ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΥΤΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ Φ.ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΥΤΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ : ΜΠΟΥΡΑΖΑΝΗ ΓΙΑΝΝΟΥΛΑ ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ : ΛΑΖΑΡΙΔΟΥ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΚΑΒΑΛΑ 2009

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή... σελ Βιομάζα... σελ Παραγωγή βιομάζας στον πλανήτη - στην Ελλάδα... σελ Περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα από την αξιοποίηση της βιομάζας... σελ.6 3. Βιοντίζελ (μέθοδος και φυτά για την παραγωγή του)... σελ Αγριαγκινάρα... σελ Ελαιοκράμβη...σελ Ηλίανθος...σελ Βαμβάκι...σελ Σόγια...σελ Σουσάμι... σελ Λινάρι...σελ Αραχίδα... σελ Ατρακτυλίδα...σελ Φοίνικας... σελ Καρύδα... σελ Κουκούτσια φρούτων...σελ Καστορέλαιο ή Ρίκκινος... σελ Φύκια... σελ Τηγανέλαια... σελ Βιοαιθανόλη (μέθοδος και φυτά για την παραγωγή της)...σελ Ζαχαροκάλαμο... σελ Σιτάρι - Κριθάρι... σελ Αραβόσιτος... σελ Ζαχαρότευτλα... σελ Γλυκό σόργο... σελ Κυτταρινούχο σόργο... σελ Στερεά βιοκαύσιμα...σελ Αγριαγκινάρα... σελ Ευκάλυπτος... σελ Ψευδακακία... σελ Καλάμι... σελ Μίσχανθος... σελ Γρασίδι... σελ Κυτταρινούχο σόργο... σελ Κενάφ... σελ Σταφύλι... σελ Χαρούπια... σελ.42 2

3 6. Καλλιέργεια ενεργειακών φυτώ ν... σελ Συγκομιδή... σελ Αποθήκευση... σελ Μεταφορά προς μονάδα επεξεργασίας... σελ Παραγωγή ελαίου... σελ Ψυχρή συμπίεση... σελ Έκθλιψη... σελ Εκχύλιση... σελ Έκθλιψη - Εκχύλιση... σελ Βιβλιογραφία - Αναφορές... σελ.55 3

4 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ενεργειακές καλλιέργειες είναι καλλιεργούμενα ή αυτοφυή είδη, παραδοσιακά ή νέα, τα οποία παράγουν βιομάζα ως κύριο προϊόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για καύση ή συμπαραγωγή ηλεκτρισμού με γαιάνθρακες, για ηλεκτροπαραγωγή και θέρμανση, σαν πρώτη ύλη για θερμικές διεργασίες, όπως η πυρόλυση και αεριοποίηση για παραγωγή μεθανόλης, βιοαερίου και πυρολυτικών ελαίων και για βιομηχανικές διεργασίες για παραγωγή αιθανόλης ή μεθανίου. Οι παραδοσιακές καλλιέργειες των οποίων το τελικό προϊόν χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας και βιοκαυσίμων, θεωρούνται επίσης ενεργειακές καλλιέργειες. Τέτοιες είναι το σιτάρι, κριθάρι, αραβόσιτος, ζαχαρότευτλα, ηλίανθος κα. Οι "νέες" ενεργειακές καλλιέργειες είναι είδη με υψηλή παραγωγικότητα σε βιομάζα ανά μονάδα γης και διακρίνονται σε δυο κατηγορίες: τις γεωργικές και τις δασικές. Οι γεωργικές καλλιέργειες διακρίνονται περαιτέρω σε ετήσιες και πολυετές. Σκοπός της πτυχιακής αυτής είναι η συγκέντρωση και αναφορά των ενεργειακών φυτών που συμβάλουν στην παραγωγή βιοαιθανόλης, βιοντίζελ και στερεάς βιομάζας. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στον τρόπο καλλιέργειας, συγκομιδής, αποθήκευσης και μεταφοράς τους στον τόπο επεξεργασίας τους. Τέλος γίνεται λόγος για τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στην παραγωγή του ελαίου, το οποίο έλαιο αποτελεί την πρώτη ύλη παραγωγής βιοντίζελ. 4

5 2. ΒΙΟΜΑΖΑ Ως βιομάζα, γενικά θεωρείται η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση. Με τον όρο βιομάζα εννοούμε όλα εκείνα τα υλικά τα οποία προέρχονται άμεσα ή έμμεσα από τον φυτικό κόσμο. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτήν περιλαμβάνονται τα παρακάτω : i. Φυτικές ύλες που προέρχονται από φυσικά οικοσυστήματα ή από τις ενεργειακές καλλιέργειες γεωργικών και δασικών ειδών. ii. Τα υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής δασική και αλιευτικής παραγωγής. iii. Τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών και iv. Το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. Η βιομάζα είναι μια δεσμευμένη και αποθηκευμένη μορφή ηλιακής ενέργειας η οποία έχει δημιουργηθεί κατά την φωτοσύνθεση των φυτικών οργανισμών. Κατά την διαδικασία αυτή η χλωροφύλλη των φυτών μετασχηματίζει την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά διεργασιών, χρησιμοποιώντας το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, το νερό και τα ανόργανα συστατικά από το έδαφος. Δηλαδή : Ηλιακή ενέργεια H2O + CO2 + Ανόργανα στοιχεία ι = > Βιομάζα + Ο2 Από τη στιγμή που δημιουργείται η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας. Είναι μια ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας και συμβάλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας συνέχεια τα εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων, όπως πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο και άλλα. Η χρήση της βιομάζας ως πηγή ενέργειας είναι γνωστή εδώ και αιώνες, με τη χρήση των καυσόξυλων για θέρμανση, των ξυλανθράκων, κ.α. 2.1 Παραγωγή βιομάζας στον πλανήτη - στην Ελλάδα Ετησίως στον πλανήτη μας παράγεται βιομάζα, η οποία υπολογίζεται περίπου στα 172 δισεκ. τόνους ξηρού υλικού, με ενεργειακό περιεχόμενο δεκαπλάσιο της ενέργειας που καταναλώνεται παγκοσμίως, στο ίδιο διάστημα. Όμως, το ενεργειακό αυτό δυναμικό παραμένει 5

6 ανεκμετάλλευτο, σε μεγάλο ποσοστό, καθώς μόνο το 1/7 της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας καλύπτεται από τη βιομάζα. Στην Ελλάδα, ετησίως παράγονται δασικά και γεωργικά υπολείμματα, που ισοδυναμούν ενεργειακά με 3-4 εκατ. τόνους πετρελαίου, ενώ το δυναμικό των ενεργειακών καλλιεργειών μπορεί να ξεπεράσει εκείνο των γεωργικών και δασικών υπολειμμάτων. Το ποσό αυτό ενεργειακά αντιστοιχεί στο 30% με 40% της ποσότητας πετρελαίου που καταναλώνεται σε έναν χρόνο στη χώρα μας. Θα πρέπει να τονίσουμε πως ένας τόνος βιομάζας είναι ισοδύναμο με 0,4 τόνους περίπου πετρελαίου. Μετά από πρόσφατες έρευνες παρατηρήθηκε πως, στην Ελλάδα το σύνολο της άμεσα διαθέσιμης βιομάζας ανέρχεται στους τόνους υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών και στους τόνους δασικών υπολειμμάτων υλοτομίας. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής δεν χρησιμοποιείται και έτσι αποτελεί τις περισσότερες φορές μεγάλο κίνδυνο, όπως δημιουργία πυρκαγιάς, δυσκολία στην εκτέλεση εργασιών κ.α. 2.2 Περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα από την αξιοποίηση της βιομάζας Με την αξιοποίηση των διαφόρων γεωργικών και δασικών υπολειμμάτων, ταυτόχρονα μπορούν να ληφθούν και μεγάλες ποσότητες βιομάζας από τις ενεργειακές καλλιέργειες. Το μεγάλο πλεονέκτημά τους είναι η υψηλή παραγωγή ανά μονάδα επιφάνειας και η εύκολη συλλογή τους. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να τονίσουμε πως, οι ενεργειακές καλλιέργειες τα τελευταία χρόνια αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία για τις ανεπτυγμένες χώρες. Γίνεται, δηλαδή, μια προσπάθεια μέσω των καλλιεργειών αυτών με σκοπό να περιοριστούν τα περιβαλλοντικά και ενεργειακά προβλήματα καθώς και το πρόβλημα των γεωργικών πλεονασμάτων. Στις Ευρωπαϊκές χώρες υπάρχουν αρκετά γεωργικά πλεονάσματα, τα οποία δημιουργούν διάφορα οικονομικά προβλήματα και αυτά έχουν σαν αποτέλεσμα τη μείωση της γεωργικής γης και της αγροτικής παραγωγής. Έχει υπολογιστεί πως θα μπορούσαν να δοθούν εκατ. στρεμ. γεωργικής γης για ενεργειακές καλλιέργειες, με κύριο σκοπό να αποφευχθούν τα διάφορα προβλήματα, όπως, οι επιδοτήσεις των γεωργικών πλεονασμάτων και τις απορρίψεις τους στις χωματερές κ.α. 6

7 Στη χώρα μας, περίπου 10 εκατ. στρεμ. καλλιεργήσιμης γης θα μείνουν ακαλλιέργητα για τους παραπάνω λόγους. Αυτή η έκταση θα μπορούσε άνετα να καλλιεργηθεί με ενεργειακές καλλιέργειες δίνοντας 5-6 ΜΤΙΠ, καθαρό όφελος σε ενέργεια (1 ΜΤΙΠ= 106 ΤΙΠ= Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου), δηλαδή περίπου 50-60% της ετήσιας κατανάλωσης του πετρελαίου στην Ελλάδα. Οι παραδοσιακές καλλιέργειες μπορούν να μετατραπούν σε ενεργειακές καλλιέργειες για την παραγωγή πρώτης ύλης για τα βιοκαύσιμα. Μια σταθερή παραγωγή θα μπορούσε να εξασφαλίσει μια μακροπρόθεσμη προμήθεια πρώτης ύλης, με ομοιόμορφα ποιοτικά χαρακτηριστικά σε μονάδες παραγωγής βιοκαυσίμων και ενέργειας. Συγκεκριμένα, αυτές οι νέες καλλιέργειες παρουσιάζουν υψηλότερες αποδόσεις ανά εδαφική μονάδα από τις συμβατικές. Αυτές οι αποδόσεις έχουν σαν αποτέλεσμα τη βελτίωση της οικονομίας, την ελαχιστοποίηση των απαιτήσεων του εδάφους, αγροχημικά, μεταφορικά και άλλες αρνητικές περιβαλλοντικές επιδράσεις. Έτσι, με την αξιοποίηση των νέων καλλιεργειών, θα υπάρξει και ανταγωνιστικότητα του αγροτικού χώρου, ενίσχυση της απασχόλησης και φυσικά προστασία του περιβάλλοντος. Παρακάτω θα δούμε τις αποδόσεις του βιοντίζελ σε κιλά ανά στρέμμα, ανάλογα με το είδος της καλλιέργειας: Β ΙΟ Κ Α Υ Σ ΙΜ Ο Α Π Ο Δ Ο Σ Η Α Π Ο Δ Ο Σ Η Σ Ε Α Π Ό Δ Ο Σ Η Σ Ε Π Ρ Ω Τ Η Κ Α Ρ Π Ο Υ Β ΙΟ Κ Α Υ Σ ΙΜ Ο Β ΙΟ Κ Α Υ Σ ΙΜ Ο Υ Λ Η (kg/σ τρ έμ μ α ) (kg/σ τρ έμ μ α ) (L t/σ τρ έμ μ α ) Β ιο ντίζελ Η λία νθος Ε λαιοκράμβη Σ όγια Τέλος, με την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας προκύπτουν κάποια βασικά πλεονεκτήματα. Συνοπτικά αναφέρονται μερικά παρακάτω : Αποτροπή του φαινομένου του θερμοκηπίου Προστασία έναντι της διάβρωσης του εδάφους Αποφυγή της επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας με το διοξείδιο του θείου ( SO2) Διαχείριση του νερού Χαμηλές εισροές σε λιπάσματα και μείωση της χρήσης φυτοφαρμάκων Εκμετάλλευση εδαφών χαμηλής γονιμότητας Ενδυνάμωση του γεωργικού χώρου Αύξηση του αγροτικού εισοδήματος 7

8 Μείωση των περιφερειακών ανισοτήτων και αναζωογόνηση των λιγότερο ανεπτυγμένων γεωργικών οικονομιών και Μείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο. 3. ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ (μέθοδος και φυτά για την παραγωγή του) Η μέθοδος παραγωγής βιοντίζελ που εφαρμόζεται παγκόσμια σε βιομηχανικό επίπεδο συνίσταται στην αντίδραση (μετεστεροποίησης) των τριγλυκεριδίων με κάποια αλκοόλη μικρού μοριακού βάρους. Τα τριγλυκερίδια είναι τριεστέρες της γλυκερόλης, δηλαδή της 1,2,3- προπανοτριόλης, με λιπαρά οξέα (μονοκαρβοξυλικά οξέα μεγάλης ανθρακικής αλυσίδας) και αποτελούν το κύριο συστατικό (σε ποσοστό μέχρι και 98% κ.β.) των φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών. Ως αλκοόλη χρησιμοποιείται συνήθως η μεθανόλη λόγου του χαμηλού κόστους και των φυσικών και χημικών πλεονεκτημάτων που διαθέτει. Ειδικοί καταλύτες (βάσεις, οξέα και ένζυμα) βοηθούν στην αντίδραση, η οποία πραγματοποιείται σε χαμηλές ή υψηλές θερμοκρασίες. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης μετεστεροποίησης τα λιπαρά τμήματα του τριγλυκεριδίου αντικαθίστανται από το υδροξύλιο της αλκοόλης, οπότε παράγονται αλκυλεστέρες λιπαρών οξέων και ως ενδιάμεσα διγλυκερίδια και μονογλυκερίδια, τα οποία με τη σειρά τους δίνουν νέους αλκυλεστέρες. Στο τέλος της αντίδρασης έχουν παραχθεί οι αλκυλεστέρες των λιπαρών οξέων (μεθυλεστέρες εφόσον ως αλκοόλη έχει χρησιμοποιηθεί η μεθανόλη), οι οποίοι αποτελούν το βιοντίζελ και γλυκερίνη ως παραπροϊόν. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται συνοπτικά η αντίδραση μετεστεροποίησης τριγλυκεριδίου με αλκοόλη. Τριγλυκερίδιο Αλκοόλη Εστέρες Γλυκερίνη 8

9 3.1 Αγριαγκινάρα - Cynara cardunculus L. (cardoon) Η αγριαγκινάρα, γνωστή ως cynara και ως γαϊδουράγκαθο, είναι ένα πολυετές είδος αγκαθιού που ζει στη φύση μέχρι και 12 χρόνια και είναι ένα φυτό μεσογειακής προέλευσης. Η αγριαγκινάρα, όπως και κάθε είδους αγκαθιού ευδοκιμεί στις μεσογειακές χώρες εξαιτίας του ιδιότυπου μεσογειακού κλίματος, στο οποίο ο ήπιος και βροχερός χειμώνας εναλλάσσεται με το μακρύ, θερμό και άνυδρο καλοκαίρι και επειδή είναι χειμερινό φυτό μπορεί να αποδώσει άριστα χωρίς άρδευση, εκμεταλλευόμενη τις βροχοπτώσεις του φθινοπώρου και του χειμώνα. Σίγουρα μας θυμίζει το ξηρό τοπίο των ελληνικών νησιών. Ακόμη, επειδή διαθέτει εύρωστο ριζικό σύστημα δεν διαβρώνετε στα επικλινή και άγονα εδάφη και γι αυτό το λόγο φυτρώνει μόνο του στις ράχες και στα βράχια. Η ανάπτυξη του φυτού αρχίζει με τις πρώτες βροχοπτώσεις του φθινοπώρου και μεγαλώνει με ραγδαίους ρυθμούς, (τελικό ύψος έως και 2,6 μέτρα) εκμεταλλευόμενο τις βροχές, μέχρι τις αρχές του καλοκαιριού, όταν πια η υγρασία του εδάφους πέσει σε χαμηλά επίπεδα. Κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, τα υπέργεια μέρη του φυτού ξηραίνονται λόγω της έντονης ηλιοφάνειας και μπορεί να θεριστεί, καθώς είναι ξηρό, τους μήνες από Ιούνιο έως Αύγουστο, ενώ τα υπόγεια μέρη, όπως είναι οι ρίζες και οι οφθαλμοί παραμένουν ζωντανά και με τις βροχοπτώσεις του Οκτώβρη αναπτύσσονται με ραγδαίους ρυθμούς, σε λίγες μόνο μέρες. Η συγκομιδή της γίνεται το καλοκαίρι και με τις πρώτες βροχοπτώσεις ξεκινά η βλάστηση των υπόγειων οφθαλμών. Το φυτό παίρνει το σχήμα ρόδακα ως την επόμενη άνοιξη που αναπτύσσονται τα στελέχη. Στη συνέχεια αναπτύσσονται διακλαδώσεις στην κορυφή του φυτού και σχηματίζονται αρκετές κεφαλές σε κάθε βλαστό. Η αγριαγκινάρα είναι ένα ζιζάνιο (εισβολέας) και έτσι δεν μπορούν να αναπτυχθούν άλλα ζιζάνια, ασθένειες ή και εχθροί γύρο της. Αυτό έχει 9

10 σαν αποτέλεσμα τη μη χρήση διάφορων φυτοφαρμάκων. Αντίθετα όμως κατά την σπορά είναι απαραίτητη η ζιζανιοκτονία. Μετά από πειράματα, έχει παρατηρηθεί πως παρουσιάζει πολύ υψηλές αποδόσεις ακόμη και με καθόλου λίπανση μέχρι και το τρίτο έτος της καλλιέργειας. Επιπλέον, μπορεί να παράγει μεγάλες ποσότητες βιομάζας χωρίς πότισμα και η παραγωγή ξηρής ύλης κυμαίνεται από 1200 έως 1600 κιλά / στρέμμα σε χωράφια μη αρδευόμενα. Ενώ σε αρδευόμενα χωράφια η απόδοση ξηρής ύλης κυμαίνεται από 2000 έως 2500 κιλά / στρέμμα. Η θερμογόνος δύναμη της αγριαγκινάρας κυμαίνεται ως εξής : για τα φύλλα και τα βράκτια φύλλα από 14,53 MJ/kg ξηρού βάρους και για τους σπόρους από 24,73 MJ/kg. Η μεγάλη Θ.Δ. οφείλεται κυρίως στην υψηλή περιεκτικότητα των σπόρων σε έλαια. Οι σπόροι της περιέχουν κατά μέσο όρο 25% λάδι ενώ μπορεί να φτάσει ως και τα 33%. Το λάδι της περιέχει λιπαρά οξέα όπως, παλμιτικό οξύ 11%,στεαρικό 4%, ολεϊκό 25% και λινολεϊκό 60%. Το λάδι αυτό εξάγεται με ψυχρή συμπίεση ( C), έτσι δεν αλλάζει η σύνθεσή του και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διατροφικές εφαρμογές. Τα φύλλα της παρουσιάζουν μεγάλη περιεκτικότητα σε τέφρα, περίπου 14%, ενώ στα υπόλοιπα μέρη κυμαίνεται από 3,3% έως 5,3%. Το ενεργειακό δυναμικό της καλλιέργειας μπορεί να είναι από 0,6 έως 1,2 ΤΙΠ / στρέμμα / έτος. (ΤΙΠ: Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου). Πιθανές άλλες χρήσεις της αγριαγκινάρας είναι η θερμική και η ηλεκτρική ενέργεια καθώς και το βιοέλαιο. Από την βιομάζα της αγριαγκινάρας μπορεί να παραχθεί μια ευρύτατη γκάμα ενεργειακών προϊόντων με καύση, με πυρόλυση, υγροποίηση ή αεριοποίηση της βιομάζας. Έτσι παράγονται στερεά, υγρά και αέρια καύσιμα. Υγρά βιοκαύσιμα : παραγωγή από την δεύτερη γενιά αγριαγκινάρας βιοκαύσιμο με την τεχνολογία των Fischer - Tropsch και δεύτερης γενιάς κυτταρινική βιοαοθανόλη μέσω ενζυματικής υδρόλυσης της κυτταρίνης και ημικυττερίνης σε σάκχαρα και αλκοολικής ζύμωσης αυτών. Αέρια βιοκαύσιμα : παραγωγή βιοαερίου και βιουδρογόνου από αγριαγκινάρα. Η παραγωγή του βιοαερίου γίνεται με μεθανική ζύμωση της βιομάζας και το τελικό προϊόν της αναερόβιας μετατροπής της κυτταρίνης είναι μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Η διεργασία αυτή γίνεται με τη βοήθεια μίγματος μικροοργανισμών. 10

11 3.2 Ελαιοκράμβη - Brassica napus L. και Brassica carinata L. Braun (oilseed rape, rapeseed) Η ελαιοκράμβη είναι ένα ετήσιο φυτό που ανήκει στη οικογένεια των Σταυρανθών ή Βρασσικίδων (Cruciferae or Brassicacae). Ο πολλαπλασιασμός γίνεται με σπόρο και οι τεχνικές της καλλιέργειας είναι όμοιες με αυτές των χειμερινών σιτηρών. Η καλλιέργεια της ελαιοκράμβης γίνεται κατά κύριο λόγο για την παραγωγή ελαίου και κατά δεύτερον για τα φύλλα της (για ανθρώπινη κατανάλωση, ζωοτροφή και λίπανση). Η εξαγωγή του ελαίου αφήνει κάποια υπολείμματα, τα οποία ονομάζονται πίτα και χρησιμοποιούνται στην κτηνοτροφία επειδή παρουσιάζουν υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη. Η ελαιοκράμβη είναι το τρίτο κατά σειρά σημαντικότατο ελαιοπαραγωγό φυτό μετά τη σόγια και το φοινικέλαιο. Αν και ο σπόρος της είναι μικρός και στρογγυλός παρουσιάζει κατά μέσο όρο μεγάλη περιεκτικότητα σε λάδι, περίπου 30 50% και η πίτα της είναι πλούσια σε πρωτεΐνη, περίπου 10-45%. Θα πρέπει να τονίσουμε πως η χρήση των ζιζανιοκτόνων είναι απαραίτητη στα πρώτα στάδια της ανάπτυξή της, καθώς το φυτό είναι πολύ ευαίσθητο στα ζιζάνια. Κατά την συγκομιδή της ελαιοκράμβης, οι σπόροι τις θα πρέπει να έχουν υγρασία που να κυμαίνεται από 9-12%. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στο χρόνο της συγκομιδής της, ώστε να αποφεύγεται η κάθε απώλεια σπόρου από τις υψηλές θερμοκρασίες και τα θερμά ρεύματα του καλοκαιριού. Η Brassica napus L. είναι πρώιμη και είναι διαδεδομένη στα εύκρατα δροσερά κλίματα. Υπάρχουν δύο τύποι καλλιέργειας : η χειμερινή και η ανοιξιάτικη. Η Brassica carinata L Braun είναι φυτό αιθιοπικής καταγωγής. Είναι ψιλό με μεγάλη φυλλλική επιφάνεια και μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί στα διάφορα εδάφη. Επιπλέον, παρουσιάζει πολύ καλή παραγωγικότητα στις ιδιαίτερες εδαφοκλιματικές συνθήκες της Μεσογείου. Σε χώρες όπου ο χειμώνας 11

12 είναι ήπιος μπορεί να καλλιεργηθεί η χειμερινή, ενώ σε χώρες όπου ο χειμώνας είναι βαρύς τότε είναι προτιμότερο να καλλιεργείται μόνο η ανοιξιάτικη καλλιέργεια της ελαιοκράμβης. Μετά από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε Μεσογειακές χώρες, όπως την Ελλάδα, την Ιταλία και την Ισπανία, προέκυψε πως η προσαρμοστικότητα και η παραγωγικότητα της καλλιέργειας της ελαιοκράμβης είχε θετικά αποτελέσματα ως προς τις εδαφοκλιματικές συνθήκες. Οι αποδόσεις της σε σπόρο και σε ξηρή βιομάζα, φυσικά εξαρτάται από την ποικιλία της ελαιοκράμβης, κυμαίνονται από 120 έως 250 κιλά / στέμμα και 300 έως 800 κιλά / στρέμμα, αντίστοιχα. Τέλος, από ένα στρέμμα ελαιοκράμβης μπορούν να παραχθούν, κατά μέσο όρο πάντα, 120 έως 250 κιλά σπόρος με αντίστοιχη παραγωγή 43 έως 90 λίτρα βενζίνης. 3.3 Ηλίανθος - Helianthus annuus L. (sunflower) Ο ηλίανθος είναι ένα ετήσιο φυτό και ανήκει στην οικογένεια των Compositae. Το 2002 η συνολική παγκόσμια παραγωγή έφθασε τα 24,4 εκατομμύρια τόνους, σε καλλιεργούμενη έκταση των 195 εκατομμυρίων στρεμμάτων (σύμφωνα με τον FAO). Στην Ευρώπη έχουν καλλιεργηθεί πάνω από 100 εκατομμύρια στρέμματα ηλίανθου, ενώ στην Ιταλία 1,7 εκατομμύρια στρέμματα. Η καλλιέργεια του ηλίανθου συναντάτε κυρίως στις βορειοανατολικές περιοχές της Ελλάδας. Σκοπός της καλλιέργειας είναι η παραγωγή ενός φυτικού ελαίου, το οποίο είναι κατάλληλο για την διατροφή. Η συνολική καλλιεργήσιμη έκταση όπως και η συνολική παραγωγή του ηλίανθου έχει πολλαπλασιαστεί τα τελευταία χρόνια, με ετήσια παραγωγή των 0,033 εκατομμυρίων τόνων και 0,050 εκατομμυρίων τόνων, αντίστοιχα. 12

13 Θα πρέπει να τονίσουμε πως, από ένα στρέμμα ηλίανθου μπορούν να παραχθούν κατά μέσο όρο 120 με 210 κιλά σπόρος, τα οποία θα έχουν μια αντίστοιχη παραγωγή σε βιοντίζελ περίπου 43 με 75 λίτρα. Ο ηλίανθος, λοιπόν, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοντίζελ. Η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ25) θεωρείται ως η μεγαλύτερη παραγωγός βιοντίζελ (2003, τόνοι), σε παγκόσμιο επίπεδο, από το οποίο το 10% και περισσότερο προέρχεται από τον ηλίανθο (Biofuels Barometer-June 2004, EUROBSERVER). 3.4 Βαμβάκι (cotton) Το βαμβάκι ή μπαμπάκι είναι ένα πολυετές φυτό που ανήκει στην οικογένεια των μαλαχιδών. Από τον άνθρωπο καλλιεργείται εδώ και χρόνια περίπου, από τους ιθαγενείς της Κίνας, των Ινδών και της Αμερικής. Το πιο γνωστό είδος βαμβακιού είναι η αδρότριχος και καλλιεργείται σε πάρα πολλές χώρες και δίνει το 70% της παγκόσμιας παραγωγής βαμβακιού. Το βαμβάκι είναι φυτό των τροπικών και υποτροπικών περιοχών, με στέλεχος που φτάνει τα 30 με 300 εκατοστά ύψος, που διακλαδίζεται από αρκετά χαμηλά. Τα φύλλα είναι εναλλασσόμενα τρίλοβα μέχρι επτάλοβα. Τα άνθη είναι μεγάλα και άσπρα. Ο καρπός είναι κάψα που όταν ωριμάσει, σκάει και ανοίγει. Η κάψα χωρίζεται σε τρία έως πέντε κομμάτια και περιέχει από 20 μέχρι 40 σπόρους, που καλύπτονται από μακριές, άσπρες και ανθεκτικές ίνες. Όταν πια οι κάψες ανοίξουν, αρχίζει και η συγκομιδή. 13

14 Το φυτό αυτό συναντάται κυρίως σε θερμά κλίματα και για την κανονική του ανάπτυξη απαιτείται θερμοκρασία 25 με 30 0C. Επίσης, χρειάζεται και ηλιοφάνεια μεγάλης διαρκείας, αλλά οι απαιτήσεις του για νερό είναι ελάχιστες. Η σπορά γίνεται όταν το στρώμα της γης έχει θερμοκρασία τουλάχιστον 130C και φυτρώνει μόνο του όταν η θερμοκρασία αυξηθεί. Σήμερα παγκοσμίως καλλιεργούνται πάνω από 370 εκατ. στρεμ. Στην Ελλάδα καλλιεργούνται στρέμματα, κάθε χρόνο, κυρίως στην Μακεδονία, τη Θεσσαλία, και τη Στερεά. Μετά τη συγκομιδή εκκοκκίζεται, δηλαδή χωρίζεται ο σπόρος από τις ίνες, συσκευάζεται και μεταφέρεται στα κλωστήρια, όπου μετά από μια ειδική διαδικασία θα μεταβληθεί σε κλωστή. Σήμερα, εκτός από τις ίνες χρησιμοποιούνται και τα σπόρια διότι περιέχουν μεγάλη ποσότητα φυτικού ελαίου. Από την επεξεργασία ενός τόνου σύσπορου βαμβακιού παίρνουμε 290 με 400 κιλά ίνες, από τις οποίες μπορούν να κατασκευαστούν μέτρα ύφασμα και 600 με 710 κιλά σπόρο από τους οποίους μπορούν να παραχθούν 100 με 120 κιλά λάδι. Το λάδι αυτό χρησιμοποιείται για τροφή και στην βιομηχανία. Το χρώμα του είναι αχυροκίτρινο και περιέχει δύο βασικά οξέα, το λινολικό και το ελαϊκό. Τα έλαια αυτά είναι βασικά έλαια για την παραγωγή βιοντίζελ από βαμβακόσπορο. Τέλος, από το βαμβάκι και τον βαμβακόσπορο μπορούν να παρασκευαστούν και τα παρακάτω : κλωστές, υφάσματα, τσάντες, ομπρέλες, σκηνές, λιπάσματα, καλλυντικά, σαπούνι, δίσκοι γραμμοφώνων, μαργαρίνη, πλαστικό λινόλεουμ κ.α. 3.5 Σόγια (soybean) Η σόγια είναι φυτό ιθαγενές της Κίνας και της Ιαπωνίας, ανήκει στην οικογένεια των ψυχανθών και είναι δικότυλο. Είναι ετήσιο φυτό, έχει κορμό, φύλλα πυκνά και χνουδωτά και είναι χωρίς μίσχο. Το ύψος του είναι από 30 μέχρι 90 εκατοστά και μερικές φορές μπορεί να φτάσει και το 1,50 μέτρο. Ανθίζει τον Ιούλιο με Αύγουστο και τα άνθη είναι μικρά, άσπρα ή κόκκινα. 14

15 Η σόγια μπορεί να καλλιεργηθεί σε όλα τα κλίματα της εύκρατης ζώνης αρκεί να επιλεχθεί το κατάλληλο είδος του φυτού. Μπορεί επίσης να αναπτυχθεί σε όλα τα εδάφη, κυρίως όμως στα γόνιμα, πηλώδη και με άριστη αποστράγγιση. Αντέχει μόνο σε μικρές παγωνιές και ξηρασίες, αλλά είναι ευαίσθητη στην υπερβολική άρδευση. Ο καρπός της σόγιας είναι μικρός αλλά είναι πλούσιος σε λιπαρές, λευκωματώδεις και βιταμινούχες ουσίες. Έτσι, η σόγια είναι μια θρεπτική τροφή για τον άνθρωπο και τα ζώα, αλλά και πολύτιμη πρώτη ύλη για βιομηχανικά προϊόντα. Τέλος, από τη σόγια παράγεται λάδι, το σογιέλαιο και σογιάλευρο, τα οποία είναι πλούσια σε φυτικές πρωτεΐνες. Από το λάδι της σόγιας, μετά από έρευνες, παράγεται, τα τελευταία χρόνια, και βιοκαύσιμα-βιοντίζελ, ύστερα από κατάλληλη επεξεργασία του ελαίου. 3.6 Σουσαμιά - Sesamum indicum (sesame) Η σουσαμιά είναι μονοετές φυτό και ο σπόρος του περιέχει μέχρι και 50% έλαιο, ανάλογα με την ποικιλία. Το φυτό αυτό καλλιεργείται από το 4000 π.χ. από τους Πέρσες. Σήμερα καλλιεργείται σε τροπικές και υποτροπικές περιοχές όπως την Ινδία, την Κίνα, τη Νιγηρία, το Σουδάν, το Μεξικό και τη Γ ουατεμάλα. Οι στρεμματικές αποδόσεις κυμαίνονται από 150 με 200 κιλά. Στην Ελλάδα δεν καλλιεργείται η σουσαμιά. 3.7 Λινάρι - Linus usitatissimum (lin, flax) Το λινάρι είναι μονοετές φυτό και η καταγωγή του είναι από τη Μεσόγειο. Το 2500 π.χ. οι Αιγύπτιοι το χρησιμοποιούσαν ως κλωστικό για τη δημιουργία ρουχισμού. 15

16 Σήμερα, η καλλιέργειά του συναντάται στην Ευρώπη, τον Καναδά, την Αργεντινή και στις Η.Π.Α., για τις ίνες και το σπόρο του. Στην Ελλάδα δεν καλλιεργείται τώρα πια λινάρι αν και υπάρχουν ενδείξεις πως τον 5ο αιώνα π.χ. είχε καλλιεργηθεί. η απόδοσή του κατά μέσο όρο κυμαίνεται από 150 με 200 κιλά σπόρος ανά στρέμμα και ο σπόρος του περιέχει περίπου 34% με 37% έλαιο. 3.8 Αραχίδα - Arachis hypogaea (groundnut, Arachis, peanuts) Η αραχίδα, το γνωστό σε όλους μας αράπικο φιστίκι, είναι μονοετές φυτό και η καταγωγή του είναι από τη Βραζιλία. Από το 3000 π.χ. οι Ίνκας καλλιεργούσαν το φυτό αυτό. Στην Ευρώπη ήρθε από τους πρώτους εξερευνητές, Ισπανούς και Πορτογάλους, και στη συνέχεια διαδόθηκε στις υπόλοιπες χώρες. Σε κάποιες χώρες, όπως, η Κίνα, η Ινδία, η Δ. Αφρική, η Ιαπωνία, η Κορέα και οι ΗΠΑ, η αραχίδα είναι ένα από τα κυριότερα ελαιούχα φυτά μεγάλης καλλιέργειας. Στις Μεσογειακές χώρες, όπως και στην Ελλάδα όπου ευδοκιμεί η ελιά, η αραχίδα χάνει τη σημασία της ως πηγή βρώσιμου λαδιού. Στην Ελλάδα μόνο στρέμματα καλλιεργούνται αν και το κλίμα της είναι κατάλληλο για την σωστή ανάπτυξη του φυτού αυτού. Τα σπέρματα της αραχίδας περιέχουν περίπου 48% με 58% έλαιο και η απόδοση της καλλιέργειας σε βιοκαύσιμα ξεπερνά τα 100 λίτρα ανά στρέμμα. Θα πρέπει να τονίσουμε πως το αραχιδέλαιο ήταν το πρώτο 16

17 καύσιμο που χρησιμοποίησε ο Ρούντολφ Ντίζελ, για την λειτουργία του ομώνυμου κινητήρα του. 3.9 Ατρακτυλίδα - Carthamus tinctorius (safflower) Η ατρακτυλίδα είναι ένα μονοετές φυτό και κατάγεται από την Ινδία και τη Β. Αφρική. Η καλλιέργειά της γίνεται κυρίως για τα ελαιούχα σπέρματά της, καθώς περιέχουν 32% με 40% έλαιο. Η καλλιέργειά της συναντάται κυρίως στην Ινδία, το Πακιστάν, το Ιράν, τη Β. Αφρική και την Αυστραλία. Στην Ελλάδα δεν καλλιεργείται, αλλά έχουν γίνει κάποιες δοκιμαστικές καλλιέργειες Φοίνικας (elaeis guineensis) Ο φοίνικας καλλιεργείται σε τροπικές χώρες και παράγονται 200 κιλά φοινικέλαιου ανά στρέμμα. Εξαιτίας της υψηλής ζήτησής του παγκοσμίως, έχει δημιουργηθεί ένα τεράστιο περιβαλλοντικό πρόβλημα σε τροπικές αναπτυσσόμενες χώρες όπως, η Μαλαισία και η Ινδονησία, όπου καταστρέφονται τα τροπικά δάση για να καλλιεργηθεί ο φοίνικας. Από τον καρπό του παίρνουμε δύο 17

18 είδη ελαίου: το φοινικέλαιο και το έλαιο που προέρχεται από τους σπόρους και τους καρπούς. Το φοινικέλαιο προέρχεται από τη σάρκα και έχει σκούρο κίτρινο ως κίτρινο-κόκκινο χρώμα και γλυκιά γεύση. Από την άλλη, το έλαιο που προέρχεται από τους σπόρους και καρπούς, είναι λευκό ή κίτρινο, με ευχάριστη οσμή και γεύση. Το φοινικέλαιο είναι πρωτογενές υλικό και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για την παραγωγή βιοντίζελ. Έτσι, πρώτα θα πρέπει να επεξεργαστεί και να επαναπεξεργαστεί. Η Μαλαισία παράγει το μισό περίπου φοινικέλαιου του πλανήτη, μια τεράστια παραγωγή Καρύδα (cocos nucifera) Η καρύδα είναι και αυτό ένα ελαιούχο φυτό. Αρχικά αποξηραίνεται η ψίχα του, μέχρι η υγρασία να φτάσει τα 5-7% και στη συνέχεια από την αποξηραμένη ψίχα (copra) παίρνουμε το έλαιο. Για την παραγωγή 1 τόνου copra απαιτούνται καρύδες. Από ένα κιλό αποξηραμένης καρυδόψιχας παίρνουμε 650gr ελαίου. Οι κύριες παραγωγοί χώρες της καρύδας είναι η Ινδονησία, οι Φιλιππίνες, η Ινδία και η Βραζιλία. 18

19 3.12 Σπόροι φρούτων (κουκούτσια) Στα φρούτα και ειδικά στους σπόρους των φρούτων βρίσκονται σε αφθονία φυτικά έλαια, που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει από 35% μέχρι 65% (καρύδια). Η κατάληξη των σπόρων (κουκούτσια) είναι ο κάδος των αχρήστων, αν και από αυτά υπάρχει αξιόλογη παραγωγή βιοντίζελ. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των ελαίων από τα κουκούτσια είναι ικανοποιητικές και συγκρίσιμες με φυτικά έλαια που έχουν χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μεθυλεστέρων. Συγκεκριμένα, το κουκούτσι του ροδάκινου είναι πλούσιο σε έλαιο γύρω στα 44% και καταλληλότερο, σε σχέση με τα υπόλοιπα κουκούτσια που μελετήθηκαν και καθίσταται ως ελκυστική πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοντίζελ Ρίκκινος ο Κοινός - Ricinus communis Ο ρίκκινος ο κοινός είναι ένα τροπικό φυτό και ανήκει στην οικογένεια των Ευφορβιδών (Euphorbacae). Είναι πολυετές φυτό, αλλά καλλιεργείται ως ετήσιο διότι είναι πολύ ευαίσθητο στον παγετό. Στα τροπικά κλίματα το ύψος του μπορεί να φτάσει και τα 12 μέτρα. Οι σπόροι και οι βλαστοί του είναι δηλητηριώδη. Στην Ινδία καλλιεργείται από την αρχαιότητα για τους σπόρους του που περιέχουν 40% με 60% 19

20 έλαιο. Από το φυτό αυτό παράγεται έλαιο, το καστορέλαιο ή ρητινέλαιο ή κικινέλαιο ή ρετσινόλαδο. Η παγκόσμια παραγωγή του φθάνει τον 1 εκατ. τόνους. Οι χώρες που παρουσιάζουν μεγάλη παραγωγή είναι η Ινδία, η Κίνα, η Βραζιλία και πρώην Σοβιετική Ένωση. Στην χώρα μας δεν καλλιεργείται αν και έχει γίνει επιστημονική έρευνα για το φυτό αυτό ως εναλλακτική λύση στην αναδιάρθρωση των καλλιεργειών στη νότια Ελλάδα. Το φυτό καλλιεργούμενο ως ετήσιο, αποδίδει σε σπόρο μέχρι και 270 κιλά ανά στρέμμα. Το έλαιο αυτό είναι κιτρινωπό και άοσμο και τα παράγωγά του βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στην κατασκευή σαπουνιών, λιπαντικών, υδραυλικών, υγρών φρένων κ.α. είναι ένα από τα πιο σημαντικά βιομηχανικά έλαια και υπήρξε από τα πιο εξαγώγιμα διεθνή εμπορικά προϊόντα. Το καστορέλαιο έχει μια ασυνήθιστη χημική σύνθεση, η οποία το καθιστά πολύτιμο. Αποτελείται από 94% τριακυλογλυκερίδια, 3,4% μονογλυκερίδια και 0,6% φωσφολιπίδια. Αυτά τα συστατικά κάνουν το καστορέλαιο ιδανικό έλαιο για την παραγωγή βιοντίζελ, μετά τη διαδικασία της μετεστεροποίηση με κάποια αλκοόλη. Το 90% των λιπαρών οξέων του είναι ρικινολεϊκό οξύ, που είναι ένα μονοακόρεστο με 18 άτομα άνθρακα και μια χαρακτηριστική μονάδα υδροξυλίου στο δωδέκατο άτομο άνθρακα. Επιπλέον, το καστορέλαιο περιέχει 3 με 4 % ελαϊκά και λινελαϊκά οξέα, τα οποία αποδίδουν καλής ποιότητας βιοντίζελ. Έχει ικανό ιξώδες, ειδικό Λ βάρος (0,96-0,97 gr/cm) και είναι διαλυτό στην αλκοόλη, το διαιθυλαιθέρα και το χλωροφόρμιο. Το καστορέλαιο διατηρεί τη ρευστότητά του σε εξαιρετικά υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες. Η ρικίνη είναι το ενεργό δηλητήριο των καρπών του Ρίκκινου, μια δραστική, υδροδιαλυτή πρωτεΐνη. Η ρικίνη μένει στον πολτό μετά την εξαγωγή του ελαίου από τον καρπό και έτσι δεν περιέχεται στο καστορέλαιο. Τέλος, αποτελεί πρώτη ύλη για την παραγωγή νάιλον και άλλων συνθετικών ρητινών και νημάτων καθώς και βασικό συστατικό λαδιών μηχανών αγωνιστικών οχημάτων, όταν απαιτείται υψηλή μηχανική απόδοση και λιπαντικών μηχανών αεροπλάνων και πλοίων. 20

21 3.14 Φύκη (seaweed) Τα φύκια είναι υδρόβια φυτά που αναπτύσσονται σε γλυκά νερά αλλά και στη θάλασσα κατά μήκος των ακτών. Ανήκουν στα θαλλόφυτα, είναι συνήθως μακρόστενες ταινίες που συγκρατούνται σε ρίζες ή αιωρούνται στο νερό. Παρακάτω αναφέρονται μερικά είδη φυκιών : Πράσινα φύκια, τα οποία έχουν μεγάλες ποσότητες χλωροφύλλης και ζουν σε χαμηλό βάθος νερού. Φαιά φύκια ή φαιοφύκια, που περιέχουν φουκοξανθίνη και ζουν σε μεσαία στρώματα νερού. Κόκκινα φύκια ή ροδοφύκια, που περιέχουν φυκοερυθρίνη και ζουν σε μεγάλα βάθη. Θαλασσιόφυκια, τα οποία είναι μια επιμιξία των παραπάνω. Τα φύκια τα οποία βρίσκονται σε μεγάλες ποσότητες στη φύση, χρησιμοποιούνται με διάφορους τρόπους στη γεωργία, στη βιομηχανία, στη φαρμακευτική και ως είδος διατροφής. Σε χώρες τις βόρειας Ευρώπης τα φύκια, σε μεγάλο βαθμό τα χρησιμοποιούν ως λίπασμα, αφού πρώτα στραγγιστούν, ξεραθούν και μετατραπούν σε ουσίες ικανές να εμπλουτίζουν το χώμα. Όταν καούν δίνουν ποτάσα, σόδα και ιώδιο, δηλαδή στοιχεία που περιέχουν. Επιπλέον, από απολιθωμένα φύκια και κελύφη διατομών παράγεται η τριπολίτιδα γη. Σήμερα, υπάρχει μεγάλος αριθμός βιομηχανιών που χρησιμοποιούν τα φύκια ως πρώτη ύλη. Τα φύκια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που μπορούν και αναπτύσσονται μέσα σε λύματα και στο θαλασσινό νερό, μόνο από το φως του ήλιου και το CO2. Το γλοιώδες αυτό πράσινο υλικό μπορεί να μετατραπεί σε βιώσιμο καύσιμο ύστερα από μια ειδική επεξεργασία. Αυτό μπορεί να συμβεί ως εξής : τα φύκια τοποθετούνται μέσα σε πλαστικούς σωλήνες, με τη βοήθεια των οποίων απορροφά CO2, που αποδίδουν κάποιες καμινάδες. Τα φύκια δεν περιορίζουν απλώς τα αέρια ενός εργοστασίου που είναι υπεύθυνα για την υπερθέρμανση του πλανήτη, αλλά ταυτόχρονα καταβροχθίζουν και άλλους ρύπους. Από κάποια φύκια παράγεται και 21