Βιολογικοί πόροι: Σύσταση, Προκατεργασίες

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Βιολογικοί πόροι: Σύσταση, Προκατεργασίες"

Πρίσκιλλα Ταμτάκος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Βιολογικοί πόροι: Σύσταση, Προκατεργασίες Koukios Emmanouel NTUA Professor School of Chemical Engineering

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Βιολογικοί Πόροι/Βιομάζα Από οικοσυστήματα: Χερσαία Υδατικά (μικροφύκη, μακροφύκη, κτλ...)

4 Βιολογικοί Πόροι/Βιομάζα Προέλευση (χερσαία): Φυτική Ζωική Υπάρχον υπόλειμμα: γεωργία, δάση, (αγρο)βιομηχανικό,... Φυτό ενεργειακής καλλιέργειας

5 Χερσαία Φυτική Βιομάζα Προέλευση: Δασική Αγροτική Αστική Βιομηχανική Άλλη Σύσταση (οργανική): Σακχαρούχα Αμυλούχα Λιγνινοκυτταρινούχα Ελαιούχα Πρωτεϊνούχα Άλλα (π.χ. πηκτίνες) Νερό Τέφρα (ανόργανη)...

6 So Raw materials categories: a) Simple Sugars, b) Starch c) Lignocellulosics Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, June-July 2014

7 Examples: Sugar beet, sugar cane and industrial residues, etc. potato, potato residues etc., i.e. agro-industrial residues straw (wheat, barley, corn, etc) stems, residues, not the food crop! and Energy crops i.e. sweet sorghum Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, June-July 2014

8 Glucose Wikipedia

9 Σακχαρόζη - Sucrose Glucose Fructose Wikipedia

10 Wikipedia Άμυλο (starch)

11 Άμυλο Υδατάνθρακας (6 C) Γραμμικό πολυμερές (α-γλυκοζιτικός δεσμός) Εύπεπτο από τον άνθρωπο (τρόφιμο!!!!) (οξέα στομάχου, ένζυμα-αμυλάσες) Αλεύρι!!

12 Κυτταρίνη Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, June-July 2014

13 Κυτταρίνη Υδατάνθρακας (πολυσακχαρίτης, 6 C) Γραμμικό πολυμερές (β-γλυκοζιτικός δεσμός) Πολύ μακρύ μόριο (μεγάλος βαθμός πολυμερισμού) Μη εύπεπτο από τον άνθρωπο (ανεπαρκείς συνθήκες με οξέα στομάχου, έλλειψη ενζύμων-κυτταρινάσες) Βαμβάκι!! Φύση: αντίσταση Γενικά αδρανής σε βάσεις, προσβάλλεται από οξέα 3

14 Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, June-July

15 Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, June-July

16 Ημικυτταρίνη Υδατάνθρακας (5 C ή 6 C) Πολυμερές, κυρίως γραμμικές αλυσίδες με διακλαδώσεις Μικρότερου μήκους αλυσίδες απ ότι της κυτταρίνης (βαθμός πολυμερισμού) Όχι μόνο ενός είδους το μονομερές σάκχαρο 6

17 Ημικυτταρίνη Wikipedia 7

18 Λιγνίνη Υδρογονάνθρακας 3-διάστατος Συμπολυμερές μονάδων φαινυλο-προπανίου Με επιπλέον δεσμούς σε διατιθέμενα ενεργά κέντρα Συνδετική κόλλα (... Μπετόν αρμέ) Φύση: περαιτέρω αντίσταση Γενικά αδρανής σε οξέα, προσβάλλεται από βάσεις 8

19 Λιγνίνη - Lignin Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, June-July

20 Thermal Analysis of Lignin Cellulose Chem. Technol., 40 (9-10), (2006) και δίκτυο EUROLIGNIN 10

21 LHC complex Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, 11 June-July 2014

22 Βιόμαζα = O κύβος του Rubik Wikipedia 12

23 Αξιοποιείται τμήμα της α ύλης Πολυπλοκότητες και ρίσκα (τεχνικά, οικονομικά, περιβαλλοντικά/οικολογικά, κοινωνικά/ηθικά) Κάποιο(α) συστατικό(ά) της μετατρέπονται σε βιοκαύσιμο ή βιοενέργεια... Ενδιαφέρουν υδατάνθρακες (απλοί ή πολυμερή) και ενίοτε η λιγνίνη 13

24 Don t forget physico-chemistry of the raw material: Structure (order cellulose crystallinity) Specific surface area (SSA) -pores Ligno-cellulose-hemicellulose (LCH) complex (sugars surrounded) Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, 14 June-July 2014

25 Upstream needs?: YES! Any pretreatment enhancing accessibility Particle size reduction/ssa increase (milling, grinding) Disordering (crystallinity index decrease) Get rid of unnecessary or harmful components (e.g. lignin, i.e. delignification) Others. Equi-Agry: efficiency and equity trade off in European agroenergy districts, Foggia, 15 June-July 2014

26 ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ!!!!!!! 16

27 Λιγνοκυτταρινούχα!! Άχυρα! 17

28 18

29 Άλεση 1 Μείωση μεγέθους σωματιδίων Αύξηση επιφάνειας Κρυσταλλικότητα ~ σταθερή 19

30 Role of SSA 272 Enzyme Microb. Technol., 1991, vol. 13, March 20

31 Άλεση 2 Μείωση μεγέθους σωματιδίων Αύξηση επιφάνειας Κρυσταλλικότητα ελαττώνεται 21

32 Size-SSA-Crystallinity SS A CI 272 Enzyme Microb. Technol., 1991, vol. 13, March 22

33 Απομάκρυνση λιγνίνης Βαθμός Απολιγνίνωσης: Με χημικά!!!!!!! 23

34 24

35 25

36 26

37 27

38 Bioresource Technology 35 (1991)

39 29

40 Α ύλη Σακχαρούχα 30

41 Wikipedia 31

42 Σακχαρούχο Σόργο (Γλυκό) 32

43 Ο Ρόλος της Εποχικότητας Χ Χ+1 Χ+1 Process Biochemistry Vol. 31, No. 4, pp ,

44 Πολτός σακχαρότευτλου 34

45 Component Chemical composition (%) Cellulose 24.6±0.4 Hemicellulose 27.9±0.3 Lignin 2.6±0.2 Ash 3.5±0.2 Crude fibres 23.5±0.2 Fat 1.5±0.3 Total insoluble sugars 65.0±0.5 Total pectines 10.5±0.3 Total proteins (N 2 x6.25) 9.6±0.2 Sugar Beet Pulp Chemical composition of untreated sugar beet pulp (SBP) in % dry weight basis (Average of 4 replications ±SD) Moisture content = 10% already mechanically pretreated! Δ. Οικονόμου et al., Παραγωγή αιθανόλης από ζαχαρόπιτα με το μύκητα Fusarium οχysporum, 35 ΑΓΡΟΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ, 29(2), 2007

46 Straw prepyrolysis (torrefaction) 36

47 Μπορεί να συνιστά προκατεργασία με εκροή αναβαθμισμένο βιοκαύσιμο, ή Μπορεί να θεωρηθεί ως η κυρίως (θερμοχημική) μετατροπή Θέρμανση αχύρου σε χαμηλές θερμοκρασίες με/χωρίς πίεση και πιθανόν με Ν (περιορισμένη αποικοδόμηση, μικρές απώλειες) 37

48 Biomass and Bioenergy Vol. I, No. 4, pp ,

49 Biomass and Bioenergy Vol. I, No. 4, pp ,

50 Biomass and Bioenergy Vol. I, No. 4, pp ,

51 Biomass and Bioenergy Vol. I, No. 4, pp ,

52 Biomass and Bioenergy Vol. I, No. 4, pp ,

53 hermochemical densification of LHC Θερμοχημική δράση σε συνδυασμό με μηχανική πίεση προκατεργασία (παραγωγή αναβαθμισμένου στερού καυσίμου), ή η κυρίως (θερμοχημική) μετατροπή 43

54 Progress in Thermochemical, Solid-state refining of Biofuels From Research to Commercialization, in Int l Conf. Proc. Advances in Thermochemical Conversion, 11-15/5/1992, 44 Interlaken, Switzerland, pp (ed. A.V. Bridgwater, 1993)

55 Progress in Thermochemical, Solid-state refining of Biofuels From Research to Commercialization, in Int l Conf. Proc. Advances in Thermochemical Conversion, 11-15/5/1992, 45 Interlaken, Switzerland, pp (ed. A.V. Bridgwater, 1993)

56 Progress in Thermochemical, Solid-state refining of Biofuels From Research to Commercialization, in Int l Conf. Proc. Advances in Thermochemical Conversion, /5/1992, Interlaken, Switzerland, pp (ed. A.V. Bridgwater, 1993)

57 47

58 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Βιόμαζα σε Η 2 Α: Α1, Α2, Α3, Α4 Β:??? Γ: Υδρογόνο Carb = % υδατάνθρακες/σάκχαρα (Carbohydrates), DM = % περιεκτικότητα σε στερεά/ξηρασία (Dry Matter) 48

59 Alternative Biomass-to-Hydrogen Pathways High Carb Low DM: (Α1) (Α2) High Carb High DM: Biomass ->... -> BioH2 Biomass ->...-> H2 Low Carb Low DM: (Α3) Biomass ->... -> H2 Low Carb High DM: (Α4) Biomass ->... -> H2 49

60 Alternative Biomass-to-Hydrogen High Carb Low DM: Pathways High Carb High DM: Biomass -----> BioH2 (HYVOLUTION) Low Carb Low DM: Biomass -> Bioethanol -> Reforming -> H2 Low Carb High DM: Biomass -> Biogas -> Reforming -> H2 Biomass -> Thermochemical Gasification -> H2 50

61 Εσείς!! Miscanthus ΑΧΥΡΑ ΣΙΤΗΡΩΝ ΣΤΕΛΕΧΗ ΒΑΜΒΑΚΙΑΣ ΕΛΑΙΟ-ΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟ ΔΑΣΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ ΚΤΗΝΟΤΡΟΦΙΚΑ ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΑΣΤΙΚΑ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΦΥΤΟ: ΣΟΡΓΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΦΥΤΟ: ΚΑΛΑΜΙΑ ΛΚ ΛΚ ΛΚ ΛΚ ΛΚ ΛΚ & ΣΚΧ ΛΚ 51

62 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σχετικά έγγραφα

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Ενότητα 6: Βιομάζα Σπύρος Τσιώλης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ Άδειες Χρήσης Το παρόν