Βιολογικές Πρώηες Ύλες Οργανικών Βιομηχανιών

Transcript

1 Βιολογικές Πρώηες Ύλες Οργανικών Βιομηχανιών Δνόηηηα: Ειζαγωγή ζηη «Βιο-Οικονομία» και Σηη «Βιο-κοινωνία» - Επιλογή Χημικών Δπόμων ζηην Οπγανική Χημική Τεσνολογία Όνομα Καθηγηηή: Κούκιορ Εμμανοςήλ Σσολή Χημικών Μησανικών

2 Άδειες Χρήζης Το παπόν εκπαιδεςηικό ςλικό ςπόκειηαι ζε άδειερ σπήζηρ Creative Commons. Για εκπαιδεςηικό ςλικό, όπωρ εικόνερ, πος ςπόκειηαι ζε άλλος ηύπος άδειαρ σπήζηρ, η άδεια σπήζηρ αναθέπεηαι πηηώρ. Χρημαηοδόηηζη Το παπόν εκπαιδεςηικό ςλικό έσει αναπηςσθεί ζηα πλαίζια ηος εκπαιδεςηικού έπγος ηος διδάζκονηα. Το έπγο «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα ζηο Πανεπιζηήμιο Αθηνών» έσει σπημαηοδοηήζει μόνο ηη αναδιαμόπθωζη ηος εκπαιδεςηικού ςλικού. Το έπγο ςλοποιείηαι ζηο πλαίζιο ηος Επισειπηζιακού Ππογπάμμαηορ «Εκπαίδεςζη και Δια Βίος Μάθηζη» και ζςγσπημαηοδοηείηαι από ηην Εςπωπαϊκή Ένωζη (Εςπωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούρ πόποςρ. 2

3 1. Γενικά Οι Οπγανικέρ Ππώηερ Ύλερ Σημεπινή Καηάζηαζη Ιζηοπικό Πλαίζιο Η Κπίζη Διασείπιζηρ

4 1. Γενικά Κάθε πποζπάθεια να ηαξινομήζοςμε ηιρ σημικέρ ανηιδπάζειρ πος ςπειζέπσονηαι ζηην οπγανική ηεσνολογία θα μαρ οδηγούζε ζε δένηπα ζύνθεζηρ ηος ηύπος: Όπνπ Α 1, Α 2,...,Α λ είλαη νη ππώηερ ύλερ ησλ ηερλνινγηώλ (π.ρ. πεηξέιαην, άλζξαθαο, βηνινγηθέο), Β 1, Β 2,...Β κ, θαη Γ 1, Γ 2,...,Γ θ, ηα δηάθνξα ενδιάμεζα πποϊόνηα, θαη Χ 1, Χ 2,...,Χ ξ, ηα ηελικά πποϊόνηα (π.ρ. πιαζηηθά, δηαιπηηθά, θάξκαθα). Έηζη, π.ρ., γηα ηε βηνκεραληθή παξαγσγή ηνπ πξντόληνο Χ 3 θαίλνληαη ζην πην πάλσ ρήκα, δύν ηνπιάρηζηνλ δηαθνξεηηθνί σεμικοί δπόμοι (chemical paths ή chemical routes ζηε ζύρξνλε βηβιηνγξαθία) πνπ νδεγνύλ από ηηο πξώηεο ύιεο ζην Χ 3 : (α) (Α 1, Β 1, Γ 1,..., Φ 5, Χ 3 ) θαη (β) (Α 2, Β 3, Γ 4,...,Φ 10, Χ 3 ) Κάζε κεζνδνινγηθή, ζπζηεκαηηθή πξνζέγγηζε ηεο νξγαληθήο ρεκηθήο ηερλνινγίαο έρεη ινηπόλ λα δώζεη απάληεζε, ζε δύν, αιιειέλδεηα, ζεκειηώδε πξνβιήκαηα: Α. Πώο εμεγείηαη (επηζηεκνληθά, ηζηνξηθά) ε δεκηνπξγία ηέηνησλ ηερλνινγηθώλ «δέληξσλ ζύλζεζεο»; 4

5 Β. Πώο επηιέγνπκε ηνλ θαηαιιειόηεξν ρεκηθό δξόκν γηα ηε βηνκεραληθή παξαγσγή ελόο ζπγθεθξηκέλνπ πξντόληνο, π.ρ. ηνπ Χ 3 ; 2. Οι Οργανικές Πρώηες Ύλες Σημερινή Καηάζηαζη Οη πξώηεο ύιεο ηεο νξγαληθήο ηερλνινγίαο απνηεινύλ έλα κηθξό κόλν κέξνο ηνπ ζπλόινπ ησλ νξγαληθώλ πιηθώλ πνπ θπθινθνξνύλ ζηνλ πιαλήηε καο ζηα πιαίζηα ελόο επξύηεξνπ ζπζηήκαηνο, πνπ ζα κπνξνύζακε λα απνθαιέζνπκε «νξγαληθό ζύζηεκα». Σν ζύζηεκα απηό πεξηιακβάλεη ηε δηαηξνθή, ηε γεσξγία, ηελ θηελνηξνθία, ηελ επηθαλεηαθή ζηνηβάδα ηνπ εδάθνπο, ηελ ελέξγεηα, ηα δάζε, ηα νξγαληθά βηνκεραληθά πξντόληα θαη θάζε ινγήο νξγαληθά απνξξήκαηα θαη θαηάινηπα. Οη νξγαληθέο πξώηεο ύιεο, ινηπόλ, πθίζηαληαη ηηο ζπλέπεηεο (ζην θόζηνο, ζηελ επάξθεηα) από ηε ιεηηνπξγία ηνπ όινπ απηνύ ζπζηήκαηνο, πνπ από ηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ 70 βξίζθεηαη ζε βαζεηά δνκηθή θξίζε, πνπ ζα κπνξνύζακε λα ηελ ραξαθηεξίζνπκε κε ηνλ όξν «θξίζε δηαρείξηζεο ηνπ νξγαληθνύ ζπζηήκαηνο». 2.1 Ιζηορικό Πλαίζιο Οη δύν πίλαθεο (1&2) ζηηο επόκελεο ζειίδεο ζπλνςίζνπλ ηα ειάρηζηα απαηηνύκελα δεδνκέλα γηα ηελ θαηαλόεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ νξγαληθνύ ζπζηήκαηνο. Πίνακας 1 Διάρηζηα απαηηνύκελα δεδνκέλα γηα ηελ θαηαλόεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ νξγαληθνύ ζπζηήκαηνο 5

6 Πίνακας 2 Διάρηζηα απαηηνύκελα δεδνκέλα γηα ηελ θαηαλόεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ νξγαληθνύ ζπζηήκαηνο 2.2 Η Κρίζη Γιαχείριζης Σα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά απηήο ηεο θξίζεο ζπλνςίδνληαη ζηνπο πίλαθεο 3-8 ησλ επόκελσλ ζειίδσλ. Δπηζεκαίλνπκε νξηζκέλα: (α) Σα παξαγόκελα ηξόθηκα κόιηο θαιύπηνπλ ηηο ζεκεξηλέο αλάγθεο θαηά κέζν όξν, θαη κε δεδνκέλε ηελ ππεξθαηαλάισζε Β. Ακεξηθήο Δπξώπεο, δηαπηζηώλνπκε κία αλεζπρεηηθή θξίζε ππνζηηηζκνύ ησλ αλαπηπζζνκέλσλ ρσξώλ 6

7 (β) ην 32% ηεο επηθάλεηαο ηεο γεο ήδε θαιιηεξγείηαη (γηα ηξόθηκα θαη δσνηξνθέο) θαη πνιύ δύζθνια νη θαιιηέξγεηεο ζα επεθηαζνύλ ζηα ιηγόηεξα γόληκα εδάθε. (γ) αθόκε θη αλ όιε ε γεσξγηθή παξαγσγή έκελε ζην έδαθνο, θαη πάιη ε εδαθηθή γνληκόηεηα ζα ζπλέρηδε λα ππνβαζκίδεηαη, ελώ νη θαηαλαιώζεηο (αλόξγαλσλ) αδσηνύρσλ ιηπαζκάησλ δείρλνπλ πσο ε ππνβάζκηζε ηειηθά δελ απνθεύγεηαη, θαη εηδηθά ζηνλ «Σξίην Κόζκν» παίξλεη ηξαγηθέο δηαζηάζεηο (δ) θάζε πξνζπάζεηα αλάπηπμεο ηνπ «Σξίηνπ Κόζκνπ» ζα πξνθαιέζεη ηαρύηαηε εμάληιεζε ησλ ζπκβαηηθώλ, κε-αλαεώζηκσλ ελεξγεηαθώλ πεγώλ, θαζώο ζα θαιύπηεηαη ην ράζκα ησλ θαηά θεθαιή θαηαλαιώζεσλ ελέξγεηαο (5,0-0,9 toe) (ε) παξόκνηνη θίλδπλνη απεηινύλ ηα δάζε αλ ρξεζηκνπνηεζνύλ αιόγηζηα γηα ηερλνινγηθέο εθαξκνγέο (μύιν, θαπζόμπια, πξντόληα από μύιν), ρσξίο πξνεγνπκέλσο λα ιεθζνύλ ππόςε νη αλάγθεο ησλ αλαπηπζζόκελσλ ρσξώλ γηα δνκηθά πιηθά θαη ραξηί (δ) ζην θέληξν απηήο ηεο θξίζεο βξίζθνληαη νη θαζηεξσκέλεο νξγαληθέο πξώηεο ύιεο, πνπ απνηεινύλ ιηγόηεξν από 10% ηεο ζπλνιηθήο θαηαλάισζεο ησλ πεηξειαηνεηδώλ (ε) θαζώο ην ζεκεξηλό ζύζηεκα δελ θαίλεηαη ηθαλό λα αληηκεησπίζεη ηελ θξίζε, ε ιύζε πξέπεη λα αλαδεηεζεί θάπνπ αιινύ, π.ρ. ζηελ αμηνπνίεζε ηνπ ηεξάζηηνπ όγθνπ νξγαληθώλ θαηαινίπσλ ηνπ ζπζηήκαηνο, θαη γελθά ζηελ αλαδήηεζε «θαηάιιειεο» ηερλνινγίαο, αθνύ αλαγλσξηζηνύλ νη θνηλσληθν-πνιηηηθέο δηαζηάζεηο απηήο ηεο ηειεπηαίαο. Πίνακας 3 Σξόθηκα (Αξρέο Γεθαεηίαο 70) ΠΑΡΑΓΧΓΖ Δ ΔΣΖΗΑ ΒΑΖ Καιιηεξγνύκελε Γε 1,0 x 10 9 ha (7% ζπλνιηθήο) Οξγαληθό πξντόλ Γεο 1,5 x 10 9 dry t θπηηθή ύιε Φπηηθέο Πξσηεΐλεο 170 x 10 6 t (11,3% πξντόληνο) ύλνιν δσηθώλ πξντόλησλ 85 x 10 6 dry t νξγαληθή ύιε Εσηθέο Πξσηεΐλεο 40 x 10 6 t (45% πξντόληνο) Φπηηθέο Πξσηεΐλεο Εσνηξνθώλ από ηελ Γεσξγία από θαιιηέξγεηα δσνηξνθώλ θιπ. 300 x 10 6 t 100 x 10 6 t 200 x 10 6 t Γε θαιιηεξγνύκελε γηα δσνηξνθέο θιπ. 3,5 x 10 9 ha (25% ζπλνιηθήο) Σύνολο καλλιεγούμενερ Γερ 32% (δύζκολε ε επέκηαζε) Πιεζπζκόο Γεο Αλαπηπγκέλεο ρώξεο Αλαπηπζζόκελεο ρώξεο 4,0 x 10 9 ha 1,0 x 10 9 ha 3,0 x 10 9 ha Καηά θεθαιή ελέξγεηα 2700 Kcal/day (Απαηηήζεηο: 2500 Kcal/day) Καηά θεθαιή Πξσηεΐλεο 80 g/εκέξα (Απαηηήζεηο: 70 Kcal/day) 7

8 90% με αναεώζιμα Πίνακας 4 Έδαθνο πλνιηθέο Δηήζηεο Απαηηήζεηο γηα Γηαηήξεζε ηαζεξήο Γνληκόηεηαο: 4,5 x 10 9 dry t νξγαληθή ύιε (HUMUS) 60 x 10 6 t Αδώηνπ (N) Γεσξγηθή παξαγσγή: 1,5 x 10 9 dry t νξγαληθή ύιε 30 x 10 6 t Αδώηνπ (N) Βηνκεραληθή Παξαγσγή Ληπαζκάησλ: 45 x 10 6 t Αδώηνπ (N) Καηαλάισζε Αδσηνύρσλ Ληπαζκάησλ: Αλαπηπγκέλεο ρώξεο: 45 kg N/ha Αλαπηπζζόκελεο ρώξεο: 18 kg N/ha Μέζε παγθόζκηα: 30 kg N/ha Διάρηζηε απαηηνύκελε: 60 kg N/ha Πίνακας 5 Δλέξγεηα (1975) ΠΗΓΗ ΕΤΗΣΘΑ % ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ 10 6 toe* Πεηξέιαην 2701,8 42,2 Φπζηθό Αέξην 1108,3 17,3 Οξ. Άλζξαθεο 1889,1 29,5 Ππξεληθή 82,7 1,3 Τδξνειεθηξηθή 373,1 5,8 ΤΝΟΛΟ ΒΑΗΚΧΝ ΠΖΓΧΝ 6155,0 96,0 8

9 10% Αλαλεώζηκα Ξύιν 125,0 2,0 Κνπξηά 125,0 2,0 ΎΝΟΛΟ ΒΟΖΘΖΣΗΚΏΝ ΠΖΓΏΝ 250,0 4,0 ΓΔΝΗΚΟ ΤΝΟΛΟ 6405,0 Καηά θεθαιή θαηαλάισζε: Γεληθόο κέζνο όξνο : 1,5 toe Μέζνο όξνο αλεπηπγκέλσλ ρσξώλ : 5,0 toe Mέζνο όξνο αλαπηπζζνκέλσλ ρσξώλ : 0,9 toe Αλακελόκελε (1978) δηάξθεηα δσήο απνζεκάησλ (ζε έηε): Πεηξέιαην Φπο. Αέξην : Οξπθηνί άλζξαθεο : ,0 toe: ηόλνη ηζνδύλακνπ πεηξειαίνπ (1000 Kcal/kg) Πίνακας 6 Οξγαληθέο Πξώηεο Ύιεο (1) Με αλαλεώζηκεο (5-10% πλνιηθήο θαηαλάισζεο) (2) Αλαλεώζηκεο από «βηνκεραληθέο θπηείεο» (3) Αλαλεώζηκεο από δαζηθή παξαγσγή ΞΥΛΟ (Μέζα δεθαεηίαο 70) ΔΝΓΔΗΞΔΗ ΑΝΔΠΑΡΚΔΗΑ Παγθόζκηα Παξαγσγή Βηνκεραληθήο Ξπιείαο : 1,5x10 9 m 3 (60% δνκηθή, 40% ραξηί θιπ.) Μέζε παγθόζκηα θαηά θεθαιή θαηαλάισζε - Υαξηί: 35 Kg - Γνκηθά: 0,25 m 3 Καηά θεθαιή θαηαλάισζε Β. Ακεξηθή Αθξηθή - Υαξηί: 260 Kg 2 Kg - Γνκηθά: 0,60 m 3 0,01 m 3 Παγθόζκηα Καηαλάισζε Καύζηκεο Ξπιείαο: 1,5x10 9 m 3 (90% δαζηθήο παξαγσγήο νξηζκέλσλ αλαπηπζζνκέλσλ ρσξώλ!) 9

10 Πίνακας 7 (MIT CLUB OF ROME 1970) 10

11 Πίνακας 8 Δθηίκεζε Παγθόζκηνπ Γπλακηθνύ Απνξξηκκάησλ (Πεξίνδνο ) Είδορ Αποππίμαηορ Φςηικά καηάλοιπα Απώλειερ θςη. παπαγωγήρ Ζωικά απόβλεηα Άλλα δωικά καηάλοιπα Δαζικά καηάλοιπα Αζηικά ζηεπεά αποππίμμαηα Αζηικά ςγπά απόβλεηα Οπγανική ύλε (10 6 ξ.η./έηορ) ΣΥΝΟΛΟ