Δ. ΚΕΚΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΕΜΠ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Δ. ΚΕΚΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΕΜΠ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ"

Ὑπατια Κυπραίος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Δ. ΚΕΚΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΕΜΠ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

3 Προκατεργασία Εκχύλιση Υδρόλυση Αεριοποίηση Καθαρισμό ς Εστεροποίηση Απόσταξη Αφυδάτωση ΚΑΘΑΡΑ ΕΛΑΙΑ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛ Η ΜΕΘΑΝΟΛΗ ΕΤΒΕ ΜΤΒΕ

6 Πηγή: Ευρωπαϊκή Τεχνολογική Πλατφόρμα Βιοκαυσίμων (WG3)Aναφορά:

9 Παραγωγή 2005, εκατομμύρια λίτρα Παραγωγή αιθανόλης στην Αμερική Παραγωγή αιθανόλης στην Ευρώπη

10 OΙ ΑΓΟΡΕΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΝΤΑΙ ΤΑΧΥΤΑΤΑ

11 ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΤΙΣ ΗΠΑ Υπάρχοντα Επεκτάσεις Υπό κατασκευή Πηγή: Renewable Fuels Association

12 Τιμές βενζίνης προ φόρων* Ιαν Ιούλιος 2006 *Με βάση τις μηνιαίες μέσες τιμές του αργού πετρελαίου. Οι τιμές του αργού πετρελαίου τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο κυμαίνονταν από 20$ έως 70$ το βαρέλι. Πηγή: Renewable Fuels Πηγή: ΙΕΑ (2006) Association

14 ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΥΔΡΟ 2.4% ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ 10.9% ΠΥΡΗΝΙΚΗ 6.9% ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ 37.0% ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ 20.7% ΑΝΘΡΑΚΑΣ 22.1%

15 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ Βιομάζα 49.1% Γεωθερμική 30.9% Ηλιακή 1.1% Αιολική 18.9%

16 ΕΚΠΟΜΠΕΣ CO 2 ΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ

17 CO 2 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ H 2 ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ Η 2

18 Προϊόντα: Υψηλό κόστος σακχαρούχων και αμυλούχων προϊόντων (τεύτλα, καλαμπόκι, κ.ά.) που χρησιμοποιούνται ανταγωνιστικά για την παραγωγή τροφίμων (καύσιμα αντί τρόφιμα) Υποπροϊόντα: Λιγνοκυτταρινούχα κατάλοιπα. Δυσκολίες υδρόλυσης λιγνοκυτταρίνης. Υψηλό κόστος συλλογής, μεταφοράς και αποθήκευσης τους (ογκώδη) Μεγαλύτερη τάση ατμών από τη βενζίνη

Υποπροϊόντα: Λιγνοκυτταρινούχα κατάλοιπα. Δυσκολίες υδρόλυσης λιγνοκυτταρίνης.

20 ΕΤΟΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ ( εκατ. λίτρα)

24 ΑΠΟΔΟΣΗ 1,1 ΤΟΝΟ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ 400 λίτρα / στρέμμα ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΠΡΟΪΟΝΤΑ Ζωοτροφές Διοξείδιο άνθρακα ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ 1.3

25 ΑΠΟΔΟΣΗ 6,4 ΤΟΝΟΙ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ 500 λίτρα / στρέμμα ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΠΡΟΪΟΝΤΑ Ζωοτροφές Διοξείδιο άνθρακα ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ 1.76

26 Νωπά στελέχη ΑΠΟΔΟΣΗ 10 ΤΟΝΟΙ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ > 600 λίτρα / στρέμμα ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΠΡΟΪΟΝΤΑ Διάφορα (βιοδιυλιστήριο) Ενέργεια (καύση) Μονωτικά Αιθανόλη (βαγασση) ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ 2.23

29 ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ ΑΠΟ ΣΑΚΧΑΡΟΥΧΑ Μικροοργανισμοί Στελέχη ανθεκτικά σε υψηλές συγκεντρώσεις σακχάρων & αιθανόλης Διεργασίες Βιομετατροπής Συνεχής διεργασία Οι μικροοργανισμοί ανακυκλώνονται και «ενεργοποιούνται» σε παράλληλους βιοαντιδραστήρες(ρυθμός παραγωγής ανάλογος της συγκέντρωσης κυττάρων) Αντιδραστήρες ακινητοποιημένων κυττάρων Ταυτόχρονη απομάκρυνση προϊόντος

31 Κατανάλωση αραβόσιτου σε εκατομμύρια τόνους και % (ΕU-27) (2006/7) Αραβόσιτ ος % Διατροφικέ ς ανάγκες Σπόροι Βιομηχανία Βιοαιθανόλ η Ζωοτροφή Διάφορα Συνολικά

32 Κατανάλωση σίτου στις χώρες της ΕΕ 2006/2007 (σε εκατομμύρια τόνους) Διατροφικέ ς ανάγκες Σπόροι Βιομηχανία Βιοαιθανόλ η Ζωοτροφή Διάφορα

33 Χρήσεις αραβόσιτου στις ΗΠΑ 2006/07 Εξαγωγές 17.2% Αιθανόλη 17.2% ΗFCS 4.1% Γλυκαντικά 1.9% Άμυλο 2.2% Αλκοόλη 1.1% Δημητριακά 1.5% Πλεόνασμ α Τροφή & Υπόλοιπα 46.8% 7.9% Πηγή: USDA, ERS; Feed Outlook, June 13, 2007

34 Δημητριακά: 2,6-3 Kg Νερό: 2,7 λίτρα Ηλεκτρική ενέργεια: Ατμός: 3,5 Kg 0.36 kw/h Νερό ψύξης: Ποικίλλει Ποτάσα: 0,012 Kg Θειικό οξύ: 0.01 Kg Χλωριούχο ασβέστιο: 0,001 Kg α-αμυλάση Αμυλογλυκοζιδάση ΕΝΖΥΜΑ

35 Corn Ethanol (Industry Average) Corn Ethanol (Industry Best) Corn Ethanol (State-of-the- Art) Cellulosic Crop- Based Ethanol Fertilizer 12,981 7,542 3,869 3,549 Pesticide 1, Fuel 2,651 1,565 1,321 8,120 Irrigation 7,046 6,624 6, Other (Feedstock) 3,395 3,248 3,122 2,558 Total (feedstock) 27,134 19,622 14,765 14,663 Process Steam 36,732 28,201 26,185 49,075 Electricity 14,444 7,300 5,148 8,925 Bulk Transport 1,330 1, ,330 Other (process) 1,450 1,282 1,050 2,100 Total (processing) 53,956 37,883 33,183 61,430 TOTAL ENERGY INPUT 81,090 57,504 47,948 76,093 Energy in Ethanol 84,100 84,100 84,100 84,100 Co-product Credits 27,579 36,261 36, ,400 TOTAL ENERGY OUTPUT 111, , , ,500 Net Energy Gain 30,589 62,857 72, ,407 Percent Gain 38% 109% 151% 162%

41 1. Χώρες καλλιέργειας της ΕΕ και στρεμματική απόδοση Κατώτερη Ανώτερη Βέλγιο Κεντρική Ισπανία Γαλλία Βόρεια Ιταλία Πορτογαλία Νότια Ισπανία Νότια Ιταλία Βόρεια Ελλάδα (Θράκη) Νότια Ελλάδα (Πύργος) (t/ha) Αποδόσεις νωπής βιομάζας σόργου σε χώρες της Ευρώπης (ΚΑΠΕ, 1996)

42 Σύσταση νωπών στελεχών Σύσταση νωπών στελεχών σόργου διαφόρων περιόδων συγκομιδής Περιεκτικότητα (%, β/β) Συστατικά Νοέμβριος 1992 Νοέμβριος 1993 Δεκέμβριος 1993 Υγρασία Γλυκόζη Σακχαρόζη Κυτταρίνη Ημικυτταρίνη Ολική λιγνίνη

47 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΑΠΟΔΟΣΕΩΝ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ

50 ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΟΥΧΩΝ ΥΠΟΛΕΙΜΑΤΩΝ

52 Παράγοντες που καθορίζουν την ευκολία υδρόλυσης των προκατεργασμένων λιγνινοκυτταρινούχων υποστρωμάτων για την παραγωγή αιθανόλης Βιομάζα: Πρώτες ύλες - Ξύλο & μη-ξυλώδη πρώτη ύλη - Υγρασία - Καθαρότητα - Τύπος ξύλου - ερυθρό ξύλο κλάδων πεύκης, εφελκυσμογενές ξύλο - εγκάρδιο, σομφόξυλο Πηγή: Chandra et al., Substrate Pretreatment: The Key to Effective Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosics? In: Adv Biochem Engin/Biotechnol (2007) 108: Προκατεργασία - χημική - φυσική - φυσικοχημική - χρόνος - θερμοκρασία - δοσολογία χημικών Χημικές ιδιότητες υποστρώματος - Aνάκτηση συστατικών - κυτταρίνη, ημικυτταρίνη - λιγνίνη - Προϊόντα αποικοδόμησης - παρεμποδιστές υδρόλυσης - παρεμποδιστές ζύμωσης Φυσικές ιδιότητες υποστρώματος - κρυσταλλικότητα - βαθμός πολυμερισμού (DP) - προσβασιμότητα - εξωτερική επιφάνεια - εσωτερική επιφάνεια Ταχύτητα και Έκταση Ενζυμικής Υδρόλυσης

53 ΑΙΘΑΝΟΛΗ ΑΠO ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΟΥΧΑ ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ Καθορίζουν το σύνολο των διεργασιών και την αξιοποίηση παραπροϊόντων Αραιό οξύ Πυκνό οξύ Steam explosion (SO 2 ) & αραιό οξύ ή ένζυμα Ca(OH) 2 (μείωση παρεμποδιστών) Organosolv (λιγνίνη υψηλής ποιότητας) Συμπύκνωση σακχάρων (ενεργειακό κόστος απόσταξης)

55 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ 1. Παραγωγή 246,000 λίτρα βιοαιθανόλης ετησίως 2. Ανακοινώθηκε κόστος παραγωγής βιοαιθανόλης : 0,29 $ / λίτρο 3. Σχέδια για παραγωγή λίτρα βιοαιθανόλης ετησίως ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ 1. Περισσότερη ενέργεια ανά λίτρο βιοαιθανόλης από τον αραβόσιτο 2. Το κόστος υπολογίστηκε με το 1/10 του κόστους των ενζύμων 3. Χρηματοπιστωτικές δυσκολίες

57 (1) Eίσοδος πρώτης ύλης (2) Γεννήτρια ατμού για προθέρμανση πρώτης ύλης (3) Προϋδρόλυση (απομάκρυνση ημικυτταρίνης)-αραιό οξύ, ο C (4) Υδρόλυση κυτταρίνηςαραιό οξύ ο C ή χρήση ενζύμων ο C (5) Απομάκρυνση λιγνίνης με χρήση μεμβρανών (5b) Έξοδος λιγνίνης (6) Αποτοξικοποίηση (7) Ζύμωση (8) Διαχωριστήρας ζύμης (ανακύκλωση) (9) Απόσταξη (10) Ξήρανση υπολείμματος απόσταξης (11) Δεξαμενή αποθήκευσης προϊόντος (αιθανόλη)

58 αποσβεσεις Πρώτες ύλες Ηλεκτρισμός διεργασιών Ηλεκτρισμός δικτύου Ηλεκτρισμός εργοστασίου Σταθερό κόστος Βιομάζα 33% Τροφοδοσία 5% Προκατεργασία-ρύθμιση 18% SSCF Ένζυμα Απόσταξη, ξήρανση, ανάκτηση 12% 9% (Μετά από μείωση 10 φορές) 10% Διαχείριση αποβλήτων Παραγωγή θερμότητας Διάφορα 4% 4% 4% Αποθήκευση 1% (0.30) (0.20) (0.10)

59 Συνολικές απαιτήσεις θερμότητας (---) και κόστος παραγωγής αιθανόλης (-) συναρτήσει της συγκέντρωσης των αδιάλυτων στερεών στη διεργασία SSF. Η απόδοση αιθανόλης παραμένει σταθερή όπως στην περίπτωση βάσης ( και ) ενώ μεταβάλλεται η συγκέντρωση των αδιάλυτων στερεών Ενεργειακές απαιτήσεις (θερμότητα) (MJ/L αιθανόλης) Κόστος παραγωγής (US $ /L αιθανόλης) Συγκέντρωση αδιάλυτων στερεών στη διεργασία SSF (%) Πηγή: Gable et al., Process Engineering Economics of Bioethanol Production. In: Adv Biochem Engin/Biotechnol (2007) 108:

60 Ανάλυση ενεργειακού (ατμός) και κεφαλαιουχικού κόστους για διεργασία βασιζόμενη σε άμυλο (S) και λιγνινοκυτταρινούχο βιομάζα (L) Άλλα Ξήρανση Εξάτμιση Αφυδάτωση Απόσταξη SSF & Zύμωση Προκατεργασία & Υδρόλυση Διαχείριση πρώτης ύλης Κόστος Πηγή: Gable et al., Process Engineering Economics of Bioethanol Production. In: Adv Biochem Engin/Biotechnol (2007) 108:

62 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ 1. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΜΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Υδρόλυση / ζύμωση / διαχωρισμός προϊόντος 2. ΜΕΙΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΣΕ ΌΛΑ ΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Καλλιέργεια / συλλογή βιομάζας & μεταφορά / προκατεργασίες / ζύμωση / απόσταξη 3. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΒΙΟΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ

63 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΛΗΡΩΝ ΓΕΩΡΓΙΑ ΜΕ ΣΥΜΒΟΛΑΙΑ ΧΡΗΣΕΙΣ ΓΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΧΩΡΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ / ΥΠΟΔΟΜΕΣ ΝΟΜΙΚΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΔΙΑΝΟΜΗ

Σχετικά έγγραφα

ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ Αποφευχθέν CO 2 (Kg / εκτάριο / έτος) Προϊόντα: Υψηλό κόστος σακχαρούχων και αμυλούχων προϊόντων (τεύτλα, καλαμπόκι, κ.ά.) που χρησιμοποιούνται