchrēstos microalgalbiomassproducedinwastewatertreatmentusedasbioethanolfeedstock |
| _version_ |
1771297176287182848 |
| spelling |
nemertes-10889-101342022-09-05T06:57:04Z Αξιοποίηση βιομάζας μικροφυκών από επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιοαιθανόλης Microalgal biomass produced in wastewater treatment used as bioethanol feedstock Νικολάου, Χρήστος Τεκερλεκοπούλου, Αθανασία Τεκερλεκοπούλου, Αθανασία Αγγελής, Γεώργιος Βαγενάς, Δημήτριος Nikolaou, Christos Μικροφήκη Επεξεργασία αποβλήτων Βιοαιθανόλη Microalgae Wastewater treatment Bioethanol 662.88 Η αύξηση του πληθυσμού της Γης και η έντονη βιομηχανική δραστηριότητα, αφενός απαιτούν υψηλή κατανάλωση ενέργειας, αφετέρου παράγουν μεγάλους όγκους αποβλήτων. Ως αποτέλεσμα, το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών έχει στραφεί τόσο στην παραγωγή εναλλακτικών μορφών ενέργειας όσο και στους τρόπους απορρύπανσης των αποβλήτων. Η καλλιέργεια μικροφυκών σε υγρά απόβλητα τόσο του βιομηχανικού και αστικού τομέα όσο και της γεωργοκτηνοτροφίας και της βιομηχανίας τροφίμων διαφαίνεται να αποτελεί τα τελευταία χρόνια μια σημαντική και συνδυαστική λύση των προαναφερομένων προβλημάτων. Συγκεκριμένα, η καλλιέργεια μικροφυκών στα απόβλητα έχει διττό σκοπό: από τη μία οδηγεί στην παραγωγή βιοενέργειας ή άλλων προϊόντων υψηλής αξίας από την παραγόμενη βιομάζα και από την άλλη βοηθάει στην απορρύπανση των χρησιμοποιούμενων υγρών αποβλήτων, καθώς οργανικοί και ανόργανοι ρύποι που περιέχονται σε αυτά μπορούν να αποτελέσουν θρεπτικά συστατικά για την καλλιέργεια των μικροφυκών. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία η βιομάζα που προκύπτει μπορεί να εκχυλιστεί με έναν μη αναμειγνυόμενο με το νερό διαλύτη για την ανάκτηση των λιπαρών οξέων που υπάρχουν σε αυτήν, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε βιοντίζελ με αξιοποίηση της υπάρχουσας τεχνολογίας. Η βιομάζα, πέρα από τα λιπίδια, αποτελεί και μια πιθανή πηγή χρήσιμων υποστρωμάτων διαθέσιμα για ζύμωση που οδηγεί στην παραγωγή βιοαιθανόλης. Παρόλο που οι αναφορές για την παραγωγή βιοαιθανόλης από τα μικροφύκη είναι περιορισμένες, εντοπίζονται αρκετά πλεονεκτήματα της διεργασίας αυτής, όπως η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η απλοποιημένη διεργασία της ζύμωσης σε σύγκριση με την παραγωγή βιοντίζελ από μικροφύκη. Ωστόσο, η παραγωγή βιοαιθανόλης από μικροφύκη είναι ακόμα υπό μελέτη, χωρίς η τεχνολογία αυτή να έχει περάσει ακόμη σε βιομηχανική κλίμακα. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η διερεύνηση όλων εκείνων των παραμέτρων (όπως βέλτιστες συνθήκες υδρόλυσης και ζύμωσης, είδος επεξεργαζόμενο υγρού αποβλήτου, κ.α.), προκειμένου να επιτευχθούν οι μέγιστες αποδόσεις παραγωγής βιοαιθανόλης που θα οδηγήσουν σε βελτιωμένη σχέση κόστους-αποδοτικότητας και ως εκ τούτου, στην αποτελεσματική εμπορική εφαρμογή των βιοκαυσίμων που παράγονται. Για την καλλιέργεια μικροφυκών σε απόβλητα χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα διαφορετικά είδη υγρών αποβλήτων όπως απόβλητα τυροκομείου, οινοποιείου, μείξη αποβλήτων οινοποιείου - σταφιδοποιίας καθώς και συνθετικό χημικό μέσο. Αρχικά πραγματοποιήθηκε προεπεξεργασία της παραγόμενης βιομάζας, υδρολύοντάς την με θειικό οξύ. Εξετάστηκαν δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις θεϊκού οξέος (1.5N , 2.5N) καθώς και τέσσερις διαφορετικοί χρόνοι υδρόλυσης (30’,60’,120’,180’), με σκοπό τη διερεύνηση των βέλτιστων συνθηκών για την επίτευξη της μέγιστης συγκέντρωσης σακχάρων. Στη συνέχεια ακολούθησε ζύμωση των υδρολυμάτων που προέκυψαν, με χρήση του ζυμομύκητα Saccharomyces cerevisiae AXAZ-1 για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Μετρήσεις έδειξαν ότι η μέγιστη παραγόμενη βιοαιθανόλη κυμαινόταν από 32 μέχρι και 111.1 g/l, ανάλογα με το είδος του υποστρώματος. Το γεγονός αυτό αποδεικνύει ότι καλλιέργεια μικροφυκών σε υγρά απόβλητα, αποτελεί μια ελπιδοφόρα πρακτική για την παραγωγή βιοενέργειας. Επίσης, οι σημαντικές απομακρύνσεις οργανικού φορτίου και θρεπτικών συστατικών που παρατηρήθηκαν στα υγρά απόβλητα (οργανικού φορτίου 93%, ολικού αζώτου 78% και ορθοφωσφορικά 99%) δίνει τη δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου αυτής ως στάδιο επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. The rapid increase in world population as well as the ensuing intense industrial activity, on the one hand requires a high level of energy consumption, while on the other produce large volumes of waste. Consequently, the interest of many researchers has focused on both the production of alternative energy sources and the development of innovative methods for waste decontamination. Microalgae cultivation in wastewater, not only from the industrial and civil sectors but also the farming and food industries, seems, in recent years, to constitute an important as well as combinational solution to the above-mentioned problems. Namely, the cultivation of microalgae in wastes serves a two-fold objective: on the one hand, the biomass produced can be used in multiple ways, such as the production of bioenergy or other high value products, while on the other the decontamination of used wastewater can be achieved, resulting in the use of its pollutants as nutrients for microalgae cultivation. According to the literature, the biomass obtained may be extracted with a solvent insoluble in water, in order to recover the fatty acids present therein, which is then converted into biodiesel through the utilization of the existing technology. Biomass, apart from lipids, constitutes a potential source of useful substances available for fermentation, which leads to the production of bioethanol. Although reports for the bioethanol production from microalgae are limited, there are several advantages to this process which have been identified, such as low power consumption and the simplification of the fermentation process, as compared to the biodiesel production from microalgae. However, the bioethanol production from microalgae is still under study, with this technology not having been applied on an industrial scale yet. The aim of this thesis is to investigate all parameters (such as the optimal conditions for hydrolysis and fermentation, the type of wastewater under treatment etc.) in order that the maximum production of bioethanol yield may be achieved, which will lead to improved cost-effectiveness and, subsequently, the effective commercial application of the biofuels thus produced. Hence, for microalgae cultivation in wastewater, four different types of effluent were used: dairy waste, winery waste, mixed winery - raisin waste and a synthetic chemical medium. Initially, a pre-treatment of produced biomass was performed by hydrolyzing it with sulfuric acid. Two different concentrations of sulfuric acid (1.5 N, 2.5 N) as well as four different hydrolysis times were examined (30’, 60’, 120’, 180’), so that the optimal conditions for achieving maximum concentration of sugars could be investigated. Subsequently, the yeast Saccharomyces cerevisiae AXAZ-1 was used for the fermentation of the hydrolysates obtained, in order to produce bioethanol. Measurements showed that the maximum concentration of bioethanol thus produced ranged from 32 up to 111.1 g / l, depending on the type of substrate. This proves that microalgae cultivation in wastewater is a promising practice for bioenergy production. Additionally, significant removals of organic load (COD 93%) and nutrients (Total Nitrogen 78% and Orthophosphate 99%) observed in wastewaters that permit the application of this specific process as a wastewater treatment stage. 2017-02-13T08:07:10Z 2017-02-13T08:07:10Z 2016-10 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10134 gr 0 application/pdf |
