Διάχυση ενός ευρωπαϊκού μοντέλου για την παραγωγή βιοαιθανόλης 1 ης γενιάς σε αποκεντρωμένες μονάδες. Οδηγός για Εκπαιδευτές

Transcript

1 Διάχυση ενός ευρωπαϊκού μοντέλου για την παραγωγή βιοαιθανόλης 1 ης γενιάς σε αποκεντρωμένες μονάδες Οδηγός για Εκπαιδευτές

2 1

3 ΟΔΗΓΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΩΝ Τεχνικός οδηγός γλυκού σόργου για αγροτικούς συνεταιρισμούς Ιστοσελίδα έργου: Διαδικτυακή κοινότητα: Εταίροι του έργου: Η αποκλειστική ευθύνη για το περιεχόμενο αυτής της δημοσίευσης ανήκει στους συντάκτες. Δεν αντιπροσωπεύει την γνώμη της Ευρωπαϊκής Κοινότητας. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή δεν είναι υπεύθυνη για οποιαδήποτε χρήση των πληροφοριών που περιέχονται σε αυτήν. 2

4 3

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΤΟ ΕΡΓΟ SWEETHANOL... 8 ΟΙ ΕΤΑΙΡΟΙ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΚΑΛΙΕΡΓΩΝΤΑΣ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΒΟΤΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ,, ΠΟΙΚΙΛΙΕΣ ΓΛΥΚΟΥ ΣΟΡΓΟΥ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΑΚΧΑΡΩΝ ΑΛΥΣΙΔΑ ΕΦΟΔΙΑΣΜΟΥ Ο ΣΕΝΑΡΙΟ Ο ΣΕΝΑΡΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΑΠΟ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΜΟΝΑΔΑ ΕΚΧΥΛΙΣΗΣ ΣΑΚΧΑΡΩΝ ΜΟΝΑΔΑ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ ΣΑΚΧΑΡΟΥΧΟΥ ΧΥΜΟΥ ΜΟΝΑΔΑ ΖΥΜΩΣΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΤΗΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΟΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΒΑΓΑΣΣΗ ΒΙΝΑΣΣΗ ΣΥΜΒΑΣΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΑΓΡΟΤΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΥΜΒΑΣΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ - ΟΡΙΣΜΟΣ ΣΥΜΒΑΣΕΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ - ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΣΥΜΒΑΣΕΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΤΑΛΙΑ - ΝΟΜΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΥΜΒΑΣΕΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΣΠΑΝΙΑ - ΝΟΜΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΥΜΒΑΣΕΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ - ΝΟΜΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΈΣΟΔΑ - ΈΞΟΔΑ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΑΓΡΟΤΕΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΣΟΡΓΟΥ ΣΤΗΝ ΑΣΙΑ

6 ΙΝΔΙΑ ΚΙΝΑ ΠΑΚΙΣΤΑΝ ΤΑΪΛΑΝΔΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο παρών εγχειρίδιο έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του έργου "SWEETHANOL» που T χρηματοδοτείται από το πρόγραμμα "Ευφυής Ενέργεια για την Ευρώπη" της Ευρωπαϊκής Επιτροπής. Στόχος του έργου "SWEETHANOL" είναι η διάδοση ενός μοντέλου για την παραγωγή βιοαιθανόλης 1 ης γενιάς από γλυκό σόργο. Το γλυκό σόργο είναι ένα φυτό γνωστό στον επιστημονικό κύκλο για τα πλεονεκτήματα του σε σχέση με άλλες καλλιέργειες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Τα ευρωπαϊκά εργοστάσια βιοαιθανόλης χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη κυρίως τα σιτηρά και λιγότερο τον αραβόσιτο για τις ανάγκες τους. Το έργο επιδιώκει να αλλάξει την τρέχουσα κατάσταση και να διαδώσει την χρήση του γλυκού σόργου ως μοναδικής ή συμπληρωματικής πρώτης ύλης, το οποίο μπορεί να καλλιεργηθεί στις νότιες περιοχές της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Ο οδηγός αυτός δημιουργήθηκε για να παρέχει βοήθεια στους εκπαιδευτές κατά τη διάρκεια των σεμιναρίων κατάρτισης των αγροτικών συνεταιρισμών. Περιέχει πληροφορίες σχετικά με την καλλιέργεια του γλυκού σόργου, την επεξεργασία της νωπής βιομάζας, την αλυσίδα ανάπτυξης και άλλες πολύτιμες πληροφορίες που προέρχονται από τον «Πρώτο», τον «Τεχνικό», τον «Διοικητικό» και τον «Διατομεακό" οδηγό του έργου. Είναι διαθέσιμος σε ηλεκτρονική μορφή, μέσω της ιστοσελίδας ( του έργου και στην online κοινότητα ( του έργου Sweethanol, μαζί με τους άλλους οδηγούς, σε τέσσερις γλώσσες: Αγγλικά, Ιταλικά, Ισπανικά και Ελληνικά. Το κείμενο αυτού του οδηγού συνέταξαν οι: Michela Pin, Denis Picco και Alessia Vecchiet από το Κέντρο Θεωρητικής και Εφαρμοσμένης Οικολογίας της Ιταλίας (CETA), Oscar León, Paloma Gonzàlez, Roberto Marcos και Anabel Elisa Ruiz από το Τεχνολογικό Κέντρο Ιδρύματος Cartif στην Ισπανία, Ιάκωβος Σαρηγιάννης, Κώστας Κωνσταντίνου, Ειρήνη Τσακιρίδου και Νίκος Ρέμβος από το Περιφερειακό Ενεργειακό Κέντρο Κεντρικής Μακεδονίας - ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ Α.Ε στην Ελλάδα, Luca D'Apote και Luisa Daidone από το INIPA Coldiretti στην Ιταλία, Marina Sanz Gallego, Maria Hernando Sanz and Mª Dolores Curt από την Ένωση για τη διάδοση της βιομάζας (ADABE) της Ισπανίας, Fernando Mosquera Escribano (Ομάδα για την Αγρο-Ενέργεια του Πολυτεχνικού Πανεπιστημίου της Μαδρίτης, Ισπανία), Λεωνίδας Κουιμτζής, Αθανάσιος Παπαδόπουλος και Αθανάσιος Μπάρτζιος από τον A Αγροτικό Συνεταιρισμό Χαλάστρας στην Ελλάδα. 30 Φεβρουαρίου 2012 Δρ. Κώστας ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ Κα. Ειρήνη ΤΣΑΚΙΡΙΔΟΥ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ ΑΕ/ΠΕΚΚΜ 6

8 7

9 ΤΟ ΕΡΓΟ SWEETHANOL Το έργο SWEETHANOL συγχρηματοδοτείται και υποστηρίζεται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή στο πλαίσιο εφαρμογής του προγράμματος ΙΕΕ II-2009 (Ευφυής Ενέργεια για την Ευρώπη/ Intelligent Energy Europe), δράση "ALTENER" - Νέες και Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Σχετίζεται με τη διάδοση ενός ευρωπαϊκού αειφόρου μοντέλου παραγωγής βιοαιθανόλης πρώτης γενιάς από γλυκό σόργο σε αποκεντρωμένες μονάδες. Το έργο αποτελείται από τις ακόλουθες τέσσερις δράσεις: - Απόκτηση τεχνογνωσίας για την παραγωγή βιοαιθανόλης από γλυκό σόργο. Κατά την διάρκεια εκπαιδευτικών επισκέψεων γεωργικών ερευνητικών οργανισμών καθώς και εργοστασίων παραγωγής βιοαιθανόλης, η ομάδα του έργου συγκέντρωσε στοιχεία σχετικά με τις τεχνικές καλλιέργειας, την απόδοση σε βιομάζα, την απόδοση σε βιοαιθανόλη, τη διαδικασία αποθήκευσης και μεταφοράς της πρώτης ύλης, τη διαδικασία μετατροπής των σακχάρων σε βιοαιθανόλη, το κόστος των επενδύσεων, τη κατανάλωση ενέργειας, το κόστος παραγωγής, την αξιοποίηση των υποπροϊόντων, κ.ά. - Συζήτηση για την ανάπτυξη ενός κοινού βιώσιμου ευρωπαϊκού μοντέλου με τους κυριότερους φορείς της αγοράς (αγρότες, αγροτικές ενώσεις, παραγωγοί βιοκαυσίμων, ΜΜΕ, γεωργικές επιχειρήσεις, επενδυτές, φορείς της τοπικής αυτοδιοίκησης, ενεργειακά γραφεία). - Οργάνωση ενημερωτικών σεμιναρίων. - Δημιουργία μιας online κοινότητας («κοινότητα Esse», στην οποία μπορούν να συμμετέχουν όλοι οι ενδιαφερόμενοι προκειμένου να ανταλλάσουν πληροφορίες γύρω απο την παραγωγή βιοαιθανόλης από γλυκό σόργο, να διαβάζουν σχετικά άρθρα, να ανταλλάσουν εμπειρίες, να θέτουν ερωτήματα, να συζητούν κ.ά. Το έργο επικεντρώνεται στην: - ενθάρρυνση των κυριότερων φορέων της αγοράς για την αύξηση της οικονομικής ανταγωνιστικότητας και της περιβαλλοντικής αειφορίας των βιοκαυσίμων, - υποστήριξη και προώθηση της εφαρμογής κριτηρίων βιωσιμότητας για τη παραγωγή βιοαιθανόλης, - αντιμετώπιση επίκαιρων ζητημάτων για τη χρήση γης και τη βιωσιμότητα. Οι κύριοι στόχοι του έργου είναι: - Η διάδοση της τεχνογνωσίας για την δημιουργία ενός ευρωπαϊκού βιώσιμου μοντέλου. Εκπρόσωποι διάφορων φορέων στην Ιταλία, την Ελλάδα και την Ισπανία είχαν την δυνατότητα να συζητήσουν γύρω από το βιώσιμο ευρωπαϊκό μοντέλο ενώ παράλληλα μελετήθηκαν τα τεχνολογικά, υλικοτεχνικά, οικονομικά, ενεργειακά, περιβαλλοντικά και διοικητικά θέματα. Οι φορείς ενημερώθηκαν προκειμένου να αναπτύξουν μια νέα επιχειρηματικότητα αυξάνοντας έτσι την οικονομική τους ανταγωνιστικότητα. Παράλληλα η εφαρμογή του μοντέλου αυτού στοχεύει στην αλλαγή της τρέχουσας κατάστασης σε ότι αφορά τη διαφοροποίηση της χρήσης των πρώτων υλών, την αποκέντρωση, την ανάπτυξη μιας ενεργειακής αλυσίδας παραγωγής βιοαιθανόλης και κυρίως την εξοικονόμηση εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. - Η καθημερινή ενημέρωση μέσω της δημιουργίας ενός δικτύου. 8

10 Οι ενδιαφερόμενοι φορείς μπορούν να αναμένουν καθημερινή ενημέρωση σχετικά με στοιχεία νομοθετικού, διοικητικού και τεχνικού χαρακτήρα που αφορούν την παραγωγή βιοαιθανόλης, μέσω της "Κοινότητας Esse". Η υπηρεσία καθημερινής ενημέρωσης, θα συμβάλλει στην διάδοση χρήσιμων πληροφοριών και στην προώθηση ενός υγιούς διαλόγου πάνω σε σχετικά επίκαιρα θέματα. Γίνε μέλος της κοινότητας ESSE Community Περισσότερες πληροφορίες για το έργο SWEETHANOL 9

11 ΟΙ ΕΤΑΙΡΟΙ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ CETA Κέντρο για την Θεωρητική και Εφαρμοσμένη Οικολογία Ιταλία Η C.E.T.A. δημιουργήθηκε το 1987 στην Γκορίτσια (Ιταλία) και είναι ένας μη κερδοσκοπικός οργανισμός που διεξάγει έρευνα, πραγματοποιεί πειράματα και δραστηριοποιείται στην ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών σε διαφόρους περιβαλλοντικούς τομείς: αειφόρος διαχείριση περιβαλλοντικών και φυσικών πόρων, προώθηση και διάδοση τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (βιομάζα, βιοαέριο, βιοκαύσιμα, ηλιακή ενέργεια, φωτοβολταϊκά, γεωθερμία), ενεργειακός σχεδιασμός, διάδοση επιστημονικών γνώσεων, μελέτες περιβαλλοντικών επιπτώσεων, εφαρμογή καινοτομιών για 2 ης και 3 ης γενιάς βιοκαύσιμα, έρευνα και ανάπτυξη ενεργειακών καλλιεργειών με περιορισμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Επιπλέον, η C.E.T.A. ασχολείται με διάφορα επιστημονικά πεδία απασχολώντας μια μεγάλη γκάμα επαγγελματιών όπως: μηχανικούς, γεωπόνους, βιολόγους, οικονομολόγους, αρχιτέκτονες κα. CARTIF - Τεχνολογικό Κέντρο Ισπανία Το CARTIF ιδρύθηκε το 1994 σαν ένα Τεχνολογικό Κέντρο Αυτοματισμού, Ρομποτικής, Πληροφορικής και Κατασκευών, ένας μη κερδοσκοπικός οργανισμός που επικεντρώθηκε στην εφαρμοσμένη έρευνα με βάση το Τεχνολογικό Πάρκο του Μποεσίγιο, Βαγιαδολίδ (Ισπανία). Από τον Οκτώβριο του 2005, το CARTIF λειτουργεί ως ένα κέντρο που στοχεύει στην συνεχή ικανοποίηση των παρακάτω βασικών στόχων: τον εντοπισμό τεχνολογικών αναγκών και την ανάπτυξη σχετικής τεχνογνωσίας βασισμένης στην Ε&Α, την υποστήριξη καινοτόμων τεχνολογιών, κυρίως των ΜΜΕ και την διάδοση των αποτελεσμάτων Ε&Α και καινοτόμων εφαρμογών. ΠΕΚΚΜ-Περιφερειακό Ενεργειακό Κέντρο Κεντρικής Μακεδονίας - ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ Α.Ε. Ελλάδα Η Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας και η Αναπτυξιακή Εταιρεία ΟΤΑ Ανατολικής Θεσσαλονίκης «ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ Α.Ε» το 1997 ίδρυσαν το Περιφερειακό Ενεργειακό Κέντρο Κεντρικής Μακεδονίας (Π.Ε.Κ.Κ.Μ) με την αρωγή της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Γενική Διεύθυνση για την Ενέργεια και τις Μεταφορές) στα πλαίσια του έργου SAVE. Οι κύριες δραστηριότητες του ΠΕΚΚΜ περιλαμβάνουν: τη συλλογή δεδομένων για την τοπική παραγωγή και τη κατανάλωση ενέργειας, την στήριξη των αρχών τοπικής αυτοδιοίκησης στο σχεδιασμό της ενεργειακής τους πολιτικής (Σχέδια Δράσεις Αειφόρου Ενέργειας), δραστηριότητες διάδοσης τεχνολογιών ΑΠΕ και ΟΧΕ, την υλοποίηση δράσεων κατάρτισης και εκπαίδευσης σε θέματα εξοικονόμησης ενέργειας, τη διαχείριση της κινητικότητας σε επίπεδο δήμων, την προώθηση των βιοκαυσίμων, τη στήριξη των τοπικών βιομηχανιών, των μικρομεσαίων επιχειρήσεων και του εμπορικό κλάδου, την προώθηση τεχνολογιών ΑΠΕ στον αγροτικό τομέα, συνεργασία με χώρες της ΕΕ σε προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας, συμμετοχή στον περιφερειακό σχεδιασμό για την ανάπτυξη και τη διαχείριση γεωθερμικών πεδίων κα. INIPA-Coldiretti - Εθνική Υπηρεσία Έρευνας, Κατάρτισης και Ανάπτυξης Γεωργικών Ειδών Διατροφής Ιταλία H INIPA είναι η Εθνική Υπηρεσία Έρευνας, Κατάρτισης και Ανάπτυξης Γεωργικών Ειδών Διατροφής της Εθνική Συνομοσπονδίας Αγροτών στην Ιταλία (Coldiretti), ένας αναγνωρισμένος μη 10

12 κερδοσκοπικός οργανισμός. Πρόκειται για έναν ενιαίο φορέα που δραστηριοποιείται σε όλη τη χώρα σε συνεργασία με άλλους οργανισμούς σε περιφερειακό επίπεδο. Η INIPA προωθεί την επιστημονική ενημέρωση και κατάρτιση των γεωργών, των οργανώσεων ανά περιφέρεια (σε συνεργασία με φορείς σε εθνικό και ευρωπαϊκό κοινοτικό επίπεδο) και συμμετέχει σε έρευνες που αφορούν τα αγροτικά προϊόντα. ADABE - Σύλλογος για την διάδοση της βιομάζας Ισπανία Ο Σύλλογος για την διάδοση της βιομάζας είναι μια εθνική ένωση μη κερδοσκοπικού χαρακτήρα που ιδρύθηκε το 1986 σύμφωνα με τη Γενική Διεύθυνση του Υπουργείου Εσωτερικών. Είναι ιδρυτικό μέλος της AEBIOM που ιδρύθηκε το 1990 με έδρα τις Βρυξέλλες. Ο Σύλλογος για την διάδοση της βιομάζας φέρνει σε επαφή άτομα και φορείς που εμπλέκονται στον τομέα της έρευνας, της τεχνολογίας, τη διάδοση και τη χρήση της βιομάζας στην Ισπανία. Α Αγροτικός Συνεταιρισμός Χαλάστρας Ελλάδα Ο Α Αγροτικός συνεταιρισμός Χαλάστρας βρίσκεται στο Δήμο Δέλτα, ιδρύθηκε το 1917 και αποτελεί τον πρώτο αγροτικό συνεταιρισμό της περιφέρειας. Διαθέτει ένα μεγάλο οργανωμένο συγκρότημα συγκέντρωσης, ξήρανσης και αποθήκευσης ρυζιού και αραβοσίτου, ένα πρατήριο εφοδίων, συλλεκτικές μηχανές για τη συγκομιδή του βαμβακιού και δύο σούπερ μάρκετ λιανικής πώλησης. 11

13 ΚΑΛΛΙΕΡΓΩΝΤΑΣ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ Εισαγωγή Ο όρος «Γλυκό Σόργο» χρησιμοποιείται για να περιγράψει ποικιλίες σόργου (Sorghum bicolor (L.) Moench) με υψηλή συγκέντρωση σακχάρων στα στελέχη τους. Το γλυκό σόργο θεωρείται μια αποδοτική καλλιέργεια με δυνατότητες χρήσης στην παραγωγή βιοαιθανόλης ως εναλλακτική πρώτη ύλη. Εικόνα 1: Γλυκό Σόργο, Βελτιωμένες ποικιλίες και υβρίδια, ICRISAT πιλοτική καλλιέργεια. Το γλυκό σόργο καλλιεργείται ευρέως στις Ηνωμένες Πολιτείες από το 1852, σήμερα καλλιεργείται κυρίως για την παραγωγή σιροπιού και ζωοτροφής. Εκτός από τις χρήσεις αυτές, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Το σιρόπι από γλυκό σόργο χρησιμοποιείται ως: επιτραπέζιο σιρόπι, στο γάλα, ως συνοδευτικό στις τηγανίτες και το ψωμί, ως γαρνιτούρα σε σαλάτες και παγωτά, ως γλυκαντικό σε κέικ και μπισκότα, σε φαρμακευτικά σκευάσματα και για στην παραγωγή αλκοόλ. Στην Κίνα παράγουν το "Maotai", το οποίο είναι γνωστό κινέζικο λικέρ που δημιουργείται από την απόσταξη του γλυκού σόργου και η περιεκτικότητα του σε αλκοόλ κυμαίνεται από 35% κατ 'όγκο ως 53%. Στη Μινεάπολη μια εταιρεία παράγει μπύρα χωρίς γλουτένη, γνωστή ως Bard που παράγεται επίσης από γλυκό σόργο. Το γλυκό σόργο ως πρώτη ύλη για την παραγωγή αιθανόλης άρχισε να μελετάται ήδη από το Ο χυμός από γλυκό σόργο μπορεί να μετατραπεί σε αιθανόλη χρησιμοποιώντας την ήδη διαθέσιμη συμβατική τεχνολογία ζύμωσης (παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται για την παραγωγή αιθανόλης από χυμό ζαχαροκάλαμου στη Βραζιλία). Η βαγάσση (θρυμματισμένα στελέχη), που απομένει με την απομάκρυνση του χυμού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. 12

14 2 3 4 Εικόνα 2: Σιρόπι από γλυκό σόργο i Picture 3: Σιρόπι από γλυκό σόργο ii Εικόνα 4: Κινέζικο λικέρ, Maotai Εικόνα 5: Μπύρα από γλυκό σόργο iii Συνήθως, οι ποικιλίες του γλυκού σόργου έχουν χαμηλή απόδοση σε καρπό, αλλά πρόσφατα στην Κίνα και την Ινδία έχουν αναπτυχθεί ποικιλίες με ικανοποιητική παραγωγή σακχάρων από τους καρπούς. Οι ποικιλίες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για δυο σκοπούς, η συγκομιδή των καρπών να χρησιμοποιηθεί για ανθρώπινη ή ζωική κατανάλωση και τα σάκχαρα από τα στελέχη να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή αιθανόλης. Εναλλακτικά, οι ποικιλίες αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αποκλειστικά για τη παραγωγή βιοενέργειας, όπου τα σάκχαρα και ο καρπός θα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αιθανόλης. Σε όλες τις ποικιλίες, ο κύριος υδατάνθρακας είναι η σακχαρόζη, με διάφορες ποσότητες σε σάκχαρα και άμυλο. Οι ποικιλίες γλυκού σόργου χαρακτηρίζονται από τη συσσώρευση υψηλών επιπέδων ζυμώσιμων υδατανθράκων (FC) (15-23%) μέσα στα στελέχη. Στο σύνολο οι FC αποτελούνται από τρία βασικά σάκχαρα: Σακχαρόζη (70%), γλυκόζη (20%), και φρουκτόζη (10%), η μεταβολή των ποσοστών αυτών εξαρτάται από την ποικιλία και τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούν. 13

15 Σημειώνεται ότι στις περισσότερες ποικιλίες πετυχαίνεται και δεύτερη κοπή (Εικόνα 6). Η περιεκτικότητα σε σάκχαρα από το αδέλφωμα των στελεχών είναι αρκετά χαμηλότερη από τα στελέχη της πρώτης κοπής. Εικόνα 6: Αδέλφωμα γλυκού σόργου, ICRISAT πιλοτική καλλιέργεια. Επί του παρόντος, υπάρχει ένας περιορισμένος αριθμός ποικιλιών γλυκού σόργου διαθέσιμοι αυτή την στιγμή στο εμπόριο. Τα χαρακτηριστικά μιας ιδανικής ποικιλίας, είναι τα ακόλουθα: (1) παράγωγη υψηλής απόδοσης βιομάζας ανά στρέμμα, (2) ανθεκτικότητα στο πλάγιασμα, (3) υψηλή περιεκτικότητα σε χυμό, (4) υψηλή περιεκτικότητα σε διαλυτά στερεά σάκχαρα, (5) ανθεκτικότητα σε ασθένειες και έντομα, (6) ανθεκτικότητα στην ξηρασία, (7) ανθεκτικότητα στο υπερβολικό νερό, και (8) παραγωγή υψηλής ποιότητας σιρόπι. Οι ποικιλίες με την προσαρμογή τους στις διάφορες εδαφικές και κλιματικές συνθήκες διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό βάση αυτών των χαρακτηριστικών. Οι δαπάνες που συνδέονται με την μεταφορά του γλυκού σόργου στο εργοστάσιο παραγωγής βιοαιθανόλης αποτελούν τον κύριο περιοριστικό παράγοντα για το εάν η παραγωγή βιοαιθανόλης μπορεί να είναι τελικά επικερδής. 14

16 Περιγραφή Βοτανολογίας Το γλυκό σόργο είναι ετήσιο ποώδες φυτό, ανάλογα με την ποικιλία και την δυνατότητα δεύτερης κοπής. Τα στελέχη Τα στελέχη του σόργου είναι παρόμοια με του ζαχαροκάλαμου. Το χαρακτηριστικό αυτό αποτελεί εξαίρεση για την οικογένεια των ποωδών, όπου ανήκει το γλυκό σόργο. Τα στελέχη αποτελούνται από ένα μεταβλητό αριθμό εναλλασσόμενων γονάτων και μεσογονατίων. Το ύψος τους κυμαίνεται από 0,5 έως 5 m και το πλάτος της βάσης του στελέχους από 1,5 έως 5 cm. Η κάθετη διατομή του στελέχους αποτελείται από ένα εξωτερικό στέμμα που φέρει πολυάριθμες αγγειακές δέσμες, πυκνά τοποθετημένες. Μέσα σε αυτό το στέμμα υπάρχει μαλακός ιστός που αποτελείται κυρίως από παρεγχυματικούς ιστούς, όπου εμφανίζονται ορισμένα διασκορπισμένα αγγεία. Τα περισσότερα από τα σάκχαρα, κυρίως σακχαρόζη, συσσωρεύονται σε αυτό το τμήμα του φυτού. Τα χαρακτηριστικά κάθε ποικιλίας αλλά και οι συνθήκες καλλιέργειας όπως η διάταξη των φυτών και οι κλιματικές συνθήκες (δηλ. περίοδος φωτός και θερμοκρασία) έχουν μια σημαντική επιρροή στην δυνατότητα ανάπτυξης τέτοιων παραφυάδων. Εικόνα 7 (δεξιά): Στελέχη γλυκού σόργου, ICRISAT πιλοτική καλλιέργεια. Εικόνα 8 (αριστερά): Καρπός γλυκού σόργου Το γλυκό σόργο αναπτύσσει συνήθως από 7 έως 24 αντιδιαμετρικά τοποθετημένα φύλλα κατά μήκος του στελέχους ανάλογα με την ποικιλία και τον τελικό βαθμό ανάπτυξης. Συνήθως αναπτύσσεται ένα φύλλο ανά κόμβο. Τα φύλλα έχουν ανοιχτό πράσινο χρώμα, παράλληλη διάταξη νευρών, και φέρουν μια μακριά θήκη που αγκαλιάζει το στέλεχος και ένα λεπιδοφόρο φύλλο το μήκος του οποίου κυμαίνεται από 30 έως 15

17 135 εκατ. και πλάτος από 1.5 έως 13 εκατ. Το φύλλο είναι επίπεδο, αν και σε περίπτωση έλλειψης νερού μπορεί να διπλώσει προς τα πάνω, όπως συμβαίνει στον αραβόσιτο. Στόματα διαπνοής συναντώνται και στις δύο πλευρές του φύλλου. Άνθιση Η ταξιανθία είναι φόβη συμπαγής ή αραιή και από τους κόμβους των διακλαδώσεων της εκφύονται τα σταχύδια. Το μήκος της δεν είναι σταθερό και όταν η ταξιανθία είναι πλήρως ανεπτυγμένη, μπορεί να φτάσει τα 60 cm (περιλαμβάνεται το στέλεχος). Κάθε σταχύδιο αποτελείται από δυο λέπυρα και δυο άνθη, το ένα γόνιμο και το άλλο άγονο. Το γόνιμο άνθος αποτελείται από το χιτώνα και τη λεπίδα, τρεις στήμονες και ύπερο. Καρπός Είναι μονός ή καρυόψη με μια κατά προσέγγιση στρογγυλευμένη μορφή και διαφορετικούς χρωματισμούς, ανάλογα με την ποικιλία. Ο καρπός του γλυκού σόργου είναι συνήθως μικρότερος από αυτόν του καρποδοτικού σόργου. Το βάρος χιλίων σπόρων είναι περίπου 21 γραμμάρια, με μια διακύμανση μεταξύ γραμμάρια. Σύστημα Ριζών Το σύστημα ριζών είναι τυχαίο με ινώδεις και πλευρικές ρίζες και μπορεί να εκτείνεται μέχρι και 1,5m. Η κύρια ρίζα έχει μορφή που μοιάζει με αυτή της οικογένειας των ποωδών, γερνά πρόωρα και αντικαθίσταται από ρίζες που δημιουργούνται στο υπόγειο μέρος του στελέχους. Επιπλέον, το γλυκό σόργο αναπτύσσει ρίζες-στηρίγματα από τους οφθαλμούς βάσης με παρόμοιο τρόπο όπως ο αραβόσιτος, οι οποίες βοηθούν στην υποστήριξη του στελέχους. Τεχνικές Καλλιέργειας iv,v,vi Για να παρακινηθούν οι τοπικοί αγρότες να καλλιεργήσουν γλυκό σόργο, θα πρέπει να είναι διαθέσιμα σπόροι, ζιζανιοκτόνα και λιπάσματα. Επιλογή γης Μια μεγάλη ποικιλία εδαφών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή γλυκού σόργου αλλά το έδαφος που έχει τα καλύτερα φυσικά χαρακτηριστικά και καλή γονιμότητα παρουσιάζει την καλύτερη δυνατή απόδοση. Σε γενικές γραμμές, τα αμμώδη εδάφη είναι τα καλύτερα για την ανάπτυξη του γλυκού σόργου, ωστόσο, τα εδάφη παράγουν εξαιρετικό γλυκό σόργο όταν εμπλουτιστούν. Τα εδάφη πλούσια σε οργανική ύλη έχουν αρνητική επίδραση στην ποιότητα του παραγόμενου σιροπιού. Το έδαφος πρέπει να έχει καλή αποστράγγιση και το χώμα πρέπει να είναι βαθύ και μέτρια έως καλά στραγγισμένο. Αβαθή εδάφη ή εδάφη με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη μπορεί να είναι ξηρά. Άφθονη υγρασία κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου είναι σημαντική για την καλή απόδοση σε στελέχη και χυμό. Τα αργιλώδη εδάφη συνήθως έχουν μικρή απόδοση παραγωγής και κακής ποιότητας σιρόπι. Το γλυκό σόργο ταιριάζει συνήθως σε πιο διαδεδομένα συστήματα αμειψισποράς. Μπορεί να αναπτυχθεί με επιτυχία μετά από καλλιέργεια καλαμποκιού ή σόγιας. Το όργωμα θα πρέπει να γίνεται νωρίς την άνοιξη, ώστε το έδαφος να αναδομείται πριν από την σπορά του γλυκού σόργου. Το γλυκό σόργο δεν πρέπει να καλλιεργείται σε εκτάσεις που προϋπήρχε καλλιέργεια καπνού. 16

18 Το γλυκό σόργο μπορεί να παραχθεί σε ένα ευρύ φάσμα ειδών εδάφους, αλλά οι αποδόσεις είναι συνήθως υψηλότερες σε βαθιά, καλά στραγγιγμένα εδάφη με καλή γονιμότητα. Το σόργο που παράγεται σε ρηχά εδάφη ή εδάφη με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη μπορεί να είναι πιο ευαίσθητο στην ξηρασία. Αν και το σόργο είναι πιο ανεκτικό στην ξηρασία από πολλές άλλες καλλιέργειες, η άφθονη υγρασία κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου είναι σημαντική για την καλή απόδοση των στελεχών και του χυμού. Προετοιμασία εδάφους Επαρκής προετοιμασία των αγρών απαιτείται για να διευκολυνθεί η ανάπτυξη των φυτών και να αφαιρεθούν τα ζιζάνια με τη χρήση ζιζανιοκτόνων (π.χ. glyphosate). Η προετοιμασία εδάφους γίνεται λαμβάνοντας υπόψη το σύστημα άρδευσης που είναι διαθέσιμο. Το σόργο έχει μια καλή ανταπόκριση στη μέθοδο άρδευσης με στενά και αβαθή αυλάκια που αποτρέπει τον σχηματισμό λιμναζόντων υδάτων. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να δημιουργηθούν αυλάκια και αναχώματα στο στάδιο της προετοιμασίας του εδάφους. Σε περίπτωση άρδευσης με τεχνητή βροχή ή σταγονίδια η επιφάνεια του εδάφους ισοπεδώνεται ή διατηρείται επίπεδη. Περίοδος Σποράς Το γλυκό σόργο είναι καλλιέργεια ζεστής περιόδου που ανέχεται την ξηρασία και τις υψηλές θερμοκρασίες καλύτερα από πολλές καλλιέργειες αλλά δεν αναπτύσσεται καλά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η αύξηση των σποριόφυτων είναι αργή στις περιπτώσεις όπου το γλυκό σόργο φυτεύτηκε νωρίς, με αποτέλεσμα ο έλεγχος των ζιζανίων να είναι πιο δύσκολος. Απεναντίας η καθυστερημένη φύτευση επιφέρει συχνά χαμηλή συνολική παραγωγή. Η έρευνα δείχνει ότι η καλύτερη περίοδος φύτευσης είναι από τα μέσα Απριλίου μέχρι τα μέσα Μαΐου. Στην Ελλάδα, προτείνεται η φύτευση των σπόρων του γλυκού σόργου δύο εβδομάδες μετά τη σπορά καλαμποκιού, και ειδικότερα όταν η θερμοκρασία εδάφους είναι o C. Γενικά η θερμοκρασία για τη σπορά του σόργου πρέπει να είναι υψηλότερη από ºC και δεν πρέπει να υπάρχει οποιοσδήποτε κίνδυνος παγετού. Η κατάλληλη υγρασία εδάφους εξαρτάται από τον τύπο εδάφους. Λαμβάνοντας υπόψη το κύκλο ζωής και το γεγονός ότι το στάδιο συγκέντρωσης σακχάρων επηρεάζεται από τις χαμηλές θερμοκρασίες, η σπορά στα μεσογειακά κλίματα πρέπει να εκτελεσθεί αρχές Μαΐου. Η σπορά εκτελείται συνήθως σε σειρές απόστασης στα 0.75m με μια απόσταση m ανά φυτό στη σειρά και βάθος >5 cm. Η δόση των σπόρων εξαρτάται από την ποικιλία και την βλαστική ικανότητα, με το ειδικό βάρος του σπόρου να κυμαίνεται συνήθως από 30 έως 70 σπόρους ανά gr. Πριν από την καλλιέργεια συστήνεται μια δοκιμαστική σπορά. Συνιστάται επίσης η εφαρμογή ζιζανιοκτόνου (π.χ. Gliphosate) για τον έλεγχο των ζιζανίων. Στην Ινδία vii Το γλυκό σόργο σπέρνεται κατά το μήνα Ιούνιο, που συμπίπτει με τους νότιο-δυτικούς μουσώνες και κατά τους μήνες Σεπτέμβριο-Οκτώβριο με τους βορειοανατολικούς μουσώνες και υδατόπτωση από 500 έως 600 χιλιοστά. Κατά την καλλιέργεια δεν είναι επιθυμητές οι υψηλές βροχοπτώσεις καθώς η υψηλή υγρασία του εδάφους ή οι συνεχής βροχές μετά την ανθοφορία μπορεί να παρεμποδίσουν την ανάπτυξη των σακχάρων. Εάν υπάρχει διαθέσιμη άρδευση η σπορά μπορεί να γίνει πριν από τον Ιούνιο, έτσι ώστε η καλλιέργεια να μην αντιμετωπίσει ισχυρές βροχοπτώσεις μετά την ανθοφορία αλλά κατά τη διάρκεια του τελευταίου μισού της καρποφορίας, της περιόδου 17

19 ωρίμανσης. Η σπορά κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής περιόδου μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλή απόδοση σε βιομάζα και σάκχαρα. Όλα τα εδάφη που έχουν μεσαίο βάθος (18"και άνω) και καλή αποστράγγιση είναι κατάλληλα. Ανάλογα με το είδος του εδάφους (κόκκινο, μαύρο, αργιλώδη) και το βάθος, οι ανάγκες σε νερό μπορεί να διαφέρουν. Οι ανάγκες σε νερό επηρεάζουν την καταλληλότητα της καλλιέργειας. Άρδευση Το γλυκό σόργο είναι γνωστό για την ανθεκτικότητά του στην ξηρασία και την ικανότητα του να αντιστέκεται μέχρι και για μήνες σε ξηρό κλίμα μέχρι να ξεκινήσουν οι βροχές. Παρ 'όλα αυτά το γλυκό σόργο χρειάζεται υγρασία για την ομοιόμορφη βλάστηση των σπόρων, ως εκ τούτου, συνιστάται εναέρια άρδευση κατ την φύτευση όταν υπάρχει ανεπαρκής υγρασία. Όπως για οποιαδήποτε άλλη αρδευόμενη καλλιέργεια, οι απαιτήσεις άρδευσης του γλυκού σόργου εξαρτώνται από την περιοχή (δηλ. το ισοζύγιο νερού επηρεάζεται από τα ύψη των θερμοκρασιών και των βροχοπτώσεων της περιοχής) καθώς και από το σύστημα άρδευσης που χρησιμοποιείται στη συγκεκριμένη καλλιέργεια. Εκτός αυτού, υπάρχει ο εγγενής παράγοντας των αναγκών της συγκεκριμένης ποικιλίας. Γενικά οι ανάγκες κυμαίνονται μεταξύ 500 και mm. Για αρκετές ποικιλίες γλυκού σόργου με συγκεκριμένες ανάγκες υδάτινων πόρων, η αποδοτική χρήση του νερού άρδευσης της καλλιέργειας μειώνεται σε περιπτώσεις περιοχών με περισσότερο διαθέσιμο νερό λόγω βροχοπτώσεων (στην κεντρική Ισπανία έχουν σημειωθεί τιμές νερού των kg db/m 3 νερού για την ποικιλία Keller). Το γλυκό σόργο μπορεί να αναπτυχθεί σε συνθήκες ελαφριάς λειψυδρίας αλλά οι αποδόσεις του επηρεάζονται. Απόσταση Φυτών viii Ο συνιστώμενος ρυθμός σποράς είναι 5-8 κιλά ανά εκτάριο για την επίτευξη πυκνότητας πληθυσμού 130, ,000 φυτά / εκτάριο. Κατά την φύτευση σε εδάφη με υγρασία, δημιουργούνται αυλάκια με βάθος 10 cm. Οι σπόροι φυτεύονται στο κάτω μέρος και καλύπτονται σε βάθος περίπου 2-3 εκατοστά. Για την φύτευση σε εδάφη με ξηρασία, τα αυλάκια πρέπει να γίνονται τουλάχιστον εκατοστά για να είναι σε θέση να κάνουν χρήση της παραμένουσας υγρασίας του εδάφους. Οι σπόροι τοποθετούνται στο κάτω μέρος, αλλά δεν καλύπτονται. Η πίεση του νερού του αρδευτικού σωλήνα θα καλύψει τους σπόρους. Το βάθος φύτευσης πρέπει να είναι μεγαλύτερο στα ελαφριά αμμώδη εδάφη και με μια πιο ρηχή κάλυψη στα αργιλώδη εδάφη. Το ιδανικό ποσοστό για σπορά για τις περισσότερες ποικιλίες είναι 3-4 σπόροι ανά αυλάκι για να επιτευχθεί αποτέλεσμα της τάξης 2-3 φυτά. Φύτευση με μεγαλύτερη απόσταση από 110 εκατοστά μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της απόδοσης. 18

20 Προστασία καλλιέργειας Εικόνα 9: Απόσταση καλλιέργειας γλυκού σόργου Από τα πρώτα στάδια της καλλιέργειας, δηλαδή από τη σπορά μέχρι περίπου όταν η φυτεία έχει ύψος 1 m, το σόργο είναι πολύ ευαίσθητο στον ανταγωνισμό των ζιζανίων. Η χρήση ζιζανιοκτόνου είναι επιβεβλημένη αμέσως μετά την σπορά. Καθώς η βλάστηση του σόργου είναι πολύ γρήγορη, η συγκομιδή μπορεί να επηρεαστεί εάν το ζιζανιοκτόνο εφαρμοστεί αργότερα. Εικόνα 10: Γλυκό Σόργο, Ανώτατο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης, Ελλάδα 19

21 Η εναλλαγή καλλιεργειών χρησιμοποιείται ευρέως για τον έλεγχο των ζιζανίων στον γλυκό σόργο. Δύο ή τρεις καλλιέργειες μπορεί να χρειαστούν για τον αποτελεσματικό έλεγχο των ζιζανίων σε ορισμένους τομείς. Τα ζιζανιοκτόνα δεν ενδείκνυνται για χρήση σε γλυκό σόργο. Πολυετή αγρωστώδη όπως το «Johnsongrass Bermudagrass» δεν ελέγχονται εύκολα. Τα χωράφια που είναι σε μεγάλο βαθμό μολυσμένα με αυτά τα ζιζάνια πρέπει να φυτευτούν με κάποια άλλη καλλιέργεια. Προστασία καλλιεργειών Τα παράσιτα και οι ασθένειες είναι παρόμοια με αυτές του καλαμποκιού και του ζαχαροκάλαμου στις περιοχές που αυτά καλλιεργούνται εκτεταμένα, όπως στις ΗΠΑ και την Βραζιλία. Κανένα παράσιτο ή ασθένεια δεν έχει παρατηρηθεί στις καλλιέργειες της Κεντρικής Ισπανίας, παρά μόνο περιστασιακή εμφάνιση ξυλοφάγων. Οι κύριες αβιοτικές ζημιές που μπορούν να πλήξουν το γλυκό σόργο είναι το κρύο και το πλάγιασμα των φυτών. 1. Κρύο: Η σωστή επιλογή των ποικιλιών (μήκος κύκλου) και η ημερομηνία σποράς είναι αναγκαία για την πρόληψη ζημιών λόγω κρύου. 2. Πλάγιασμα: Είναι απαραίτητη η σωστή επιλογή των ποικιλιών (ύψος φυτού, διάμετρος στελέχους) όπως επίσης και η σωστή επιλογή της συχνότητας αζωτούχου λίπανσης καθώς και της ημερομηνίας συγκομιδής. 3. Τοποθεσία: Σε χώρους όπου είναι πιθανή η ζημιά λόγω αέρα, συνιστώνται ποικιλίες μικρότερου ύψους με χαμηλότερη πιθανότητα πλαγιάσματος και χαμηλά ποσοστά σε άζωτο. Επιπλέον, προκειμένου να αποφευχθούν οι κίνδυνοι λόγω ανέμου κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου είναι καλύτερα να πραγματοποιείται η συγκομιδή όσο το δυνατόν συντομότερα. Οι ασθένειες του γλυκού σόργου ελέγχονται καλύτερα με εναλλαγή καλλιέργειας όπως η σόγια και η φύτευση ποικιλίας σόργου που είναι πιο ανθεκτική σε ασθένειες. Οι ίδιες ασθένειες που επηρεάζουν το σόργο επηρεάζουν και το γλυκό σόργο. Το γλυκό σόργο είναι ευπαθή σε διάφορες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων της ανθράκωσης (αποσύνθεση κόκκινου στελέχους) και σε κάποιους ιούς. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν μυκητοκτόνα για το γλυκό σόργο, οι ασθένειες αυτές πρέπει να ελέγχονται με τη χρησιμοποίηση ανθεκτικών ποικιλιών και με αμειψισπορά. Οι παλαιότερες ποικιλίες είναι πολύ ευαίσθητες σ' αυτές τις ασθένειες και δεν θα πρέπει να φυτεύονται για την παραγωγή σιροπιού. Η ποικιλία Dale είναι ανθεκτική στις περισσότερες ασθένειες. Οι "Keller" και "M81E" είναι ανθεκτικές στην αποσύνθεση του κόκκινου στελέχους (ανθράκωση) αλλά είναι ευαίσθητοι σε ιους. Η "Theis" είναι ανθεκτική στην αποσύνθεση κόκκινου στελέχους και στους ιούς. Για τον έλεγχο των εντόμων θα πρέπει να χρησιμοποιείται ολοκληρωμένη αντιμετώπιση επιβλαβών οργανισμών, περιλαμβάνοντας «αγροτικές, μηχανικές, βιολογικές ή χημικές επιλογές" (Bradley et al., 2009). Τα έντομα είναι συνήθως η χειρότερη απειλή σε συνθήκες ξηρασίας, ενώ τα σκουλήκια προκαλούν τη μεγαλύτερη ζημιά σε σόργο που φυτεύτηκε αργά. Τα περισσότερα ζιζανιοκτόνα είναι κατασκευασμένα για εφαρμογή σε χορτοδοτικό και καρποδοτικό σόργο. Θα πρέπει να διευκρινίζεται από τους κατασκευαστές εαν μπορεί να εφαρμοστεί σε γλυκό σόργο. Σε πιλοτικές καλλιέργειες στο Μισούρι, η «ατραζίνη» και το «metolachor» είχαν καλά αποτελέσματα στον έλεγχο των ζιζανίων. Πριν τη φύτευση, ο σπόρος είχε υποστεί κατεργασία με προστατευτικό ζιζανιοκτόνο «fluxofenin» για την ελαχιστοποίηση της ζημίας των καλλιεργειών. 20

22 Λίπανση Όπως άλλες καλλιέργειες, έτσι και το γλυκό σόργο χρειάζεται επαρκή θρεπτικά συστατικά για την καλή απόδοση της παραγωγή. Θα πρέπει να γίνονται δοκιμές του εδάφους για τον προσδιορισμό της ανάγκης σε ασβέστη, φώσφορο, κάλιο, ασβέστιο και μαγνήσιο. Η δόση της λίπανσης εξαρτάται από την εδαφολογική γονιμότητα και την επιθυμητή παραγωγικότητα. Στα μεσογειακά κλίματα, όπου η εδαφολογική γονιμότητα είναι πολύ χαμηλή ως μέτρια, οι ανάγκες λίπανσης είναι περίπου: kg N, 6-10 kg P 2 O5 και 6-10 K 2 0 ανά στρέμμα. Συνίσταται το άζωτο να εφαρμόζεται δύο φορές: πριν την σπορά και ημέρες μετά την αρχή της ανάπτυξης του φυτού. Το λίπασμα εφαρμόζεται στο κάτω μέρος του αυλακιού πριν την τοποθέτηση των σπόρων. Επιπρόσθετες Ενέργειες (21 μέρες μετά το φύτεμα). Αν χρησιμοποιείται "θειικό αμμώνιο" (21-0-0): Το ποσοστό πρέπει να είναι g/m σε διάστημα 100 εκατοστά, ενώ 18g/m σε απόσταση 75 cm. Αν χρησιμοποιείται "ουρία": 11-12g/m σε διάστημα 100 εκατοστά και 8-9g/m σε απόσταση 75 cm. Το άζωτο έχει την μεγαλύτερη συμβολή στην απόδοση και κατά πάσα πιθανότητα απαιτείται στα περισσότερα εδάφη. Πρακτικές γονιμοποίησης μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ποιότητα του σιροπιού. Το γλυκό σόργο είναι ένα από τα πιο ευαίσθητα φυτά για καλλιέργεια σε όξινα εδάφη. Πριν από τη φύτευση γλυκού σόργου, βεβαιωθείτε ότι το ph του εδάφους είναι μεγαλύτερο από 6,0. Λάιμ (lime) πρέπει να εφαρμοστεί σε εδάφη με ph κάτω από 6,0 για να διορθωθεί η οξύτητά τους. Υπερβολικές ποσότητες αζώτου μειώνουν την ποιότητα του σιροπιού. Έτσι, δεν πρέπει να ξεπερνιούνται οι συνιστώμενες ποσότητες και όλες οι παρεμβάσεις θα πρέπει να γίνονται πριν η καλλιέργεια φτάσει σε ύψος 0.8m. Όταν το γλυκό σόργο καλλιεργείται αμέσως μετά από την καλλιέργεια ψυχανθών, ο ρυθμός εφαρμογής αζώτου μπορεί να μειωθεί ή να εξαλειφθεί χωρίς να υπάρξει ζημία στην απόδοση. Αποφύγετε την καλλιέργεια σόργου σε εδάφη όπου υπάρχουν απόβλητα πτηνοτροφείων, καθώς το επίπεδο αζώτου στο έδαφος θα είναι υπερβολικό. Συγκομιδή Η συγκομιδή πραγματοποιείται όταν φθάνει η συγκέντρωση βιομάζας και σακχάρων στην αιχμή της. Ο βέλτιστος χρόνος συγκομιδής είναι συνήθως μετά από την ανάπτυξη της ταξιανθίας δεδομένου ότι η υψηλότερη συγκέντρωση σακχάρων συμβαίνει μετά την άνθηση. Προφανώς η ακριβής στιγμή εξαρτάται από την ποικιλία και τις κλιματικές συνθήκες. Συστήνεται ο συχνός προσδιορισμός της συγκέντρωσης σακχάρων στα στελέχη μετά το στάδιο της άνθισης, αν αυτό είναι δυνατό, τουλάχιστον το πρώτο έτος καλλιέργειας της ποικιλίας προκειμένου να καθοριστεί η απόδοσή της. Η συγκομιδή γλυκού σόργου αφορά τους μίσχους, δεδομένου ότι τα σάκχαρα του φυτού συγκεντρώνονται εκεί. Επομένως ο τρόπος με τον οποίο εκτελείται η συγκομιδή, είναι με την κοπή των στελεχών στη βάση τους και την απόρριψη των φύλλων. 21

23 Εικόνα : Συγκομιδή γλυκού σόργου Τα στελέχη πρέπει να μεταφερθούν στην μονάδα σύνθλιψης, το νωρίτερο δυνατό, καθώς με την πάροδο του χρόνου μειώνεται η περιεκτικότητα τους σε σάκχαρα. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να συνθλίβονται μέσα σε 48 ώρες αλλιώς η περιεκτικότητα σε σάκχαρα μειώνεται δραστικά. Υπάρχουν διάφορες μελέτες για τη μηχανοποίηση της συγκομιδής γλυκού σόργου. Μερικά από τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται είναι: θεριζοαλωνιστικές μηχανές ζαχαροκάλαμου, θεριστικές μηχανές που τεμαχίζουν και δεματιάζουν τα στελέχη και ενσιρωκοπτικές μηχανές. Στις ΗΠΑ, για την συγκομιδή του σόργου χρησιμοποιούνται οι μηχανές που χρησιμοποιούνται και για την συγκομιδή του καλαμποκιού, η παραγωγή όμως θα πρέπει να παραδίδεται αμέσως στο εργοστάσιο βιοαιθανόλης για την επεξεργασία των στελεχών. Αυτή είναι μια βολική μέθοδος, διότι συμβατικά μηχανήματα χρησιμοποιούνται και ως εκ τούτου, το κόστος λειτουργίας είναι χαμηλό. Το κύριο μειονέκτημα είναι ο υψηλός κίνδυνος απώλειας των σακχάρων. Η καλύτερη ποιότητα σιροπιού παράγεται όταν η συγκομιδή γίνεται στο στάδιο της ωρίμασης ή στο πρώιμο στάδιο. Γενικά το ποσοστό σακχαρόζης και σιροπιού αυξάνεται καθώς το στέλεχος περνάει από το στάδιο της ωρίμανσης στο πρώιμο στάδιο. Για την παραγωγή υψηλής ποιότητας σιροπιού, οι περισσότερες ποικιλίες πρέπει να συγκομίζονται όταν ο σπόρος είναι στο πρώιμο στάδιο. Άριστης ποιότητας σιρόπι μπορεί να παραχθεί και χωρίς την αφαίρεση των φύλλων. Ωστόσο, τα στελέχη δεν πρέπει να συνθλίβονται, εάν τα φύλλα είναι ακόμα υγρά. Συνίσταται καθυστέρηση σύνθλιψης για 3 έως 5 ημέρες. Η καθυστέρηση αυτή θα επιτρέψει τα φύλλα να στεγνώσουν, τα στελέχη να χάσουν λίγο νερό, και φυσικά τα ένζυμα στο στέλεχος να μετατρέψουν επιπλέον σακχαρόζη. Επειδή ο χυμός δεν μπορεί να διατηρηθεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα χωρίς να χαλάσει, η μετατροπή του σε σιρόπι αποτελεί μια εναλλακτική λύση. Μετά τη συγκομιδή Παρά το γεγονός ότι το γλυκό σόργο είναι μια ενδιαφέρουσα καλλιέργεια για τη βιοαιθανόλη ακόμη και στα εύκρατα κλίματα, έχει σημειωθεί μόνο μικρή πρόοδος στη διείσδυση αυτής της καλλιέργειας στη γεωργία. Ένας από τους λόγους είναι το μικρό χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ σποράς και συγκομιδής. Η περιεκτικότητα σε υγρασία στη συγκομιδή είναι πολύ υψηλή (70-22

24 80%) και οι θερμοκρασίες κατά το χρόνο συγκομιδής είναι ήπιες. Μετά λοιπόν από την κοπή ή τον τεμαχισμό, αρχίζει η απώλεια χυμού. Επιπλέον η αλλοίωση των σακχάρων (ανεπιθύμητες ζυμώσεις) ενεργοποιείται πολύ γρήγορα λόγω της υψηλής υγρασίας και της υψηλής συγκέντρωσης εύκολα ζυμώσιμων σακχάρων. Για να αποτραπούν οι ζυμώσεις, το γλυκό σόργο πρέπει να συγκομιστεί γρήγορα και η παραχθείσα συγκομιδή πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία στις σχετικές εγκαταστάσεις άμεσα. Στα εύκρατα κλίματα (π.χ. μεσογειακά κλίματα) η περίοδος συγκομιδής μειώνεται καθώς οι καιρικές συνθήκες μπορεί να οδηγήσουν σε ζημιές λόγω κρύου, πλαγιάσματος ή απώλειας σακχάρων. Με άλλα λόγια, το πρόβλημα είναι ο αντίκτυπος της υψηλής εποχικότητας αυτής της καλλιέργειας στην παραγωγή και στη βιομηχανική διαδικασία. Διάφορα μέτρα έχουν προταθεί για να αποτρέψουν τα προαναφερθέντα προβλήματα. Ένα από αυτά είναι να καλλιεργούνται ποικιλίες διαφορετικού μήκους κύκλου (από μικρό έως μεγάλο κύκλο ζωής) ή να συνδυαστούν διάφορες καλλιέργειες φυτών που σχετίζονται με την παραγωγή σακχάρων ώστε να αυξηθεί η περίοδος συγκομιδής & επεξεργασίας. Ένα άλλο μέτρο είναι να εξαχθεί ο χυμός των στελεχών, να επεξεργασθεί και να παραχθεί σιρόπι. Εικόνα 11: Συγκομιδή γλυκού σόργου, TOMMASO GUICCIARDINI/SCIENCE PHOTO LIBRARY Εικόνα 12: Θερισμός γλυκού σόργου με θεριζοαλωνιστική μηχανή, στην Φλόριντα 23

25 Ποικιλίες Γλυκού Σόργου ix Η επιλογή της ποικιλίας είναι εξαιρετικά σημαντική για να λάβει κανείς μια καλή παραγωγή. Οι ποικιλίες με μεγάλο κύκλο ζωής είναι συνήθως παραγωγικότερες απ ότι αυτές με σύντομο κύκλο ζωής. Εντούτοις, σε μερικές τοποθεσίες, οι ποικιλίες μεγάλων κύκλων δεν ενδείκνυται, επειδή οι θερμοκρασίες πρέπει να είναι υψηλές καθ όλη τη διάρκεια του κύκλου για να γίνει πλήρης εκμετάλλευση των δυνατοτήτων της ποικιλίας. Στα μεσογειακά κλίματα, αυτός ο όρος σημαίνει ότι η θερμοκρασία πρέπει να είναι ήπια ή θερμή το Σεπτέμβριο. Ποικιλίες μικρού κύκλου: η διάρκεια του κύκλου αυτών των ποικιλιών, στα μεσογειακά κλίματα, είναι περίπου 70 έως 90 ημέρες, από το φύτρωμα έως την άνθηση όπως οι ποικιλίες με την ονομασία Mer 60-2, Mer Soave, Atlas, Madhura. Ποικιλίες μεγάλου κύκλου: Μπορεί να χρειαστούν περίπου 110 ημέρες από το φύτρωμα έως την άνθηση όπως οι ποικιλίες με την ονομασία Keller, Dale, Wray. Άλλες σημαντικές ποικιλίες γλυκού σόργου που κυκλοφορούν σε διεθνές επίπεδο είναι οι: Rio, Dale, Brandes, Theis, Roma, Vani, Ramada και Keller. Τα υβρίδιο Madhura αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Αγροτικών Ερευνών Nimkar, Phaltan, Maharashtra. Η Dale είναι μια ενδιάμεση ποικιλία που αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ. Οι σπόροι είναι μικροί, κοκκινωποί καφέ και φυτρώνουν εύκολα. Η ποικιλία είναι ανθεκτική στην ανθράκωση των φύλλων και στην σήψη του στελέχους. Τα στελέχη είναι μεσαίου μεγέθους, έχουν όρθια ανάπτυξη και παράγουν άριστης ποιότητας σιρόπι. Η Della, είναι μια ενδιάμεση ποικιλία με καλή αντοχή στις ασθένειες, αναπτύχθηκε από τον Μπομπ Χάρισον, στο Πολυτεχνείο της Virginia και κυκλοφόρησε τον Δεκέμβριο του Η Della ωριμάζει περίπου μία εβδομάδα νωρίτερα από την Dale και περίπου 6 ημέρες αργότερα από την Drip. Η Della είναι υβρίδιο της Dale με προγενέστερη ημερομηνία λήξης. Είναι ανθεκτική στην ανθράκωση και είναι μετρίως ευαίσθητη σε επιθέσεις βακτηρίων. Η Della επηρεάζεται από την τοποθεσία όσο η Dale και είναι ευμετάβλητη στο ύψος των φυτών. Παράγει παρόμοιας ποιότητα σιρόπι με την Dale. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα είναι ότι η Della ωριμάζει μία εβδομάδα νωρίτερα από την Dale. Η ποικιλία Brandes κυκλοφόρησε το 1968 στις ΗΠΑ. Πρόκειται για μια όψιμη ποικιλία με εξαιρετικό ριζικό σύστημα και σκληρά στελέχη. Είναι ανθεκτική στην ανθράκωση των φύλλων και την σήψη του στελέχους. Παράγει καλής ποιότητας σιρόπι αλλά είναι πιο ευαίσθητη στην ξηρασία από ορισμένες ποικιλίες. Ο σπόρος είναι μικρός και λευκός και έχει καλή βλαστική ικανότητα. Η Georgia Blue Ribbon, είναι μια ποικιλία αβέβαιης προέλευσης, αναπτύσσεται δύσκολα και είναι ευαίσθητη στην πλειοψηφία των ασθενειών που προσβάλουν το γλυκό σόργο. Τα στελέχη είναι μικρότερα και πιο ζουμερά από εκείνα της Tracy. Η ποιότητα του σιροπιού είναι εξαιρετική. Ο σπόρος είναι μεσαίου μεγέθους και καφέ. Ωριμάζει περίπου στον ίδιο χρόνο με την Tracy. Η Honey είναι μια ποικιλία που καλλιεργείται από το USDA πριν από το Καλείται επίσης Honey Drip και Texas Seeded Ribbon. Παράγει επίσης εξαιρετικής ποιότητας σιρόπι αλλά είναι πιο επιρρεπείς σε σοβαρές ασθένειες. Ωριμάζει λίγες μέρες αργότερα από την Tracy. Η Texas Seeded Ribbon Simon είναι μια πολύ πρώιμης ωρίμανσης ποικιλία, άγνωστης προέλευσης. Ωριμάζει 7 ημέρες νωρίτερα από ό, τι η Drip. Έχει ένα αρκετά μικρό στέλεχος, χαμηλή απόδοση σε χυμό και είναι ευαίσθητη στις περισσότερες ασθένειες του σόργου. Το μόνο πλεονέκτημα για την Simon είναι ότι είναι κατάλληλη για φύτευση όπου η Drip δεν ωριμάζει. Η Simon είναι καλύτερα 24

26 προσαρμοσμένη στις περιοχές βόρεια του κέντρου της Ιντιάνα και του Οχάιο. Έχει καλές επιδόσεις στο Ουισκόνσιν, στη Μινεσότα και στη Νέα Υόρκη. Παράγει υψηλής ποιότητας σιρόπι. Η Sugar Drip είναι μία πρώιμη ποικιλία άγνωστης προέλευσης. Είναι πολύ ευαίσθητη σε πολλές ασθένειες. Οι σπόροι είναι μεσαίου μεγέθους και καφέ. Αυτή η ποικιλία είναι μία από τις πρώτες ποικιλίες που ωριμάζουν στα Νότια και γι 'αυτό είναι χρήσιμη για την πρώιμη παραγωγή σιροπιού. Θα πρέπει να συγκομίζεται νωρίτερα από άλλες ποικιλίες, επειδή είναι ευαίσθητη στις ασθένειες. Η Theis είναι μια ποικιλία που αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ, Meridian, Μισισιπή και κυκλοφόρησε το Ωριμάζει αργά παρόμοια με την Brandes και την Wiley. Η Theis μπορεί να φτάσει σε ύψος τα 12 έως 16 πόδια, αλλά έχει καλή αντοχή. Παρουσιάζει μεγάλο καφέ σπόρο. Η ποιότητα του σιροπιού είναι συνήθως εξαιρετική. Είναι εξαιρετικά ανθεκτική στην ανθράκωση των φύλλων και στη σήψη του στελέχους, έχει μέτρια αντίσταση στον περονόσπορο και είναι ανεκτική ως προς τον ιό νάνο. Η Tracy είναι μία πρώιμη ποικιλία που αναπτύχθηκε από το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ και κυκλοφόρησε το Μπορεί να φτάσει σε ύψος τα 9 έως 12 πόδια κάτω από ιδανικές συνθήκες και έχει τη δυνατότητα αδελφώματος. Η ποιότητα του σιροπιού μπορεί να είναι εξαιρετική, αλλά υπό ορισμένους όρους, ο χυμός μπορεί να περιέχει περισσότερο άμυλο απ ότι χρειάζεται για τον σωστό βρασμό. Η Tracy είναι ευαίσθητη στην ανθράκωση των φύλλων, την κόκκινη σήψη και τη σκουριά. Παράγει υψηλής παραγωγικότητας στελέχη αλλά η απόδοση σιροπιού ανά τόνο στελέχους είναι χαμηλή. Άλλα είδη υβριδίων x : Asgrow A571: Μεσαίου ύψους, μεσαία δύναμη στελέχους Dyna Gro 751B: Ψηλό, μεγάλη δύναμη στελέχους, FFR322: Μεσαίου ύψους, Garst 5515: Μεσαίου ύψους, μέση δύναμη στελέχους Golden Acres 444E: Μεσαίου ύψους, καλή δύναμη στελέχους, Pioneer 83G66: Μεσαίου ύψους, μέση δύναμη στελέχους, καταλληλότερα για ελαφριάς υφής εδάφη, αντίσταση στην ανθράκωση των φύλλων Southern States SS-800: Μικρό ύψος, ανοχή σε «MDMV» και «greenbug biotype C» Terral TV-9421:Μεσαίου ύψους, καλή δύναμη στελέχους, καταλληλότερα για ελαφριάς υφής εδάφη, ευαίσθητα σε ανθράκωση Terral TV-1050: Μεσαίου ύψους, ικανοποιητική δύναμη στελέχους, καταλληλότερα για αργιλώδη εδάφη, συνθήκες ξηρασίας Terral TV96H81(formerly TVX00981): Ψηλό, ικανοποιητική δύναμη στελέχους, Triumph 82-G: Μεσαίου ύψους, καλή δύναμη στελέχους, κατάλληλη για τους περισσότερους τύπους εδαφών, ευαίσθητο στη σήψη. Ο Πίνακας 1 παρέχει στοιχεία σχετικά με διάφορες ποικιλίες γλυκού σόργου ανάλογα με τον αριθμό των ημερών μέχρι τη ωρίμανσή τους. 25

27 Ποικιλία Γ.Σ. Μέρες Ύψος (m) Simon Sugar Dip Rox Orange Umbrella Della KNMorris Dale Keller Top Theis M81E Grassl (MN Πίνακας 1: Ποικιλίες γλυκού σόργου ανάλογα με τον αριθμό ωρίμανσής τους Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει τους βαθμούς Brix (περιεκτικότητα σε σάκχαρα) & άλλα αγρονομικά χαρακτηριστικά ορισμένων ποικιλιών γλυκού σόργου. Ποικιλία Μέρες για άνθηση Ύψος φυτού (cm) Βαθμοί Brix Βάρος νωπού στελέχους (gr/στέλεχος) Βάρος ξηρού στελέχους (gr/στέλεχος) Υγρασία στελέχους % Βλάστηση μετά από 10μέρες Dale % 80.0% Della % 80.0% Wray % 82.0% Rio % 90.0% M81E % 62.0% Theis % 31.0% Sugar Dip % 71.0% Brandes % 43.0% N. Sugar Cane % 21.0% Roma % 92.0% Top % 36.0% Grassl/MN % 60.0% Keller % 78.0% Norkan % 96.0% N % 95.0% Rox Orange % 75.0% G.Blue Ribbon % 50.0% Simon % 75.0% Sumac % 30.0% Rex % 32.0% Honey % 71.0% Minnesota Amber % 55.0% Πίνακας 2: Brix (περιεκτικότητα σε σάκχαρα) και άλλες χαρακτηριστικές αγρονομικές τιμές του γλυκού σόργου ανά ποικιλία, Πηγή: Δρ. Ismail Dweikat, University of Nebraska, USA 26

28 Προοπτική απόδοσης xi Για την εκτίμηση του περιεχομένου των σακχάρων στο χυμό, χρησιμοποιείται ένα σακχαρόμετρο ( ο Brix (%)). Θα πρέπει να χρησιμοποιείται ένα μοντέλο που αντισταθμίζει αυτόματα τη θερμοκρασία. Τιμές του Brix από 14 έως 20 ο θεωρούνται ικανοποιητικές για τη συγκομιδή. Προφανώς, όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε σάκχαρα στα στελέχη, τόσο μεγαλύτερη είναι η δυνατότητα απόδοσης αιθανόλης. Στον Πίνακα 3 και Πίνακα 4 παραθέτονται στοιχεία σχετικά με διάφορες ποικιλίες γλυκού σόργου ανάλογα με τις αποδόσεις τους. Ποικιλίες Μονάδες Theis M-81E Wray Keller Brandes Rio Στελέχη tn/ha Ζυμώσιμα Σάκχαρα tn/ha Αιθανόλη l/ha 6,159 5,607 5,981 6,131 3,696 3,617 Σπόροι kg/ha 6,674 6,213 1,426 1,960 3,500 2,866 Πίνακας 3: Ποικιλία Μονάδες Μέτρησης xii Απόδοση βιομάζας (ton/a) Ποσοστό στελέχους 1 % Υγρασία Στελέχους % Brix 2 Απόδοση Ζυμώσιμων Υδατανθράκων 3 (ton/a) Υπολογισμένη αιθανόλη 4 (gal/a) Northrup King Rox Orange Northrup King Keller Dale Northrup King 8361A M81E Northrup King LSD (.05) Πίνακας 4: Διαφορές ποικιλιών σε τελικές ετήσιες αποδόσεις βιομάζας, ποσοστό στελέχους, υγρασία στελέχους, Brix, ζυμώσιμη απόδοση υδατανθράκων, απόδοση αιθανόλης, καλλιέργειες Waseca, MN, xiii 1. Ξηρή βάση. 2. Υποθέτοντας 2.5 gal αιθανόλης/bu κόκκου καλαμποκιού και 14.7 lb ζυμώσιμοι υδατάνθρακες/gal αιθανόλης. Διετής μελέτη που διεξήχθη στη Βόρεια Ελλάδα, είχε σαν στόχο να εκτιμηθεί η παραγωγικότητα (βιομάζα, χυμός, σάκχαρα και συνολική θεωρητική απόδοση αιθανόλης) τεσσάρων ποικιλιών γλυκού σόργου (Sugar Graze, Μ-81Ε, Urja και Topper-76-6), μία ποικιλία καρποδοτικού σόργου (KN-300) και μία ποικιλία χορτοδοτικού σόργου (Susu) οι οποίες μπορούν να καλλιεργηθούν και σε μεσογειακό κλίμα. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν ότι το γλυκό σόργο παρέχει επαρκείς αποδόσεις ακόμα και όταν μεγαλώσει κάτω από υψηλές τιμές εδαφικής αλατότητας και με μειωμένη άρδευση. Αποδείχθηκε ότι το γλυκό σόργο μπορεί να παράγει επαρκείς ποσότητες χυμού, ακόμη και αν τα φυτά λαμβάνουν το 50-75% του νερού που προορίζεται για το σόργο. Ως εκ 27

29 τούτου, το γλυκό σόργο αποτελεί μια βιώσιμη καλλιέργεια, ως εναλλακτική πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαιθανόλης υπό αυξημένη ποσότητα αλάτων και συνθήκες μειωμένης άρδευσης, ειδικά σε ημι-αλατούχα εδάφη και ημίξηρες περιοχές της Μεσογείου σε περιοχές όπου το νερό άρδευσης είναι περιορισμένο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των καλλιεργειών. Ο ακόλουθος Πίνακας δείχνει τα αποτελέσματα Άλατα (ds m -1 ) Άρδευση (mm) Ποικιλία Φρέσκια Βιομάζα (Mg ha -1 ) Ξηρή Βιομάζα (Mg ha -1 ) Χυμός (Mg ha -1 ) Brix (%) Σύνολο Σακχάρων (Mg ha -1 ) Sugar graze M-81E Urja Topper Suzu KN Επίδραση Άρδευσης Sugar graze M-81E Urja Topper Suzu KN Επίδραση Άρδευσης Επίδραση Αλάτων Sugar graze M-81E Urja Topper Suzu KN Επίδραση Άρδευσης Sugar graze M-81E Urja Topper Suzu KN Επίδραση Άρδευσης Επίδραση Αλάτων CV, % Θεωρητική Αιθανόλη (L ha -1 ) 28

30 Πίνακας 5: Αποδόσεις φρέσκιας & ξηρής βιομάζας, αποδόσεις σε χυμό, Brix, τη συνολική ποσότητα σακχάρων και θεωρητικές αποδόσεις σε αιθανόλη. Πηγή: Γλυκό σόργο για την παραγωγή βιοκαυσίμων σε αλατούχα εδάφη και με μειωμένη άρδευση, Ιωάννης Βασιλακόγλου, Κίτσιος Δήμας, Νικήτας Καραγιαννίδης, Θωμάς Γάτσης. Προγράμματα αναπαραγωγής Το γλυκό σόργο έχει μελετηθεί ως εναλλακτική καλλιέργεια για παραγωγή αιθανόλης στις εύκρατες περιοχές από το τέλος του δέκατου ένατου αιώνα. Τα προγράμματα αναπαραγωγής αποσκοπούν στην μελέτη διαφόρων χαρακτηριστικών του φυτού στην βελτίωση των αποδόσεων σε σάκχαρα και βιομάζα, αλλά και την πρόληψη διαφόρων ασθενειών. Αυτήν την περίοδο, πραγματοποιούνται ανάλογες μελέτης αναπαραγωγής γλυκού σόργου στα πλαίσια του ευρωπαϊκού έργου SWEETFUEL, με την υποστήριξη της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο). Ποιο συγκεκριμένα μελετάται η προσαρμοστικότητα του γλυκού σόργου σε περιβάλλον ελεγχόμενης θερμοκρασίας, σε περιβάλλον που εμφανίζει ξηρασία και σε εδάφη χαμηλής γονιμότητας. To σόργο είναι ένα φυτό κατάλληλο για καλλιέργεια σε εκτάσεις που βρίσκονται σε ημι-άνυδρες και ημι-υγρές περιοχές υποτροπικού και τροπικού κλίματος, όπως είναι οι υγρές σαβάνες. Η οξύτητα του εδάφους και η τοξικότητα είναι σημαντικά εμπόδια σε αυτές τις περιοχές. Τα προγράμματα αναπαραγωγής, σκοπεύουν κυρίως στο να οδηγήσουν σε βελτίωση της γενετικής ανοχής σε αυτούς τους περιορισμούς, που θα μπορούσε να οδηγήσει σε υψηλότερες αποδόσεις βιομάζας, μεγαλύτερες ποσότητες χυμού και περιεκτικότητα σακχάρων. Και αυτοί οι στόχοι περιλαμβάνονται στο έργο SWEETFUEL με τις εμπειρίες να προέρχονται από χώρες όπως η Βραζιλία και η Νότιος Αφρική. 29

31 ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΑΚΧΑΡΩΝ Ένα εργοστάσιο βιοαιθανόλης που επεξεργάζεται αποκλειστικά γλυκό σόργο ως πρώτη ύλη, πρέπει να εξασφαλίσει πρώτη ύλη για την λειτουργία του καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Τα στελέχη του γλυκού σόργου περιέχουν ζυμώσιμα σάκχαρα, κυρίως σακχαρόζη και έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία. Μετά τη συγκομιδή, τα επίπεδα των σακχάρων μπορεί να μειωθούν πολύ γρήγορα ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες και η υποβάθμιση αυτή πρέπει να αποτραπεί. Οι ερευνητές Eiland, Clayton, and Bryan xiv διαπίστωσαν ότι το γλυκό σόργο (ποικιλία: Wray) έχασε περίπου το ήμισυ της περιεκτικότητας του σε σάκχαρα μέσα σε 8 ημέρες, με περίπου 14% των ολικών σακχάρων να έχουν χαθεί την πρώτη ημέρα, ενώ οι ερευνητές: Daeschel, Mundt και McCarty διαπίστωσαν ότι ο φρεσκοστυμμένος χυμός γλυκού σόργου αλλοιώθηκε μέσα σε 5 έως 12 ώρες υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η καλύτερη λύση για τη διατήρηση των επιπέδων των σακχάρων είναι η μετατροπή του χυμού σε σιρόπι (διαδικασία συγκέντρωσης/συμπύκνωσης). Αυτή η διαδικασία αυξάνει την οσμωτική πίεση μέσα στο υγρό και αποφεύγεται έτσι οποιαδήποτε βακτηριακή ανάπτυξη. Η διαδικασία της συμπύκνωσης είναι η στρατηγική που έχει επιλεγεί και από το ευρωπαϊκό μοντέλο του έργου "Sweethanol», για την διατήρηση των σακχάρων. Αυτή η ενότητα παρουσιάζει δύο περιπτώσεις τροφοδοσίας ενός εργοστασίου βιοαιθανόλης: η πρώτη αφορά την μεταφορά απευθείας σιροπιού στην κεντρική μονάδα παραγωγής βιοαιθανόλης ενώ η δεύτερη αφορά την μεταφορά στελεχών γλυκού σόργου και την εξαγωγή του χυμού στην μονάδα παραγωγής βιοκαυσίμου. Εικόνα 13: Σιρόπι γλυκού σόργου, xv Το ποσοστό του εξαγόμενου χυμού είναι ένα σημαντικό στοιχείο στη λειτουργία σύνθλιψης. Η ποσότητα του εξαγόμενου χυμού εξαρτάται από την ταχύτητα του μύλου, την περιεκτικότητα του στελέχους σε υγρασία, τις ρυθμίσεις του μύλου και τον ρυθμό τροφοδοσίας. Κρατώντας το χυμό 30

32 περισσότερες από 3 έως 4 ώρες χωρίς ψύξη ή θέρμανση, μπορεί να προκαλέσει την ζύμωση του και να χαλάσει Εικόνα 14: Ο μύλος που φαίνεται έχει χωρητικότητα 3,5 tn ανά ώρα. Κόστος 33,000 συν μεταφορικά, ΗΠΑ xvi Εικόνα 15: Μύλος γλυκού σόργου στην ICRISAT, Ινδία xvii Ο χυμός γλυκού σόργου περιέχει στερεά διαλυτά συστατικά εκτός από σάκχαρα (ανθοκυανίνες και χλωροφύλλη) και αδιάλυτα στερεά (κόκκοι αμύλου). Το εκχύλισμα χυμού θα πρέπει να φιλτραριστεί, πριν συμπυκνωθεί. Καλής ποιότητας σιρόπι μπορεί να παραχθεί με συνεχή καθαρισμό του αφρού που παράγεται και συγκεντρώνεται στην επιφάνεια. Η συμπύκνωση του χυμού πρέπει να επιτυγχάνεται με ομοιόμορφη θέρμανση. Αρχικά, η πήξη αρχίζει όταν η θερμοκρασία του χυμού αυξάνεται. Η συμπύκνωση δεν πρέπει να γίνει γρήγορα καθώς τα υλικά που συγκεντρώνονται στην επιφάνεια του χυμού μπορεί να διαλυθούν κατά τη διάρκεια του βρασμού και στη συνέχεια η επιπλέουσα μάζα μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα στο σιρόπι. Ο στόχος αυτού του σταδίου είναι η συγκέντρωση του χυμού στους 12-16ºBrix και 45-85ºBrix, ανάλογα με την περίοδο αποθήκευσης που θέλουμε να έχουμε. Το σιρόπι αραιώνεται πριν την ζύμωση. Η έρευνα έχει δείξει ότι το σιρόπι γλυκού σόργου με: 45 βαθμούς Brix μπορεί να διατηρηθεί για ημέρες βαθμούς Brix μπορεί να διατηρηθεί για 90 ημέρες. 85 βαθμούς Brix μπορεί να διατηρηθεί για ημέρες. 31

33 ΑΛΥΣΙΔΑ ΕΦΟΔΙΑΣΜΟΥ Η εξασφάλιση του εφοδιασμού των μονάδων παραγωγής βιοαιθανόλης καθ όλη την διάρκεια της λειτουργίας είναι κρίσιμη για την βιωσιμότητα της. Τα στελέχη γλυκού σόργου συγκομίζονται και συνθλίβονται κατά την περίοδο Σεπτεμβρίου-Οκτωβρίου. Για να εξασφαλιστεί μια βιώσιμη τροφοδοσία κρίνεται απαραίτητη η λειτουργία και των δύο μοντέλων, αγρότες να παρέχουν στελέχη στην μονάδα και αγρότες να μεταφέρουν τα στελέχη σε τοπικές μονάδες σύνθλιψης και παραγωγής σιροπιού οι οποίες με την σειρά τους θα προμηθεύουν με σιρόπι γλυκού σόργου την κεντρική μονάδα παραγωγή βιοαιθανόλης μετά την περίοδο συγκομιδής του γλυκού σόργου. 1ο ΣΕΝΑΡΙΟ ΑΓΡΟΤΕΣ ΠΑΡΕΧΟΥΝ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΣΕ ΑΠΟΚΕΝΤΡΩΜΕΝΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΝΘΛΙΨΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΙΡΟΠΙΟΥ Η μεγάλη απόσταση από το εργοστάσιο βιοαιθανόλης μπορεί να προκαλέσει καθυστερήσεις στην προμήθεια της φρέσκιας βιομάζας και κατά συνέπεια μπορεί να υπάρξει υποβάθμιση της ποιότητας των σακχάρων (ανεπιθύμητες ζυμώσεις). Έτσι, οι γεωργοί μπορούν να συνεργαστούν και να αναπτύξουν μια μονάδα η οποία θα αγοράζει την πρώτη ύλη από τους παραγωγούς και θα παράγει σιρόπι γλυκού σόργου προκειμένου να το μεταφέρει με ασφάλεια στο εργοστάσιο βιοαιθανόλης, χωρίς να προβλήματα απώλειας σακχάρων. Ο σκοπός λοιπόν της δημιουργίας μίας αποκεντρωμένης μονάδος σύνθλιψης και παραγωγής σιροπιού είναι η τοπική σύνθλιψη των στελεχών και η παραγωγή σιροπιού. Με τη διαδικασία αυτή μειώνεται ο όγκος της πρώτης ύλης καθώς η πρώτη ύλη που μεταφέρεται είναι ο συμπυκνωμένος χυμός του γλυκού σόργου και όχι τα στελέχη του, ενώ αυξάνεται η διάρκεια ζωής των σακχάρων. Για την δημιουργία μιας τέτοιας μονάδας θα πρέπει πρωτίστως να διεξαχθεί μια έρευνα. Η περιοχή που θα βρίσκεται θα πρέπει να επιλεχτεί με βάση την ανταπόκριση των γεωργών και την προθυμία τους να συμμετάσχουν στις δραστηριότητες της μονάδας. Ένα παράδειγμα μιας τέτοιας μονάδας δραστηριοποιείται με επιτυχία στην Ινδία. Η εφοδιαστική αλυσίδα στην Ινδία περιλαμβάνει και τα δύο μοντέλα τροφοδοσίας του εργοστασίου. Σύμφωνα με το δεύτερο μοντέλο, οι γεωργοί μεταφέρουν τα στελέχη του γλυκού σόργου άμεσα στην μονάδα παραγωγής βιοαιθανόλης, ενώ στο πρώτο μοντέλο οι αγρότες παρέχουν τα στελέχη τους σε μια τοπική μονάδα σύνθλιψης και παραγωγής σιροπιού που βρίσκεται στην περιοχή τους. Στις τοπικές μονάδες τα στελέχη συνθλίβονται και ο χυμός βράζεται για να παραχθεί συμπυκνωμένο σιρόπι που μπορεί να αποθηκευτεί για περισσότερο από 9 μήνες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αιθανόλης, ακόμα και εκτός εποχής. Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι η βαγάσση (συνθλιμμένο στέλεχος) παραμένει στην τοπική μονάδα για να εξυπηρετήσει τις ενεργειακές ανάγκες της. Το γεγονός αυτό μπορεί να επηρεάσει τη βιωσιμότητα της μονάδας παραγωγής βιοαιθανόλης, καθώς η μονάδα θα πρέπει να καλύπτει τις θερμικές της ανάγκες χωρίς την καύση αυτής της βαγάσης. 32

34 Παράδειγμα «Μονάδας σύνθλιψης και Παραγωγής σιροπιού" Στην Ινδία. Η Μονάδα σύνθλιψης και Παραγωγής σιροπιού του οργανισμού ICRISAT. Η μονάδα του οργανισμού ICRISAT στην πόλη Hyderabad της Ινδίας επεξεργάζεται το γλυκό σόργο που παράγεται από 70 αγρότες, μια παραγωγή περίπου 30 εκταρίων. Η μονάδα διαθέτει 3 μηχανήματα σύνθλιψης γλυκού σόργου, δύο από τα οποία έχουν δυναμικότητα σύνθλιψης 2tn στελεχών ανά ώρα, ενώ το τρίτο έχει δυναμικότητα 1tn ανά ώρα. Στη βροχερή περίοδο του 2009, συνολικά 560 τόνοι νωπών στελεχών είχαν συνθλιφτεί για να παραχθούν 29 τόνοι σιρόπι (με περίπου 65 ο Brix). Όλο το σιρόπι μεταφέρθηκε στην Rusni Distilleries μέσω των εμπορικών δεσμών που είχαν δημιουργήσει μεταξύ τους οι δυο μονάδες. Εγκαταστάσεις και μηχανήματα Ο ακόλουθος εξοπλισμός και μηχανήματα είναι απαραίτητα για τη λειτουργία της μονάδας Μηχανήματα σύνθλιψης Ζυγαριές Γεννήτρια Καυστήρες Βραστήρες χυμού Παρελκόμενα βραστήρων χυμού (αναδευτήρας, κόσκινα και τύμπανο αποθήκευσης) Ηλεκτροκινητήρες και αντλίες Αγωγοί τροφοδοσίας Δεξαμενή αποθήκευσης χυμού Χαλύβδινα καλάθια Ηλεκτροκινητήρες Εικόνα 16: Μύλος Γλυκού σόργου Σύνθλιψη: Η σύνθλιψη είναι το πιο σημαντικό στάδιο της μονάδας. Στην μονάδα του ICRISAT, χρησιμοποιήθηκε ένα δημοφιλές μοντέλο σύνθλιψης στελεχών γλυκού σόργου με τρεις κυλίνδρους, και ικανότητα σύνθλιψης 2tn ανά ώρα μετά από διαβουλεύσεις με τους τοπικούς αντιπροσώπους και με τους κατασκευαστές. Έχει υψηλή απόδοση σύνθλιψης, που συνεπάγεται μικρότερο κόστος συντήρησης και λιγότερα μηχανικά προβλήματα. Ανταλλακτικά και συνεργεία επισκευής είναι εύκολα διαθέσιμα. 33

35 Παραγωγή Σιροπιού: Η διαδικασία λήψης του σιροπιού περιλαμβάνει τη συλλογή του χυμού από το σημείο σύνθλιψης και βρασμού του για να εξατμιστεί το νερό και να συγκεντρωθούν τα σάκχαρα του χυμού. Ο χυμός διοχετεύεται στους βραστήρες για την παραγωγή σιροπιού με συνεχή ανάδευση και βρασμό. Οι χημικές ουσίες προστίθενται στο χυμό εν μέσω βρασμού σε διαφορετικές συγκεντρώσεις για την αποφυγή σχηματισμού αφρού και την πήξη των ανεπιθύμητων υλικών στην επιφάνεια του χυμού. Ο χυμός συνεχώς αναδεύεται. Κατά τη διάρκεια του βρασμού κάποιες ανεπιθύμητες ουσίες που περιέχονται πήζουν. Τα υλικά αυτά αφαιρούνται συνεχώς και είναι πλούσια σε πρωτεΐνες και άμυλο καθώς και λίγα σάκχαρα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προετοιμασία ζωοτροφών. Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα του σιροπιού, αυξάνεται σταδιακά και η θερμοκρασία βρασμού. Ο βρασμός διακόπτεται όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 108 C με 110 C ή όταν το σιρόπι αποκτήσει ελάχιστη πυκνότητα 70 Brix. Το τελικό σιρόπι επιτρέπεται να κρυώσει μέχρι τους C και αποθηκεύεται σε πλαστικά δοχεία. Το τελικό σιρόπι ελέγχεται για να αφαιρεθεί οποιαδήποτε ανεπιθύμητο φυτικό προϊόν ή άλλα αδρανή υλικά. Το σιρόπι αποθηκεύεται σε καθαρά, αεροστεγές με μεγάλα στόμια πλαστικά δοχεία σε θερμοκρασία δωματίου. Η διάρκεια ζωής του σιροπιού των 70 Brix που φυλάσσεται σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 9-12 μήνες. Στην μονάδα του ICRISAT συνολικά 557 tn στελεχών γλυκού σόργου συνθλίφθηκαν και 23tn σιροπιού παράχθηκαν κατά τη διάρκεια των βροχών του Εικόνα 17: Μονάδα σύνθλιψης και παραγωγής σιροπιού στην Ινδία xviii 34

36 2ο ΣΕΝΑΡΙΟ ΑΓΡΟΤΕΣ ΠΡΟΜΗΘΕΥΟΥΝ ΜΕ ΦΡΕΣΚΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑ ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ Η μονάδα παραγωγής βιοαιθανόλης μπορεί να λάβει νωπά στελέχη από τους αγρότες ή/και σιρόπι γλυκού σόργου από την «μονάδα σύνθλιψης και παραγωγής σιροπιού". Στο μοντέλο παραγωγής βιοαιθανόλης του Sweethanol οι αγρότες προμηθεύουν στελέχη απευθείας στο εργοστάσιο βιοαιθανόλης, κάτι που απαιτείται κινητοποίηση των αγροτών της περιοχής. Αυτή η επιλογή ωστόσο έχει κάποιους περιορισμούς: Ι. Οι αγρότες που βρίσκονται πάνω από χλμ. από την μονάδα, επιβαρύνονται με υψηλότερο κόστος μεταφοράς. II. Καθυστέρηση στην σύνθλιψη των στελεχών προκαλεί μείωση στην απόδοση του χυμού. III. Καθυστέρηση στη συλλογή και μεταφορά των στελεχών στην μονάδα, οδηγεί σε μείωση του βάρους των στελεχών, προκαλώντας οικονομικές απώλειες στον παραγωγό. Παραδείγματα εργοστασίων παραγωγής βιοαιθανόλης από γλυκό σόργο στην Ινδία. Η μονάδα Rusni είναι το πρώτο εργοστάσιο αιθανόλης με βάση το γλυκό σόργο στον κόσμο. Σε πλήρη δυναμικότητα, το εργοστάσιο Rusni παράγει 40,000 λίτρα αιθανόλης ανά ημέρα (απόδοση περίπου 40 εκτάριων με 20 τόνους στελέχη/εκτάριο). Σύμφωνα με τον κ. AR Palaniswamy, μια μεσαίου μεγέθους μονάδα, όπως η Rusni κοστίζει περίπου 7 εκατ.. Το εργοστάσιο εκτός από το σιρόπι γλυκού σόργου που προμηθεύεται από την μονάδα του ICRISAT αγοράζει στελέχη για 600Rs (9-10 ) τον τόνο από γεωργούς της περιοχής. Για να αποφευχθεί το δίλημμα παραγωγή τροφίμων-καυσίμων, η μονάδα δεν αγοράζει σιτάρι, εκτός και αν είναι αλλοιωμένο. Κόκκοι χαλασμένοι που δεν ενδείκνυνται για κατανάλωση από τον άνθρωπο ή τα ζώα είναι κατάλληλοι για την παραγωγή αιθανόλης. Η μονάδα Rusni διαθέτει 30 μονάδες σύνθλιψης δυναμικότητας 1tn/ώρα και 6 δεξαμενές για την διαδικασία της ζύμωσης και της παραγωγής σιροπιού. - Είκοσι τέσσερα εκτάρια γλυκού σόργου (870 τόνοι) απαιτούνται για την παραγωγή λίτρων αιθανόλης ανά ημέρα για τη μονάδα - 10,8 δολάρια καταβάλλονται ανά τόνο στελεχών. - Τα στελέχη μέσα από μια σειρά δύο κυλίνδρων συνθλίβονται δύο φορές. - Το ισοζύγιο στέλεχος-χυμός είναι της τάξης 40% με βάση το βάρος του στελέχους. - Ο χυμός παστεριώνεται στους 100 C για 30 λεπτά. - Ένζυμα προστίθενται για την μετατροπή του άμυλου σε γλυκόζη. - Προστίθεται μαγιά και ζυμώνεται για 34 με 45 ώρες. - Παράγονται λίτρα αιθανόλης ανά τόνο των στελεχών. - Γλυκό σόργο βινάσσης Kcal/kg σε υγρασία 50%. - CO 2 που παράγεται: 30 tn/ημέρα και πωλείται 0.1 δολάρια/m 3. - Το μεθάνιο που συλλέγεται, χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε λέβητα (3300 m 3 /μέρα). - Αφυδάτωση με διαδικασία μοριακού κόσκινου για την παραγωγή αιθανόλης μέχρι 99,8% καθαρότητα. - Η μονάδα λειτουργεί 270 ημέρες σύμφωνα με το νόμο (δυνατότητα 300 ημερών με γλυκό σόργο). - Κόστος παραγωγής: $0.39/λίτρο. 35

37 -Οι δημόσιοι φορείς πληρώνουν $0.51/λίτρο ενώ οι ιδιώτες πληρώνουν $0.60/λίτρο αιθανόλης. Εικόνα 18: Μονάδα Rusni xix Η μονάδα παραγωγής βιοαιθανόλης «TATA Chemical Ltd» Το εργοστάσιο βιοαιθανόλης ΤΑΤΑ Chemical Ltd, στη Nanded, Μαχαράστρα, είναι μια εγκατάσταση παραγωγής 30,000 λίτρων/ημέρα χρησιμοποιώντας γλυκό σόργο ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαιθανόλης και την βαγάσση ως καύσιμο για την παραγωγή ενέργειας. Η παραγωγή βιοαιθανόλης στην TATA Chemical Ltd Τα στελέχη γλυκού σόργου μεταφέρονται στο εργοστάσιο βιοαιθανόλης της ΤΑΤΑ Chemical Ltd, τοποθετούνται στον διάδρομο τροφοδοσίας με την βοήθεια ηλεκτρικών εκφορτωτών. Μέσα από ένα ειδικό σύστημα κόβονται τα στελέχη του γλυκού σόργου και τροφοδοτούν τον μύλο σύνθλιψης. Τα στελέχη περνούν μέσα από τέσσερις μύλους (Σύστημα άλεσης υπό πίεση με οδοντωτούς τροχούς) για την συλλογή του χυμού. Κατά τη διάρκεια του 3ου μύλου ζεστό νερό σε θερμοκρασία περίπου 65 o C προστίθεται για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της εκχύλισης χυμού. Ο χυμός που προέρχεται από τους τέσσερις μύλους συλλέγεται και μεταφέρεται για την παραγωγή σιροπιού. Ο χυμός που εξάγεται παραμένει υπό πίεση, ώστε να καθαρίσει. Για την παραγωγή καλής ποιότητας σιροπιού ο χυμός συμπυκνώνεται με συνεχή απομάκρυνση των υλικών, που πήζουν στην επιφάνεια. Όταν η θερμοκρασία φθάσει τους C, με 85 ο Brix, ο βρασμός του σιροπιού σταματά εντελώς. Αν το σιρόπι πρέπει να μεταφερθεί άμεσα για ζύμωση, τότε ο βρασμός του σιροπιού σταματά νωρίτερα όταν τα σάκχαρα έχουν ο Brix (ημι-σιρόπι). Το σιρόπι αραιώνεται πριν αρχίσει η ζύμωση. Ξηρή μαγιά και σιρόπι σόργου τοποθετούνται μαζί στη δεξαμενή ζύμωσης, με κατάλληλο χειρισμό και προσοχή, εφαρμόζοντας τα υγειονομικά μέτρα για την αποφυγή μόλυνσης από ανεπιθύμητα βακτήρια ή άλλους ανεπιθύμητους μικροοργανισμούς. Το σιρόπι εμβολιάζεται για να αρχίσει η ζύμωση για μια περίοδο περίπου 72 ωρών στους C και 750 στροφές ανά λεπτό για την παραγωγή αιθανόλης (ph ~ 3,5). Εάν η μαγιά έχει ακόμα ικανότητα ζύμωσης μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί σε μια επόμενη διαδικασία. 36

38 Η συγκέντρωση βιοαιθανόλης στο μέσο της ζύμωσης είναι 9-14% v/v και ο στόχος αυτού του σταδίου είναι να αποκομιστεί η αζεοτροπική βιοαιθανόλη (δηλαδή 95-96% v/v). Εικόνα 19: TATA Chemical Ltd, Nanded, Maharashtra xx Εικόνα 20: TATA Chemical Ltd, Nanded, Maharashtra xxi Ο ζυμωμένος χυμός ρέει μέσα από στήλες απόσταξης (π.χ. πολλαπλής απόσταξης) φτιαγμένες από πιάτα φυσαλίδων, όπου το νερό και το αλκοόλ διαχωρίζονται βάση του ατομικού σημείου βρασμού τους καθώς διέρχονται τον πύργο απόσταξης. Η τεχνολογία πολλαπλής απόσταξης επιτρέπει τη μείωση της κατανάλωσης θερμότητας της εν λόγω μονάδας, καθώς η πίεση στην κορυφή της στήλης είναι χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική και το σημείο βρασμού. Στο τέλος η αφυδάτωση είναι απαραίτητη για την παραγωγή άνυδρης βιοαιθανόλης (δηλαδή 99,7 έως 99,8% w/w). 37

39 Σχετικά με την απόσταση της μονάδας επεξεργασίας από τα καλλιεργούμενα εδάφη, γίνονται διάφορες εκτιμήσεις. Τα κύρια στοιχεία είναι οι επιπτώσεις της μεταφοράς στο ενεργειακό ισοζύγιο, ο σεβασμός συγκεκριμένων περιορισμών που δύναται να υπάρχουν στην πρόσβαση σε εθνικά κονδύλια (π.χ. μέγιστη επιτρεπόμενη ζώνη εφοδιασμού για κάθε αλυσίδα), η διαχειριστική υποστήριξη που είναι συνδεδεμένη με τις απαιτήσεις των γεωργικών εκμεταλλεύσεων (π.χ. ο απαραίτητος αριθμός γεωργικών μηχανημάτων, αριθμός διανυόμενων χιλιομέτρων) και των εργοστασίων (π.χ. επιλογή του κατάλληλου χρόνου εφοδιασμού στη διάρκεια της συγκομιδής) και οι επιπτώσεις στην εξεταζόμενη περιοχή από την κίνηση των οχημάτων που θα δημιουργηθεί. 38

40 39

41 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΑΠΟ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ Τα τμήματα της γραμμής παραγωγής βιοαιθανόλης 1ης γενιάς είναι: η μονάδα εκχύλισης των σακχάρων, η μονάδα συμπύκνωσης για την αποθήκευση του χυμού σακχάρων, η μονάδα ζύμωσης, οι μονάδες απόσταξης και ανόρθωσης και, τέλος, η μονάδα αφυδάτωσης. Μονάδα εκχύλισης σακχάρων Η εκχύλιση των ελεύθερων σακχάρων από την τεμαχισμένη βιομάζα μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω απευθείας σύνθλιψης με τη χρήση κυλινδρόμυλων ή με τη χρήση συστήματος έκπλυσης. Και στις δύο διαδικασίες, η εκχύλιση διεξάγεται με τη χρήση ζεστού νερού (75-85οC), με αναλογία πρώτης ύλης προς ζεστό νερό 1:0,1 1:1. Η απόδοση της εκχύλισης είναι της τάξης του 93-98%, ενώ η απόδοση εκχύλισης με χρήση συστοιχίας κυλινδρόμυλων (από 3 μέχρι 5 κυλινδρόμυλους) είναι της τάξης του 85-93% και 93-98% όταν χρησιμοποιείται σύστημα συνεχούς διάχυσης. Στην περίπτωση σύνθλιψης σε οριζόντιους ή κατακόρυφους μύλους, η αρχή λειτουργίας είναι η εφαρμογή υψηλής πίεσης, η οποία ασκείται από έναν αριθμό ζευγών κυλίνδρων (σύστημα άλεσης TRPF): 3 ζεύγη στα μικρά κατακόρυφα συστήματα σύνθλιψης, και μέχρι 9 ζεύγη στα μεγάλα οριζόντια συγκροτήματα. Η ταχύτητα του πάνω κυλίνδρου είναι συνήθως rpm στους μικρούς μύλους, και 6-8 rpm στους μεγάλους μύλους. Προκειμένου να αυξηθεί η αποδοτικότητα της εκχύλισης, η βέλτιστη προσθήκη ζεστού νερού είναι 10% κατά βάρος. Εικόνα 21: μονάδα σύνθλιψης xxii Εναλλακτικά, η λειτουργία του μεταφορέα βασίζεται σε σύστημα με το οποίο επιτυγχάνεται έκπλυση της πρώτης ύλης με νερό διαβροχής σε αντιρροή. Στην πράξη, αυτό επιτυγχάνεται με το σχηματισμό μιας στρώσης από τεμαχισμένα στελέχη/βαγάσση που προέρχεται από την πρώτη σύνθλιψη, πάνω σε ένα μεταφορέα. Το νερό προστίθεται στο άκρο εκφόρτωσης του μεταφορέα, διαποτίζει το στρώμα βαγάσσης και ρέει μέσω της διάτρητης ταινίας του μεταφορέα. Το νερό 40

42 διαλύει τα σάκχαρα της βαγάσσης και ο λεπτόρρευστος χυμός, που σχηματίζεται με αυτό τον τρόπο, συλλέγεται σε μια χοάνη. Ο χυμός αυτός οδηγείται στο επόμενο στάδιο με άντληση και η διαδικασία επαναλαμβάνεται ωσότου ο χυμός φτάσει τη μέγιστη συγκέντρωση στο άκρο τροφοδοσίας του διανομέα. Ο διανομέας μπορεί να ρυθμίζεται για κυκλοφορία του χυμού σε ένα ρεύμα ή σε παράλληλα ρεύματα Εικόνα 22: συνεχής εκχύλιση xxiii Εικόνα 23: διάγραμμα συνεχούς εκχύλισης xxiv Συνήθως οι διανομείς έχουν μήκος από 35 έως 52 μέτρα. Η διατομή τους είναι ορθογώνια και οι διανομείς διαφορετικών δυναμικοτήτων έχουν διαφορετικά πλάτη. Οι σχάρες του μεταφορέα και τα κόσκινα στηρίζονται με τη βοήθεια 2 αρθρωτών αλυσίδων εξωλέμβιου τύπου. Οι αλυσίδες αυτές στηρίζονται στα τελικά άκρα οδοντοτροχού. Στο κινούμενο άκρο οι οδοντοτροχοί συνδέονται με τη βοήθεια ενός γραναζιού σε ένα υδραυλικό σύστημα μεταβλητής ταχύτητας ή ηλεκτρικό κιβώτιο ταχυτήτων (ηλεκτροκινητήρας). 41

43 Εικόνα 24: μεταφορέας συνεχούς τροφοδοσίας xxv Εικόνα 25: διεργασία εκχύλισης από στελέχη γλυκού σόργου ακολουθώντας την 1 η διαδικασία xxvi Εικόνα 26: διεργασία εκχύλισης από στελέχη γλυκού σόργου ακολουθώντας την 2 η διαδικασία xxvii 42

44 Ο ίδιος ο μεταφορέας είναι κατασκευασμένος από αρθρωτά πλαίσια, στα οποία είναι προσαρμοσμένες οι ταινίες. Τα κόσκινα και οι ταινίες συνδέονται σταθερά στους αντίστοιχους κρίκους των 2 αλυσίδων. Οι αλυσίδες αυτές είναι εφοδιασμένες με αυτολιπαινόμενα περιβλήματα. Οι κυλινδρίσκοι των αλυσίδων κινούνται πάνω σε παράλληλους οδηγούς. Οι οδηγοί επιστροφής είναι πλήρως εκτεθειμένοι κάτω από το περίβλημα, επιτρέποντας πλήρη ορατότητα και προσβασιμότητα στα κόσκινα. Το πάχος του στρώματος ποικίλλει από 1,5 μέτρο έως 2 μέτρα. Το διάστημα μεταξύ των 2 άκρων του μεταφορέα καταλαμβάνεται από μια μεγάλη δεξαμενή με κεκλιμένο πυθμένα, ο οποίος κατανέμει το υλικό της δεξαμενής σε ξεχωριστές χοάνες με τη βοήθεια κάθετων διαχωριστικών πλακών. Οι κάθετες αυτές πλάκες έχουν οριζόντιες εγκοπές, σε συγκεκριμένα ύψη, μέσα από τις οποίες ο χυμός υπερχειλίζει στην επόμενη χοάνη. Στο τέλος του μεταφορέα, υπάρχει περιστροφικός ξύστης για την εξομάλυνση της ροής της βαγάσσης, η οποία πέφτει σε μια χοάνη εκφόρτωσης. Η χοάνη αυτή είναι εφοδιασμένη με μεταφορέα για την απομάκρυνση της βαγάσσης. Ο διανομέας είναι εξοπλισμένος με κοχλίες ανύψωσης στην περιοχή ανατροφοδότησης του νερού. Στη διάρκεια όλου του περάσματος από το διανομέα, το στρώμα μίσχων υποβάλλεται σε εντατικούς ψεκασμούς με χυμό σταδιακά μειούμενης συγκέντρωσης. Ο χυμός ψεκάζεται ομοιόμορφα πάνω από το στρώμα του υλικού με μια σειρά κάδων υπερχείλισης που εκτείνονται σε όλο το πλάτος του περιβλήματος. Ένας τέτοιος κάδος είναι τοποθετημένος πάνω από την κάθε χοάνη συλλογής χυμού και είναι έτσι σχεδιασμένος ώστε να διανέμει ομοιόμορφα το χυμό, κατά μήκος του στρώματος του υλικού, με ακρίβεια 2%. Η καμπύλη που δείχνει τη μειούμενη συγκέντρωση του χυμού στις διαδοχικές χοάνες είναι πολύ ομαλή Εικόνα 27: καμπύλες βαθμών Brix: (1) διανομέας στελεχών γλυκού σόργου, (2) διανομέας βαγάσσης xxviii Ο τελευταίος κάδος τροφοδοτείται με καθαρό νερό. Όλες οι χοάνες χυμού έχουν το ίδιο πλάτος. Συλλέγουν το χυμό που στάζει από κάθε διανομέα χυμού, μέσα από το στρώμα στελεχών. Κάθε χοάνη συνδέεται με σωλήνα σε ξεχωριστή φυγοκεντρική αντλία μεγάλης δυναμικότητας. Κάθε αντλία διαθέτει σωλήνα για να λαμβάνει το χυμό από τη μια χοάνη και να τον ψεκάζει πάνω από την χοάνη που προηγείται (σε αντίθετη κατεύθυνση από εκείνη της κίνησης του στρώματος του υλικού). Μια τελευταία αντλία διοχετεύει τον πλέον πλούσιο χυμό στη δεξαμενή εμπλουτισμένου χυμού. Μια άλλη αντλία μεγάλης δυναμικότητας κυκλοφορεί συνεχώς εμπλουτισμένο χυμό στα φρέσκο εισερχόμενα στελέχη γλυκού σόργου. Το ρεύμα στελεχών ή βαγάσσης πρώτης άλεσης 43

45 οδηγείται μέσα στο διανομέα με τη βοήθεια εγκάρσιου μεταφορέα τύπου ώσης, ο οποίος είναι έτσι σχεδιασμένος ώστε να απλώνει το υλικό ομοιόμορφα πάνω στον μεταφορέα του διανομέα. Χυμός από τη δεξαμενή αντλείται προς το εργοστάσιο. Ο διανομέας λειτουργεί και ελέγχεται με τη βοήθεια κεντρικού Πίνακα. Τα κύρια πλεονεκτήματα της διανομής συνεχούς λειτουργίας είναι: o o o o o Υψηλός βαθμός εκχύλισης επιτυγχάνεται είτε σε συνδυασμό με υπάρχοντα αλεστικό εξοπλισμό είτε σε ολοκαίνουργιες μονάδες εκχύλισης. Χαμηλό αρχικό κόστος ολόκληρης της μονάδας εκχύλισης, διότι οι διανομείς είναι σχεδιασμένοι να λειτουργούν με τη συμβατική προεπεξεργασία των στελεχών γλυκού σόργου και το συμβατικό εξοπλισμό. Οι διανομείς είναι δυνατό να εγκατασταθούν σε εξωτερικό χώρο. Χαμηλό κόστος συντήρησης, εξαιτίας του συμπαγούς σχεδιασμού και της εξαιρετικά αργής κίνησης του κύριου μεταφορέα. Χαμηλές λειτουργικές δαπάνες: οι διανομείς είναι πλήρως αυτοματοποιημένοι και μπορούν να λειτουργούν με 1 άτομο ανά βάρδια. Τα έξοδα για λίπανση είναι αμελητέα. Μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια: δεν απαιτείται ενεργός ατμός. Για τη θέρμανση του χυμού στο διανομέα απαιτείται ατμός χαμηλής πίεσης. Όλα τα κινούμενα μέρη λειτουργούν με ηλεκτροκινητήρες. o Πολύ μεγάλο εύρος δυναμικοτήτων: οι διανομείς μπορούν να λειτουργούν χωρίς τροποποιήσεις και χωρίς απώλειες στην απόδοση, από 30% ως και 10% πάνω από την ονομαστική τους δυναμικότητα. Μεταβάλλοντας το ύψος του στρώματος του υλικού και την ταχύτητα του μεταφορέα, η δυναμικότητα μπορεί να αυξηθεί ακόμα περισσότερο. Ο σχεδιασμός του διανομέα είναι τέτοιος, ώστε οι έκτακτες αυξήσεις στην αιτούμενη δυναμικότητα, ως ένα βαθμό, να αντιμετωπίζονται με την προσθήκη σταδίων έκπλυσης στους υπάρχοντες διανομείς. o o o o Απουσία ζύμωσης: οι διανομείς είναι έτσι σχεδιασμένοι ώστε να αποκλείεται η δημιουργία στατικών ζωνών, όπου θα μπορούσαμε να έχουμε εμφάνιση ζύμωσης. Όλη η επιφάνεια επιστροφής του μεταφορέα του διανομέα πλένεται σε κάθε κύκλο για να αποφεύγεται η επιμόλυνση του υλικού τροφοδοσίας με κομμάτια βαγάσσης που κολλάνε στην ταινία. Ο διανομέας διαθέτει σύστημα ελέγχου ph και σύστημα ρύθμισης λειτουργίας στη βέλτιστη θερμοκρασία. Η απομάκρυνση της βαγάσσης γίνεται με τη βοήθεια της βαρύτητας στο τέλος του διανομέα. Ένα ειδικό εξάρτημα εξομαλύνει τη ροή της βαγάσσης και παρέχει συνεχή τροφοδότηση των μύλων στραγγίσματος. Η ποιότητα του χυμού είναι καλή: ο συστηματικός καθαρισμός του χυμού του τελευταίου σταδίου επιτρέπει την απομάκρυνση ακαθαρσιών από τα πρώτα στάδια της διαδικασίας και συνεισφέρει στην παραγωγή χυμών που μπορούν εύκολα να καθαριστούν και που δε δημιουργούν προβλήματα στη μονάδα βρασμού. Οικονομία σε θερμότητα: όλοι οι θερμαντήρες είναι του τύπου που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση αναμεμιγμένων χυμών στα εργοστάσια σάκχαρας. Ο διανομέας περιβάλλεται πλήρως και είναι μονωμένος. 44

46 Ο διανομέας συνεχούς λειτουργίας προσφέρει υψηλές αποδόσεις εκχύλισης και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και επιπλέον ο χυμός περιέχει μικρές ποσότητες ξένων ουσιών και επιμολύνσεων που πρέπει να απομακρυνθούν πριν το στάδιο της συμπύκνωσης. Αν ο χυμός από το γλυκό σόργο περιέχει διαλυτά στερεά (π.χ. ανθοκυανίνες και χλωροφύλλη) και αδιάλυτα στερεά (π.χ. κόκκους αμύλου), οι ουσίες αυτές πρέπει να διαχωριστούν, προκειμένου να μπορέσουμε να επεξεργαστούμε τον σακχαρούχο χυμό για να παραλάβουμε βιοαιθανόλη. Καλής ποιότητας χυμός μπορεί να παραχθεί αφού γίνει εξάτμιση με συνεχές ξάφρισμα των υλικών που πήζουν και ανέρχονται στην επιφάνεια. Η εξάτμιση πρέπει να γίνεται με ομοιόμορφη θέρμανση. Η πήξη ξεκινά όταν αρχίζει να αυξάνεται η θερμοκρασία του χυμού. Ο αφρός αυτός πρέπει να απομακρύνεται κατά τη διάρκεια της βραδείας θέρμανσης. Η εξάτμιση δεν πρέπει να γίνει γρήγορα, διότι ο αφρός που συγκεντρώνεται στην κορυφή του χυμού μπορεί να διαλυθεί στη διάρκεια του γρήγορου βρασμού και έτσι να παρουσιαστούν, στη συνέχεια, προβλήματα στο σιρόπι, με υλικά που επιπλέουν ή έχουν καθιζήσει Η εξάτμιση του σακχαρούχου χυμού πρέπει να πραγματοποιείται με καλής ποιότητας υλικό, εκμηδενίζοντας έτσι την πιθανότητα παρουσίας στερεών και άλλων ξένων ουσιών. Ο καθαρισμός μπορεί να γίνει με την προσθήκη ασβέστη και διοξειδίου του άνθρακα για να κροκιδοποιηθούν αυτές οι ουσίες και να απομακρυνθούν, στη συνέχεια, με φιλτράρισμα. Μετά τη διύλιση του χυμού ακολουθεί η διαδικασία της εξάτμισης. Η εξάτμιση γίνεται σε εξατμιστήρα κάθετου φιλμ που λειτουργεί υπό κενό, για να εξασφαλιστεί η ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας και η βέλτιστη ποιότητα του σακχαρούχου χυμού. Η διύλιση, που έχει προηγηθεί, απαιτείται για να μειωθεί ο σχηματισμός ιζημάτων και ακαθαρσιών στους σωλήνες και στη μονάδα συμπύκνωσης. Εικόνα 28: διανομέας συνεχούς λειτουργίας 1 xxix 45

47 Εικόνα 29: δεδομένα για το σχεδιασμό διανομέα συνεχούς λειτουργίας xxx Μονάδα συμπύκνωσης σακχαρούχου χυμού Η συμπύκνωση είναι η στρατηγική που επιλέγουμε για τη συντήρηση των σακχάρων και για να υπάρχει δυνατότητα εφοδιασμού του εργοστασίου κατά τους μήνες μετά τη συγκομιδή της βιομάζας γλυκού σόργου. Το στάδιο αυτό είναι απαραίτητο και στις δύο περιπτώσεις: γλυκό σόργο ως μοναδική πρώτη ύλη και γλυκό σόργο σε συνδυασμό με κάποια άλλη πρώτη ύλη. Στόχος του σταδίου αυτού είναι η συμπύκνωση του σακχαρούχου χυμού από τους 12ο -16ο Brix στους 45ο -85ο Brix, ανάλογα με την επιθυμητή περίοδο αποθήκευσης του συμπυκνωμένου χυμού. Η διαδικασία αυτή αυξάνει την οσμωτική πίεση στο υγρό και έτσι αποφεύγεται οποιαδήποτε ανάπτυξη βακτηρίων ή ζυμών. Ένας εξαερωτής λεπτών στρώσεων συμπυκνώνει τον σακχαρούχο χυμό σε διάφορα βήματα, λειτουργώντας υπό κενό για να επιτυγχάνονται χαμηλές θερμοκρασίες επεξεργασίας, μικρότερη κατανάλωση ατμού και μικρότερη αποδόμηση των σακχάρων. Σε κάθε βήμα συμπύκνωσης, η διάμετρος των σωλήνων του εξαερωτή λεπτών στρώσεων αυξάνεται για να μειωθεί η επικάθιση υλικών στους σωλήνες και να συνεχίσει έτσι η συμπύκνωση να είναι αποδοτική. Μετά το στάδιο αυτό, το νερό της συμπύκνωσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στη μονάδα εκχύλισης σακχάρων, μειώνοντας δραστικά την κατανάλωση νερού της όλης επεξεργασίας. Εικόνα 30: εξαερωτής λεπτών στρώσεων(μονάδα συμπύκνωσης) xxxi 46

48 Μονάδα ζύμωσης Η ζύμωση πραγματοποιείται με τη βοήθεια ζυμομυκήτων (Saccharomyces cerevisiae) σε συνθήκες που ευνοούν κατ αρχήν την γρήγορη κυτταρική τους ανάπτυξη και διαίρεση και στη συνέχεια τον αναερόβιο μεταβολισμό τους. Ειδικότερα, απαιτούνται οι παρακάτω συνθήκες: συγκέντρωση γλυκόζης > 9g/l (προκειμένου να εκμεταλλευτούμε το φαινόμενο «Crabtree 1» και να επιτευχτεί αλκοολική ζύμωση αντί του οξειδωτικού μεταβολισμού): ph 4-5 θερμοκρασία μεταξύ 30 και 35 ο C συγκέντρωση αζώτου mg/l (ως αμμώνιο) Η μονάδα ζύμωσης έχει πέντε τμήματα. 1. Παστερίωση του σακχαρούχου χυμού: Προκειμένου να αποφύγουμε ανεξέλεγκτες ζυμώσεις από βακτήρια, γίνεται απολύμανση του σακχαρούχου χυμού με παστερίωση (Πίνακας 7). Θερμοκρασία Χρόνος Είδος παστερίωσης 63 C (145 F) 30 λεπτά Vat 72 C (161 F) 15 δευτερόλεπτα HTST 89 C (191 F) 1,0 δευτερόλεπτο HHST 90 C (194 F) 0,5 δευτερόλεπτα HHST 94 C (201 F) 0,1 δευτερόλεπτα HHST 96 C (204 F) 0,05 δευτερόλεπτα HHST 100 C (212 F) 0,01 δευτερόλεπτα HHST 138 C (280 F) 2,0 δευτερόλεπτα UP Πίνακας 7: συνθήκες για την παστερίωση του σακχαρούχου χυμού 2. Προετοιμασία ζυμομυκήτων: οι ζυμομύκητες ενυδατώνονται και σταθεροποιούνται, προκειμένου να πάρουμε το εναιώρημα στη μητρική δεξαμενή. Το στάδιο αυτό διενεργείται με τη βοήθεια διαλύματος πλούσιου σε γλυκόζη, φρουκτόζη ή σακχαρόζη, μέσης θερμοκρασίας 35 ο C και με την προσθήκη βακτηριοκτόνου, οξυγόνου και τέλος εργοστερόλης. Στην αρχή κάθε ζυμωτικής αντίδρασης μια ποσότητα του μητρικού εναιωρήματος εισάγεται ως εμβόλιο στη δεξαμενή ζύμωσης. 3. Ζύμωση: αυτή μπορεί να είναι είτε σε παρτίδες είτε συνεχής. Ζύμωση σε παρτίδες: Οι αντιδράσεις ζύμωσης πραγματοποιούνται σε ανεξάρτητους αντιδραστήρες που δεν επικοινωνούν άμεσα μεταξύ τους. Η απόδοση σε βιοαιθανόλη της διεργασίας αυτής εξαρτάται από την ανθεκτικότητα των ζυμομυκήτων στην αύξηση της περιεκτικότητας σε αλκοόλη στο θρεπτικό υλικό (μέγιστη ανθεκτικότητα 19% κατ όγκο για επιλεγμένα στελέχη). Αν και με τη διαδικασία αυτή η απόδοση είναι μικρότερη από ότι στη συνεχή ζύμωση, ο έλεγχος των επιμολύνσεων είναι καλύτερος και συνεπώς είναι υψηλότερη η ασφάλεια, αφού το σύστημα αυτό 1 «Crabtree»: περιγράφει το φαινόμενο κατά το οποίο ο ζυμομύκητας «Saccharomyces cerevisiae», παράγει αιθανόλη (οινόπνευμα) σε αερόβιες συνθήκες με την παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων γλυκόζης. 47

49 επιτρέπει την εύκολη απομόνωση της επιμολυσμένης δεξαμενής, εμποδίζοντας έτσι τη διάδοση της μόλυνσης σε όλη τη μονάδα. Συνεχής ζύμωση: Η συνεχής διαδικασία περιλαμβάνει τη μετάγγιση του παστεριωμένου σακχαρούχου χυμού μόνο στην πρώτη δεξαμενή, όπου γίνεται εμβολιασμός με ζυμομύκητες. Από την πρώτη δεξαμενή, ο μερικά ζυμωμένος χυμός μεταγγίζεται στις επόμενες δεξαμενές. Κατά τη μεταφορά αυτή απομακρύνεται η βιοαιθανόλη και έτσι η συγκέντρωσή της στο μέσο ανάπτυξης διατηρείται σε επίπεδα χαμηλότερα από εκείνα που μπορούν να αναστείλουν την ανάπτυξη των ζυμομυκήτων. Κατόπιν η ζύμωση συνεχίζεται μέχρι να φτάσουμε και στην τελευταία δεξαμενή, οπότε όλα τα ελεύθερα σάκχαρα έχουν μετατραπεί σε βιοαιθανόλη. Η απόδοση της διαδικασίας αυτής είναι υψηλότερη από ότι στη ζύμωση σε παρτίδες, διότι δεν αναστέλλεται η ανάπτυξη των ζυμομυκήτων. Επιπλέον, η απαιτούμενη χωρητικότητα είναι μικρότερη από ότι στην άλλη περίπτωση. Η βασική κριτική που υπάρχει σχετικά με τη διαδικασία αυτή έχει να κάνει με τον κίνδυνο των επιμολύνσεων: πράγματι, αν μια από τις συνεχείς δεξαμενές επιμολυνθεί με βακτήρια, τότε είναι δυνατό να επιμολυνθεί ολόκληρο το σύστημα, οπότε η απολύμανση γίνεται δυσκολότερη. 4. Ανάκτηση των ζυμομυκήτων: Η ανάκτηση των ζυμομυκήτων στο τέλος της διαδικασίας της ζύμωσης αποτελεί μέτρο για την αύξηση της οικονομικής βιωσιμότητας της μονάδας. Οι ζυμομύκητες ανακτώνται από το μέσο το οποίο έχει υποστεί ζύμωση, με τη βοήθεια φυγοκέντρισης. Αν οι ζυμομύκητες είναι ακόμα ζωντανοί, ξαναχρησιμοποιούνται στη διαδικασία της ζύμωσης. Αν οι ζυμομύκητες έχουν εξαντλήσει τον κύκλο ζωής τους, αποτελούν πηγή πρωτεΐνης για την παρασκευή τροφών για τον άνθρωπο ή ζωοτροφών. Μονάδα απόσταξης & ανόρθωσης Η συγκέντρωση βιοαιθανόλης στο μέσο που έχει υποστεί ζύμωση είναι 9-14% κατ όγκο και η μονάδα αυτή αποσκοπεί στην παραγωγή αζεοτροπικής βιοαιθανόλης (δηλαδή 95-96% κατ όγκο). Για το σκοπό αυτό, το μέσο που έχει υποστεί ζύμωση διοχετεύεται σε στήλες απόσταξης, οι οποίες αποτελούνται από διάτρητους δίσκους παφλασμού, όπου γίνεται διαχωρισμός του νερού και της αλκοόλης, ανάλογα με το ειδικό σημείο βρασμού τους, καθώς ανέρχονται στον πύργο απόσταξης. Η τεχνολογία πολλαπλής ενέργειας επιτρέπει τη μείωση της κατανάλωσης θερμότητας της μονάδας απόσταξης, διότι η πίεση στην κεφαλή της στήλης είναι χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική και το σημείο βρασμού των συστατικών του μίγματος προς διαχωρισμό, χαμηλότερο. Μονάδα αφυδάτωσης Το στάδιο της αφυδάτωσης είναι απαραίτητο για την παραγωγή άνυδρης βιοαιθανόλης (δηλαδή μίγματος 99,7-99,8% κατά βάρος). Η τιμή αυτή καθαρότητας είναι απαραίτητη για την παραγωγή βιο-etbe ή για την απευθείας ανάμιξη της βιοαιθανόλης με βενζίνη. Η επεξεργασία στη μονάδα αφυδάτωσης βασίζεται στην τεχνολογία μοριακού κόσκινου: ο ζεόλιθος, που είναι το συστατικό των κόσκινων, δεσμεύει επιλεκτικά τα υπολειμματικά μόρια νερού, αυξάνοντας έτσι σταδιακά το ποσοστό της βιοαιθανόλης στο μίγμα. Η άνυδρη βιοαιθανόλη πρέπει να αποθηκευτεί σε δεξαμενές με ελεγχόμενη ατμόσφαιρα (απουσία αέρα, συνήθως με N2 ή CO2), προκειμένου να αποφευχθεί η δημιουργία υδρατμών. 48

50 49

51 ΚΑΤΕΥΘΥΝΤΗΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ Εισαγωγή Το σόργο είναι φυτό με πολλαπλές χρήσεις, διότι δίνει υψηλές αποδόσεις σε βιομάζα, σάκχαρα και σπόρο, ανάλογα με την ποικιλία που επιλέγεται. Σήμερα οι ποικιλίες γλυκού σόργου μας δίνουν κυρίως βιομάζα και σάκχαρα, ενώ οι δυνατότητές του ως καρποδοτικό φυτό δεν έχουν ακόμα αξιολογηθεί. Πολλές έρευνες στοχεύουν στην άρση του περιορισμού αυτού, μέσω της επιλογής υβριδίων που παρουσιάζουν μεγάλες αποδόσεις σε βιομάζα, σάκχαρα και σπόρο ταυτόχρονα. Στην πράξη, προκειμένου να προσδιοριστούν όλες οι δυνατότητες του φυτού, άλλες μελέτες κινούνται προς την κατεύθυνση της βελτιστοποίησης της συγκομιδής, με στόχο τον διαχωρισμό όλων των προϊόντων: βιομάζας και σακχάρων. Με δεδομένο ότι οι έρευνες αυτές δεν έχουν ακόμα ολοκληρωθεί, το μοντέλο για την επεξεργασία του γλυκού σόργου προβλέπει την αξιοποίηση των σακχάρων και της λιγνοκυτταρινούχου βιομάζας. Εικόνα 31: Σχεδιάγραμμα επεξεργασίας γλυκού σόργου για παραγωγή βιοαιθανόλης και ενεργειακών προϊόντων xxxii Σύμφωνα με τη διάταξη στην Εικόνα 31, η βιομάζα από γλυκό σόργο συνθλίβεται και ο χυμός που περιέχει τα σάκχαρα υπόκειται σε επεξεργασία για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Η βαγάσση, που είναι το λιγνοκυτταρινούχο υπόλειμμα που λαμβάνεται από τη μονάδα σύνθλιψης, αποξηραίνεται και καίγεται σε μονάδα ΣΗΘ, για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Η βινάσση, που είναι το υπόλειμμα της μονάδας απόσταξης και ανόρθωσης, αποτελεί πρώτη ύλη για την αναερόβια χώνευση, για να χρησιμοποιηθεί τελικά στη συν-χώνευση, μαζί με άλλα υποστρώματα, όπως για παράδειγμα κοπριά, ως μικροβιακό εμβόλιο. Το βιοαέριο που λαμβάνεται εξυγιαίνεται και καίγεται σε μονάδα ΣΗΘ για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. 50

52 Η προσέγγιση αυτή στην επεξεργασία του γλυκού σόργου επιτρέπει διάφορες παραλλαγές που μπορούν να εφαρμοστούν στο σχεδιασμό ενός συγκεκριμένου μοντέλου αλυσίδας για την τροφοδοσία αποκεντρωμένων μικρομεσαίων μονάδων στην Ε.Ε. Πράγματι, η επεξεργασία του χυμού που περιέχει τα σάκχαρα σε βιοαιθανόλη και η ενεργειακή αξιοποίηση της βαγάσσης και της βινάσσης, μπορεί να αποτελεί τη μοναδική γραμμή ή μπορεί να αποτελεί μια από τις γραμμές παραγωγής. Οι διαφορετικές αυτές στρατηγικές παρουσιάζονται λεπτομερώς στα αντίστοιχα κεφάλαια. Ειδικότερα, η χρήση του γλυκού σόργου ως αποκλειστική πρώτη ύλη παρουσιάζεται σε μεγαλύτερο βάθος σε τρεις μελέτες (για την Ιταλία, την Ελλάδα και την Ισπανία) και η σκοπιμότητα της επεξεργασίας γλυκού σόργου συν μιας άλλης πρώτης ύλης (ζαχαρότευτλου) στην ίδια μονάδα, παρουσιάζεται στη τρίτη μελέτη περίπτωσης της Ισπανίας. Όλες αυτές οι εφαρμογές έχουν κάποια κοινά στοιχεία αναφορικά με τη διαστασιολόγηση της εφοδιαστικής αλυσίδας, τις τεχνολογικές λεπτομέρειες της επεξεργασίας και την αξιοποίηση των υποπροϊόντων. Επομένως, οι παράγραφοι που ακολουθούν έχουν σα στόχο να παρουσιάσουν τις γενικές κατευθυντήριες γραμμές, οι οποίες είναι κοινές στις διαφορετικές εφαρμογές. Αποτελούν τα ενδεικτικά αρχικά δεδομένα για την εκπόνηση μελέτης σκοπιμότητας και για το λόγο αυτό απαιτούν την προσαρμογή τους στην κάθε ξεχωριστή περίπτωση. Απαιτήσεις σε γεωργική γη Η έκταση της απαιτούμενης γεωργικής γης εξαρτάται από την απόδοση του γλυκού σόργου σε βιομάζα και σάκχαρα, τον τύπου του εδάφους, τη διαθεσιμότητα νερού, το κλίμα και τη καλλιεργούμενη ποικιλία. Το εύρος των αποδόσεων που παρουσιάζονται στον Πίνακα 7 προέρχεται από διάφορες ποικιλίες γλυκού σόργου που είναι σήμερα διαθέσιμες στην αγορά της Ε.Ε. Γίνεται ανάλυση για δύο τύποι κλίματος και για κάθε ένα λαμβάνονται υπόψη οι συνθήκες για τη διασφάλιση της οικονομικής βιωσιμότητας. Η καλλιέργεια του γλυκού σόργου σε οριακά εδάφη λαμβάνεται υπόψη για περιοχές όπου είναι εγγυημένη η οικονομική βιωσιμότητα και οι σχετικές αποδόσεις αντιστοιχούν στις χαμηλότερες τιμές των αναφερόμενων ευρών για κάθε τύπο κλίματος. Ιδιαίτερα στο μεσογειακό κλίμα (της νότια Ιταλίας, της Ισπανίας και της Ελλάδας) η καλλιέργεια του γλυκού σόργου χωρίς άρδευση δεν συνιστάται, διότι οι αποδόσεις σε βιομάζα είναι πολύ χαμηλές (2,4-4,6 τόνοι/εκτάριο, σε ξηρή βάση). Σε εύκρατο κλίμα (π.χ. της βόρειας Ιταλίας), εξετάζουμε μόνο την περίπτωση άρδευσης σε έκτακτη περίπτωση, διότι η βροχόπτωση κατά την περίοδο ανάπτυξης του φυτού συνήθως, επαρκεί (670 χιλιοστά κατά το διάστημα Μάιος-Σεπτέμβριος). Τα στοιχεία αυτά αποτελούν τα αρχικά δεδομένα για τον υπολογισμό των εκταρίων (στρεμμάτων) που πρέπει να καλλιεργηθούν με γλυκό σόργο, προκειμένου να εφοδιαστεί η μονάδα επεξεργασίας. Παρόλα αυτά, για την κάθε ειδική περίπτωση, η απαιτούμενη έκταση μπορεί να είναι μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίζεται, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση που προτείνεται αμειψισπορά στην υπό εξέταση περιοχή, για την προστασία της γονιμότητας του εδάφους. 51

53 Γενικευμένα σενάρια για το σχεδιασμό της αλυσίδας εφοδιασμού Κλίμα Γεωργική απόδοση ΜΕΣΟΓΕΙΑΚΟ κλίμα Εδάφη χαμηλής γονιμότητας Ξηρό κλίμα ΕΥΚΡΑΤΟ κλίμα Εδάφη μέσης γονιμότητας Εύκρατο ωκεάνιο κλίμα Άρδευση Χωρίς άρδευση Άρδευση (μόνο επείγουσα) Απόδοση σε βιομάζα Απόδοση σε βιοαιθανόλη Απόδοση σε βιομάζα Απόδοση σε βιοαιθανόλη Απόδοση σε βιομάζα Απόδοση σε βιοαιθανόλη 10,3-35,0 τόνοι /εκτάριο (1,03-3,5 τόνοι /στρέμμα) σε ξηρή βάση 1,5-4,6 τόνοι/εκτάριο (0,15-0,46 τόνοι /στρέμμα) 1,9-5,8 m 3 /εκτάριο 40,5-123,6 GJ/εκτάριο 14,3-19,0 τόνοι/εκτάριο (1,43-1,9 τόνοι /στρέμμα) σε ξηρή βάση 2,1-3,4 τόνοι/εκτάριο 2,8-4,4 m3/εκτάριο 56,7-91,8 GJ/εκτάριο 30,0-40,0 τόνοι/εκτάριο σε ξηρή βάση 4,3-6,1 τόνοι/εκτάριο 5,9-7,9 m3/εκτάριο 116,1-164,7 GJ/εκτάριο Πίνακας 6: Αποδόσεις γλυκού σόργου σε βιομάζα και βιοαιθανόλη xxxiii,xxxiv Εικόνα 32: Συγκρότημα συγκομιδής xxxv Οι τιμές αυτές, των γενικευμένων σεναρίων, πρέπει, φυσικά, στη συνέχεια να προσαρμοστούν με προσοχή στην κάθε ειδική περίπτωση, για να γίνει ορθή διαστασιολόγηση της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ακτίνα εφοδιασμού Σχετικά με την απόσταση της μονάδας επεξεργασίας από τα καλλιεργούμενα εδάφη, γίνονται διάφορες εκτιμήσεις. Κύρια στοιχεία αποτελούν η επίδραση της μεταφοράς στο ενεργειακό ισοζύγιο της αλυσίδας, ο σεβασμός συγκεκριμένων περιορισμών που δύναται να υπάρχουν στην πρόσβαση σε εθνικά κονδύλια (π.χ. μέγιστη επιτρεπόμενη ζώνη εφοδιασμού για κάθε αλυσίδα), η 52

54 διαχειριστική υποστήριξη που είναι συνδεδεμένη με τις απαιτήσεις των γεωργικών εκτάσεων (π.χ. ο απαραίτητος αριθμός γεωργικών μηχανημάτων, αριθμός διανυόμενων χιλιομέτρων) και των εργοστασίων (π.χ. επιλογή του κατάλληλου χρόνου εφοδιασμού στη διάρκεια της συγκομιδής) και οι επιπτώσεις από την κίνηση των οχημάτων στην εξεταζόμενη περιοχή. Προκειμένου να δώσουμε κάποια ενδεικτικά στοιχεία για την ακτίνα της ζώνης εφοδιασμού και των επιπτώσεών της, στον Πίνακα 8 παρουσιάζονται οι λεπτομέρειες δύο προσομοιώσεων εκτάρια καλλιέργειας γλυκού σόργου Μέγιστη ακτίνα Συγκομιδή σε 40 ημέρες Γεωργικά μηχανήματα 4 θεριστικές- ενσιρωκοπτικές μηχανές 15 χλμ 4 παράλληλα συγκροτήματα συγκομιδής 24 γεωργικοί ελκυστήρες 20 χλμ 6 παράλληλα συγκροτήματα συγκομιδής 6 θεριστικές- ενσιρωκοπτικές μηχανές 24 γεωργικοί ελκυστήρες Πίνακας 7: Αποτελέσματα δύο προσομοιώσεων για τον εφοδιασμό μονάδας επεξεργασίας δυναμικότητας τόνων ανά έτος, εκφρασμένη σε άνυδρη βιοαιθανόλη xxxvi,xxxvii Κατά τη μοντελοποίηση, η διαστασιολόγηση των μονάδων επεξεργασίας για την αξιοποίηση των παραπροϊόντων βασίζεται στις ποσότητες της λαμβανόμενης βαγάσσης και βινάσσης, που σχετίζονται με την καλλιεργούμενη γεωργική έκταση, καθώς και στην υποθετική δυναμικότητα, εκφρασμένη ως άνυδρη βιοαιθανόλη. 53

55 ΤΟ 1 Ο ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ: ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΩΣ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ Το μοντέλο αυτό αποσκοπεί στην ανάπτυξη της παραγωγής 1 ης γενιάς βιοαιθανόλης στην Ε.Ε., η οποία να βασίζεται αποκλειστικά στο γλυκό σόργο ως πρώτη ύλη. Το κύριο πλεονέκτημα του μοντέλου αυτού είναι η χρήση ενός φυτού που χαρακτηρίζεται από χαμηλές γεωργικές εισροές (δηλαδή χαμηλές απαιτήσεις σε νερό και λιπάσματα). Το κύριο μειονέκτημα του μοντέλου είναι η εξάρτηση της μονάδας από ένα μοναδικό είδος πρώτης ύλης. Στο μοντέλο εφαρμόζονται οι γενικές κατευθυντήριες γραμμές που παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 8, στο παράδειγμα μονάδας με δυναμικότητα παραγωγής άνυδρης βιοαιθανόλης τόνων ετησίως. Οι βασικές λεπτομέρειες της εφαρμογής αυτής συνοψίζονται στον Πίνακα 9. Αναφορικά με τις απαιτήσεις σε γεωργική γη, σε εύκρατο κλίμα, που χαρακτηρίζεται από εδάφη μέσης γονιμότητας και βροχόπτωση περίπου χιλιοστά στη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης, απαιτούνται εκτάρια. Αν προβλεφθεί έκτακτη άρδευση, η μεγαλύτερη απόδοση επιτρέπει τη μείωση της καλλιεργούμενης επιφάνειας στα εκτάρια, αλλά τότε αυξάνεται το καλλιεργητικό κόστος σημαντικά και συνήθως άλλες καλλιέργειες, συνήθως ο αραβόσιτος, γίνονται ανταγωνιστικότερες. Δυναμικότητα τόνοι ανά έτος (ως άνυδρη βιοαιθανόλη) Διαστασιολόγηση αλυσίδας εφοδιασμού Επεξεργασία του σακχαρούχου χυμού Απαιτούμενη γεωργική έκταση Ακτίνα εφοδιασμού Λειτουργικές λεπτομέρειες Μονάδα συμπύκνωσης Μεσογειακό κλίμα εκτάρια ( στρέμματα) Εύκρατο κλίμα εκτάρια ( στρέμματα) (απαιτούμενη έκταση χωρίς άρδευση) εκτάρια ( στρέμματα) (απαιτούμενη έκταση με έκτακτη άρδευση) Εξαρτάται από τη συγκεκριμένη περιοχή 330 εργάσιμες ημέρες ανά έτος τόνοι (ξηρή βάση) βιομάζας γλυκού σόργου που συνθλίβονται εντός 40 ημερών Σύνθλιψη, ζύμωση, απόσταξη, ανόρθωση και αφυδάτωση σύμφωνα με τις γενικές κατευθυντήριες γραμμές Αποθήκευση Σιρόπι πυκνότητας 45%, δυνατότητα αποθήκευσης ως 3 μήνες Σιρόπι πυκνότητας 80% δυνατότητα αποθήκευσης ως 11 μήνες Χρήση 54

56 Ενεργειακή αξιοποίηση των παραπροϊόντων Βαγάσση Βινάσση Αραίωση στο 18% Διαχείριση νερού Διάθεση του νερού συμπυκνώματος σε σύστημα επιφανειακών υδάτων, σύμφωνα με την εθνική και τοπική νομοθεσία Αγορά του νερού για την αραίωση Θερμική κατανάλωση Ιδιοκατανάλωση από την αξιοποίηση των παραπροϊόντων 0,43 MWe διαθέσιμα στο τέλος της περιόδου συγκομιδής Διαθεσιμότητα τόνοι (ξηρή βάση) βαγάσσης για αποθήκευση, ξήρανση και καύση στη διάρκεια ολόκληρου του έτους 711,4-764,3 TJ/έτος 196,69-212,31 GWh/έτος Μονάδα ΣΗΘ 4,20 MWe Τέφρα τόνοι/έτος Διάθεση σε χωματερές ή διαφορετική διαχείριση, ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν σε κάθε κράτος Διαθεσιμότητα Δυναμικότητα του αναερόβιου χωνευτήρα κυβικά μέτρα (ΧΥΣ 60 ημέρες) Δυναμικότητα αποθηκευμένου βιοαερίου κυβικά μέτρα 14,0-14,7 TJ/έτος 3,86-4,06 GWh/έτος Μονάδα ΣΗΘ 0,75 MWe Χωνευμένη υλη τόνοι/έτος Χρήση ως λίπασμα τόνοι/έτος αζώτου (κυρίως αμμωνίου) Πίνακας 9: βασικές λεπτομέρειες του Ευρωπαϊκού μοντέλου για την επεξεργασία γλυκού σόργου ως αποκλειστικής πρώτης ύλης σε εργοστάσιο δυναμικότητας παραγωγής άνυδρης βιοαιθανόλης τόνων ετησίως. 55

57 Αντίθετα, στις μεσογειακές συνθήκες, η άρδευση είναι απαραίτητη για τη λήψη βιώσιμων αποδόσεων. Απαιτείται επιφάνεια εκταρίων: το μεγάλο αυτό εύρος οφείλεται στις πολύ διαφορετικές αποδόσεις, που εξαρτώνται από τις απαιτήσεις σε νερό και λιπάσματα. Η απόφαση για την ακτίνα εφοδιασμού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως τεχνικοί, υλικοτεχνικοί, ενεργειακοί, οικονομικοί κ.λ.π. Πρώτον, η ανταγωνιστικότητα του γλυκού σόργου, σε σύγκριση με άλλες καλλιέργειες, εξαρτάται από την οικονομική του βιωσιμότητα, τη γεωργική παράδοση της συγκεκριμένης περιοχής και την τάση προς την καινοτομία. Για την εκτίμηση αυτή μπορούμε να κάνουμε χρήση ορισμένων δεικτών, όπως για παράδειγμα τη διαφοροποίηση των καλλιεργειών και τη διάρθρωση των γεωργικών εκμεταλλεύσεων. Αν στην εξεταζόμενη περιοχή υπάρχει υψηλή διαφοροποίηση των καλλιεργειών (δεν καλλιεργείται μαζικά ο γλυκός σόργος), είναι δυνατό να έχουμε αύξηση της ακτίνας εφοδιασμού. Αντίθετα, η μικρή ηλικία των αγροτών, το μεγάλο μέγεθος των γεωργικών εκμεταλλεύσεων και η εφαρμογή καινοτόμων λύσεων στις γεωργικές πρακτικές, συνήθως αποτελούν ένδειξη για πιθανή μείωση της ακτίνας εφοδιασμού. Αναφορικά με την υλικοτεχνική στήριξη, για να επιτευχθεί η συγκομιδή απαιτείται μια θεριστικήενσιρωκοπτική μηχανή και γεωργικοί ελκυστήρες εφοδιασμένοι με ανατρεπόμενο κάδο (χωρητικότητας περίπου 50 κυβικών μέτρων) για τη μεταφορά της τεμαχισμένης βιομάζας στο εργοστάσιο. Ανεξάρτητα από τον αριθμό των εκταρίων και την ακτίνα εφοδιασμού, υπολογίζεται ότι κάθε χρόνο τόνοι βιομάζας θα υφίστανται επεξεργασία στο εργοστάσιο, για την απόκτηση βιοαιθανόλης 1ης γενιάς καθώς και ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας από τα υποπροϊόντα. Ο εφοδιασμός του εργοστασίου με βιομάζα γίνεται μόνο κατά την περίοδο της συγκομιδής: το πολύ σε διάστημα 40 ημερών μεταξύ Αυγούστου και Σεπτεμβρίου για τις κλιματικές συνθήκες της νότιας Ε.Ε. Αντίθετα, η περίοδος λειτουργίας του εργοστασίου είναι 330 μέρες ανά έτος. Στην πράξη, προβλέπεται μια διακοπή λειτουργίας του εργοστασίου περίπου κατά το μήνα Ιούλιο, για προγραμματισμένη συντήρηση. Για τη συντήρηση των σακχάρων για όλη τη διάρκεια τη λειτουργίας του εργοστασίου, η τεμαχισμένη βιομάζα συνθλίβεται αμέσως μόλις φτάνει στο εργοστάσιο και ο αποκτούμενος σακχαρούχος χυμός συμπυκνώνεται (βράζεται) για να αποθηκευτεί και να γίνει η επεξεργασία του κατά την περίοδο μετά τη συγκομιδή. Ο σακχαρούχος χυμός συμπυκνώνεται σε ποσοστό 45% προκειμένου να μπορεί να αποθηκευτεί χωρίς να υποστεί αλλοιώσεις μέχρι και 3 μήνες και σε ποσοστό 80% για αποθήκευση μέχρι και 11 μήνες. Το σιρόπι αραιώνεται πριν εμβολιαστεί με το μητρικό εναιώρημα ζυμομυκήτων, στη συνέχεια αρχίζει η ζύμωση για χρονικό διάστημα 22 ωρών. Αναφορικά με τις λοιπές τεχνικές λεπτομέρειες επεξεργασίας, τα στάδια της ζύμωσης, της απόσταξης, της ανόρθωσης και της αφυδάτωσης, πραγματοποιούνται σύμφωνα με τις γενικές κατευθυντήριες γραμμές που περιγράφονται στο κεφάλαιο 8. 56

58 Μια σημαντική ποσότητα νερού εξατμίζεται και στη συνέχεια συμπυκνώνεται, ενώ αργότερα απαιτείται μια εξίσου σημαντική ποσότητα νερού για την αραίωση του σιροπιού. Το μειονεκτικό αυτό σημείο του υπό εξέταση μοντέλου αντιμετωπίζεται κάνοντας την υπόθεση, ότι το νερό από τη συμπύκνωση διοχετεύεται σε συστήματα επιφανειακών υδάτων (σύμφωνα με τα όρια που προβλέπουν οι εθνικές και ενδεχομένως οι τοπικές νομοθεσίες, σε ό,τι έχει να κάνει με το Χημικώς Απαιτούμενο Οξυγόνο (COD), το ph, τα φωσφορικά, τη θερμοκρασία και άλλες χημικές και φυσικές παραμέτρους), ενώ, από την άλλη, το νερό για την αραίωση του σιροπιού αγοράζεται. Η υπόθεση αυτή προτιμάται από τεχνική και οικονομική άποψη, συγκρινόμενη με την περίπτωση να αποθηκεύεται το νερό των συμπυκνωμάτων και στη συνέχεια να χρησιμοποιείται στην αραίωση, διότι, στη δεύτερη περίπτωση, απαιτούνται πάρα πολύ μεγάλοι αποθηκευτικοί χώροι. Αναφορικά με την ενεργειακή αξιοποίηση των υποπροϊόντων, η βαγάσση ξηραίνεται και στη συνέχεια καίγεται σε μονάδα ΣΗΘ που είναι εφοδιασμένη με ατμοστρόβιλο (ηλεκτρικής ισχύς 4,20 MWe) και το βιοαέριο, το οποίο λαμβάνεται από τη βινάσση μέσω αναερόβιας χώνευσης, καίγεται σε μονάδα ΣΗΘ, η λειτουργία της οποίας βασίζεται σε αεριοστρόβιλο (ηλεκτρική ισχύς 0,75 MWe). Η ηλεκτρική και θερμική ενέργεια που παράγονται στις μονάδες αυτές, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ιδιοκατανάλωση ενώ το πλεόνασμα μπορεί να πωληθεί στην κεντρική επιχείρηση ηλεκτρισμού και να διανεμηθεί μέσω του δικτύου της περιοχής. Όταν σταματά να λειτουργεί η μονάδα συμπύκνωσης του εργοστασίου (π.χ. κατά το τέλος της περιόδου συγκομιδής), υπάρχει πλεόνασμα θερμικής ενέργειας στο εργοστάσιο και επομένως, η ενέργεια αυτή μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό με τη βοήθεια ενός μικρού ατμοστροβίλου (ηλεκτρικής ισχύος 0,43 MWe), αυξάνοντας έτσι την συνολική παραγωγή ενέργειας. 57

59 ΤΟ 2 Ο ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ: ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ ΚΑΙ ΖΑΧΑΡΟΤΕΥΤΛΟ ΩΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ Το μοντέλο αυτό στοχεύει στην ανάπτυξη, εντός της Ε.Ε., μιας αλυσίδας παραγωγής βιοαιθανόλης που θα βασίζεται στο γλυκό σόργο και σε μια ακόμα καλλιέργεια, ως πρώτη ύλη για το ίδιο αποκεντρωμένο μικρομεσαίο εργοστάσιο. Το μοντέλο μελετήθηκε ως εναλλακτικό του πρώτου μοντέλου, καθώς το 1 ο μοντέλο έχει το μειονέκτημα της εξάρτησής του από μια μοναδική πρώτη ύλη. Επιπλέον, το 2 ο μοντέλο έχει το πλεονέκτημα ότι επιτρέπει την επεξεργασία, κυρίως, φρέσκιας πρώτης ύλης και συνεπώς, ελαχιστοποιείται η ανάγκη βρασμού (συμπύκνωση) του σακχαρούχου χυμού και μετατροπής του σε σιρόπι για την επέκταση του χρόνου αποθήκευσης του. Πράγματι, η μικρή διάρκεια της περιόδου συγκομιδής κάνει υποχρεωτική την υψηλή συμπύκνωση του σακχαρούχου χυμού, για να εξασφαλιστεί η συνεχής λειτουργία της μονάδας βιοαιθανόλης (ζύμωση, απόσταξη και αφυδάτωση) για όλη τη διάρκεια σχεδόν του έτους (11 μήνες το χρόνο). Αντίθετα, με τη χρήση φρέσκιας βιομάζας και από μια δεύτερη πηγή, είναι δυνατό να μειωθεί η χρήση σιροπιού. Μειονέκτημα του 2 ου μοντέλου είναι η αναγκαιότητα ύπαρξης δύο καλλιεργειών κατάλληλων για παραγωγή βιοαιθανόλης στην ίδια περιοχή οι οποίες θα καλλιεργούνται σε διαφορετικές περιόδους του έτους. Η συνθήκη αυτή ενδέχεται να μπορεί να καλυφτεί ή όχι στις διάφορες υπό εξέταση περιοχές. Η παραγωγή ζαχαρότευτλων μπορεί να ποικίλλει μεταξύ και κιλών ανά στρέμμα (ή κιλά/εκτάριο) με άρδευση. Αναφορικά με το ποσοστό σακχάρων ανά κιλό ζαχαρότευτλου, αυτό μπορεί να είναι μεταξύ 13 και 16% στα φρέσκα δείγματα. Συνήθως, η περιεκτικότητα σε σάκχαρα είναι 14%. Αυτή η ποσότητα σακχάρων ανά κιλό και η στρεμματική απόδοση ζαχαρότευτλων, μπορούν να μας δώσουν λίτρα βιοαιθανόλης ανά στρέμμα( λίτρα/εκτάριο). Οι υπολογισμοί του μοντέλου έγιναν έχοντας υπόψη την περίπτωση εργοστασίου παραγωγής βιοαιθανόλης δυναμικότητας κυβικών μέτρων ετησίως (δηλαδή τόνων ανά έτος). Έτσι, αν τα ζαχαρότευτλα είναι η πρώτη ύλη για τρεις μήνες το χρόνο, η ποσότητα βιοαιθανόλης από ζαχαρότευτλα πρέπει να είναι περίπου κυβικά μέτρα ανά έτος. Η παραγωγή αυτή απαιτεί στρέμματα (350 με 525 εκτάρια) ζαχαρότευτλων, ανάλογα με την παραγωγικότητά τους. Οικονομική ανάλυση Η οικονομική ανάλυση είναι παρόμοια με εκείνη που παρουσιάστηκε στην αξιολόγηση του 1ου μοντέλου, για την μελέτη περίπτωσης στην Ισπανία. Μια σημαντική διαφορά, μεταξύ των δύο αυτών καλλιεργειών, είναι ο χρόνος που μεσολαβεί από τη συγκομιδή μέχρι την επεξεργασία. Πέρα από την πυκνότητα των καλλιεργειών, το είδος των μηχανημάτων που απαιτούνται για τη συγκομιδή κλπ., η βασική διαφορά έγκειται στο ότι δεν είναι δυνατή η αποθήκευση του γλυκού σόργου, εξαιτίας των απωλειών του σε σάκχαρα και την έναρξη ζυμωτικών διαδικασιών 7-8 ώρες μετά τη συγκομιδή του. Αλλά, από την άλλη μεριά, στην περίπτωση του ζαχαρότευτλου, η αποθήκευση του μπορεί να γίνει στο χωράφι ή στο εργοστάσιο επεξεργασίας για ένα μήνα. Πέραν τούτου, η διατήρηση των ζαχαρότευτλων στο χωράφι χωρίς 58

60 συγκομιδή είναι δυνατή, χωρίς την απώλεια σε σάκχαρα. Έτσι, το ζαχαρότευτλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη, αυξάνοντας το χρόνο μεταξύ συγκομιδής και επεξεργασίας. Κάτι τέτοιο επιτρέπει μια καλύτερη οργάνωση της μεταφοράς από τα χωράφια στο εργοστάσιο επεξεργασίας και μείωση των εξόδων μεταφοράς, μέσω της χρήσης μεγαλύτερων φορτηγών και ρυμουλκούμενων οχημάτων. Επεξεργασία Η επεξεργασία πρέπει να προσαρμοστεί στη συνδυασμένη χρήση ζαχαρότευτλων και γλυκού σόργου ως πρώτες ύλες. Αυτό δεν αποτελεί μεγάλο πρόβλημα, εξαιτίας του γεγονότος ότι τα σάκχαρα που βρίσκονται αποθηκευμένα στο ζαχαρότευτλο και στους μίσχους του γλ υκού σόργου είναι η σακχαρόζη, η γλυκόζη και η φρουκτόζη. Έτσι, οι διαδικασίες ζύμωσης, απόσταξης και αφυδάτωσης είναι παρόμοιες. Η κύρια διαφορά μεταξύ της χρήσης του ζαχαρότευτλου και του γλυκού σόργου βρίσκεται στο πρώτο στάδιο της επεξεργασίας, κατά τον καθαρισμό της πρώτης ύλης, τον τεμαχισμό και την εκχύλιση των σακχάρων. Στο μοντέλο αυτό, είναι απαραίτητη η ύπαρξη γραμμής καθαρισμού, προκειμένου να αφαιρεθούν η λάσπη και οι πέτρες από τα ζαχαρότευτλα, πριν από το στάδιο του τεμαχισμού. Στην περίπτωση του γλυκού σόργου, δεν υπάρχει στάδιο καθαρισμού και μετά την παραλαβή των μίσχων, ακολουθεί ο τεμαχισμός τους και αμέσως μετά η εκχύλιση (εξαγωγή χυμού). Η διαδικασία της εκχύλισης πρέπει να γίνει με συνεχή διανομέα, για να διασφαλιστεί η μεγαλύτερη δυνατή απόδοση κατά την εκχύλιση, ενώ πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο ίδιος εξοπλισμός τόσο για την εκχύλιση από το γλυκό σόργο, όσο και από τα ζαχαρότευτλα. Αντίθετα, ο κυλινδρόμυλος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εκχύλιση σακχάρων από τα ζαχαρότευτλα. Μετά την εκχύλιση, τα υπόλοιπα στάδια της επεξεργασίας είναι παρόμοια, ανεξάρτητα από τη χρησιμοποιούμενη πρώτη ύλη. 59

61 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΟΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Βαγάσση Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της (Πίνακας 11), η αποξηραμένη βαγάσση, που είναι υπόλειμμα της μονάδας εκχύλισης, μπορεί να καεί σε μονάδα ΣΗΘ για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Καθορισμός χαρακτηριστικών της βαγάσσης Υγρασία μετά τη σύνθλιψη 30-50% Υπολειμματικά σάκχαρα 6-7% σε ξηρή βάση Κυτταρίνη 16-18% σε ξηρή βάση Ημικυτταρίνη 11-13% σε ξηρή βάση Λιγνίνη 7-9% σε ξηρή βάση ΚΘΔ MJ/Κg σε ξηρή βάση 4,7-5,0 ΚWh/Κg σε ξηρή βάση Πίνακας 11: Κύρια χαρακτηριστικά της βαγάσσης που παραλαμβάνεται από σύστημα άλεσης TRPF, για το σχεδιασμό της ενεργειακής της αξιοποίησης xxxviii Το μέγεθος της μονάδας ΣΗΘ είναι συνάρτηση της διαθεσιμότητας της βαγάσσης και κατ επέκταση της καλλιεργούμενης με γλυκό σόργο γεωργικής γης και της απόδοσης σε βιομάζα. Έχοντας υπόψη τις αποδόσεις σε βιομάζα που αναφέρονται στον Πίνακα 8 και τις τιμές ΚΘΔ του Πίνακα 11, τα μεγέθη αναφοράς για το σχεδιασμό μονάδας καύσης της βαγάσσης σε εργοστάσιο ΣΗΘ παρουσιάζονται στον Πίνακα 12. Ήπιο μεσογειακό Κλίμα Εδάφη χαμηλής γονιμότητας Ξηρό κλίμα Κλίμα Εύκρατο Κλίμα Εδάφη μέσης γονιμότητας Εύκρατο ωκεάνιο κλίμα Άρδευση Ενεργειακή αξιοποίηση της βαγάσσης Χωρίς άρδευση Άρδευση (μόνο επείγουσα) Απόδοση βαγάσσης Διαθέσιμη ενέργεια Απόδοση βαγάσσης Διαθέσιμη ενέργεια Απόδοση βαγάσσης Διαθέσιμη ενέργεια Απόδοση 6-20 τόνοι ανά εκτάριο, ξηρή βάση GJ/εκτάριο MWh/εκτάριο τόνοι ανά εκτάριο, ξηρή βάση GJ/εκτάριο MWh/εκτάριο τόνοι ανά εκτάριο, ξηρή βάση GJ/εκτάριο MWh/εκτάριο Πίνακας 12: Κύρια στοιχεία για τη διαστασιολόγηση της μονάδας αξιοποίησης της βαγάσσης για ορισμένους περιβαλλοντικούς τύπους αναφοράς Η μονάδα ΣΗΘ, διαθέτει καυστήρα βιομάζας, κατάλληλο για την καύση πρώτης ύλης και ένα στρόβιλο, ο οποίος θα μπορούσε να είναι ατμοστρόβιλος, με λειτουργία βασισμένη στον κύκλο Rankine-Hirn, ή αεριοστρόβιλος που βασίζεται στον κύκλο Brayton, ή στροβιλογεννήτρια που βασίζεται στον κύκλο ORC. 60

62 Η επιλογή της τεχνολογίας για τη μονάδα ΣΗΘ, εξαρτάται πρωτίστως από την ηλεκτρική ενέργεια. Ο Πίνακας 12 συνοψίζει την ισχύ [MW], των προαναφερθέντων περιπτώσεων, με την αντίστοιχη ενεργειακή τους απόδοση όπου παρουσιάζουν ενδιαφέρον για το Ευρωπαϊκό μοντέλο (0,1 10 MWe). Εικόνα 33: Πεδία εφαρμογής των διαφόρων συστημάτων συμπαραγωγής xxxix Το βασικό μειονέκτημα της καύσης της βαγάσσης του σόργου είναι η υψηλή περιεκτικότητα σε τέφρα (3-5% σε ξηρή βάση). Επομένως, η τεχνολογία που εφαρμόζεται στον καυστήρα βιομάζας απαιτεί την ύπαρξη επαρκούς συστήματος απομάκρυνσης της τέφρας, ενώ σημειώνεται ότι ο κατασκευαστής θα πρέπει να χορηγήσει ειδική εγγύηση. Η διαχείριση της τέφρας εξαρτάται από τη νομοθεσία της κάθε χώρας. Βινάσση Η βινάσση, υπόλειμμα των μονάδων απόσταξης και ανόρθωσης, έχει χημική σύνθεση που την κάνει κατάλληλη για την παραγωγή βιοαερίου μέσω αναερόβιας χώνευσης (Πίνακας 13). Η διαστασιολόγηση του αναερόβιου χωνευτήρα σχετίζεται με τη διαθεσιμότητα της βινάσσης και επομένως με τη δυναμικότητα παραγωγής άνυδρης βιοαιθανόλης και το ΧΥΣ. Καθορισμός χαρακτηριστικών της βινάσσης Στερεά ύλη 6-7% Πτητική ύλη 85-90% BOD go 2 /l COD go 2 /l Άζωτο Φώσφορος mg/l 1,5-2,5 g/l ph 4,4-4,6 Πίνακας 13: Κύρια χαρακτηριστικά της βινάσσης για το σχεδιασμό της αναερόβιας χώνευσης Αναφορικά με την απόδοση σε βινάσση, ο θεωρητικός συντελεστής συσχέτισης είναι 7-8 λίτρα βινάσσης ανά λίτρο βιοαιθανόλης. 61