(biodiesel) (bioethanol) 1895 Rudolf Diesel

Transcript

1 Το γλυκό σόργοως ενεργειακή καλλιέργεια για την παραγωγή βιο-αιθανόλης ρ.κ. ήµας Αναπληρωτής Καθηγητής Τµήµα Φυτικής Παραγωγής, Α.Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης Ηµερίδα: «Παραγωγή Βιοαιθανόλης από Γλυκό Σόργο»

2 Βιο-καύσιµα (2003/30/ΕΚ) Υγρά ή αέρια καύσιµαπου παράγονται από βιοµάζα και χρησιµοποιούνται στις µεταφορές

3 Είδη βιο-καυσίµων Βιο-ντίζελ (biodiesel) Βιο-αιθανόλη (bioethanol) Βιοαέριο Βιοµεθανόλη Βιοδιµεθυλαιθέρας Βιο-ΕΤΒΕ Βιο-ΜΤΒΕ Βιοϋδρογόνο Χρησιµοποίησεφυτικό έλαιοως καύσιµο µηχανών το 1895 Rudolf Diesel

4 Λόγοι που οδήγησαν στην παραγωγή βιο-καυσίµων Οδηγίες της Ε.Ε. Αύξηση ενεργειακής ανεξαρτησίας Μείωση ρύπανσης ατµόσφαιρας -αιθαλοµίχλη - αύξηση της θερµοκρασίας Εξάντληση αποθεµάτων ορυκτού πετρελαίου Εναλλακτικές γεωργικές καλλιέργειες Γεωργικές και βιοµηχανικές επενδύσεις

5 Μείωση της ρύπανσης ατµόσφαιρας Φαινόµενο του θερµοκηπίου ηµιουργείται κυρίως από το διοξείδιο του άνθρακα που εκλύεται στην ατµόσφαιρα από: τη χρήση του ορυκτού άνθρακα, του ορυκτού πετρελαίου, του φυσικού αερίου (Το 21% των εκπεµπόµενων αερίων οφείλονται στις µεταφορές) Είναι υπεύθυνο: 1. για την άνοδο της θερµοκρασίας 2. την άνοδο της στάθµης της θάλασσας 3. αποσταθεροποίηση του κλίµατος της γης

6 Βιο-καύσιµα και φαινόµενο θερµοκηπίου Άλεση Παραλαβή σακχάρων Ενεργειακά φυτά χρησιµοποίηση CO 2 Απελευθέρωση στην ατµόσφαιρα Καύσιµο µεταφορών Απόσταξη - αιθανόλη

7 Ο κύκλος του διοξείδιο του άνθρακα στην ατµόσφαιρα

8 Οφέλη από τηνπαραγωγή και χρήση του βιο-καυσίµων στη χώρα µας Καλλιέργειες µη ανταγωνιστικές Ανάπτυξη ανταγωνιστικών καλλιεργειών (για παραγωγή ενέργειας) ηµιουργία νέων θέσεων απασχόλησης Αύξηση εισοδήµατος αγροτών ιατήρηση αγροτικού πληθυσµού Μείωση Προστασία εξάρτησης από του πετρέλαιο περιβάλλοντος

9 Τα κυριότερα είδη φυτών που χρησιµοποιούνται για παραγωγή βιο-αιθανόλης Ζαχαροκάλαµο (Saccharum officinale) Γλυκό σόργο (Sorghum bicolor) Ζαχαρότευτλα (Beta vulgaris) Αραβόσιτος (Zea mays) Σιτάρι µαλακό (Triticum aestivum) Κριθάρι (Hordeum vulgare) Καλάµι (Arudo donax)

10 Αποδόσειςδιαφόρωνενεργειακώνφυτών σε υγρά βιο-καύσιµα (ΚΑΠΕ, 2006) Βιο-καύσιµο Καλλιέργεια Μέση απόδοση σε (kg/στρ) Μέση απόδοση σε βιοκαύσιµο (L/στρ) Βιο-ντίζελ Ηλίανθος Ελαιοκράµβη Άγρια αγκινάρα Σόγια Βαµβάκι Βιο-αιθανόλη Γλυκό σόργο Ζαχαρότευτλα Αραβόσιτος Σιτάρι-Κριθάρι

11 ιαδικασίαπαρασκευήςβιο-αιθανόληςαπό σάκχαρα, άµυλο ή κυτταρίνη Κυτταρίνη Θειικό οξύ o C Σάκχαρα + Νερό (C 12 H 22 O 11 ) (H 2 O) Σάκχαρα Ινβερτάση Ζυµάση Καταλύτες Άµυλο + Νερό (H 2 O) (Ξηρή άλεση) a-αµυλάση glu-αµυλάση απόσταξη Βιο-αιθανόλη (2C 2 H 5 OΗ) Άµυλο + Νερό (H 2 O) (Υγρή άλεση)

12 Παραγωγή βιολογικών καυσίµων στην Ε.Ε Χώρες Γερµανία Γαλλία Ιταλία ανία Αυστρία Αγγλία Ισπανία Σουηδία Σύνολο Βιοντίζελ (Mg) Βιο-αιθανόλη (Mg)

13 Ερωτήµατασχετικά µε τα ενεργειακά φυτά Ανάπτυξη ενεργειακών φυτών στην Ελλάδα Ποιες γεωργικές πρώτες ύλες θα χρησιµοποιηθούν Ποιες καλλιέργειες Σε ποιες περιοχές θα καλλιεργηθούν Ποιες είναι οι απαιτούµενες εκτάσεις Τελικό κόστος της βιο-αιθανόλης ανταγωνιστικό της βενζίνης του ορυκτού πετρελαίου Επιλογή κατάλληλων ποικιλιών ειδικά για την παραγωγή βιο-αιθανόλης (τα χαρακτηριστικά του χυµού επηρεάζουν τη ζύµωση των ζαχάρων)

14 Καλλιέργεια γλυκού σόργου Καλλιεργείται περισσότερο στην Ινδία, Νιγηρία, Η.Π.Α, Σουδάν, Κίνα, Αργεντινή Καλλιεργείται για την παραγωγή σιροπιού Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζει ενδιαφέρον για την παραγωγή βιο-αιθανόλης Στη χώρα µας η καλλιέργεια του είναι πολύ περιορισµένη

15 Χαρακτηριστικά καλλιέργειας γλυκού σόργου Εκτεταµένο ριζικό σύστηµα Μικρό µέγεθος φύλλων Κηρώδες επίχρισµα στα φύλλα Μηχανισµός συστροφής φύλλων Ωσµωτικό δυναµικό Άνοιγµα στοµατίων

16 Χαρακτηριστικά καλλιέργειας γλυκού σόργου Στελέχη πολύ χυµώδη µε υψηλή περιεκτικότητα σε ζάχαρα Φυτά υψηλόσωµα (έως και 6 m) Αντοχή στο πλάγιασµα και σε ορισµένες ασθένειες (βελτιωµένες ποικιλίες)

17 Πλεονεκτήµατα καλλιέργειας Αντοχή σε συνθήκες καταπόνησης (αλατότητας και περιορισµένης υγρασίας) Υψηλή φωτοσυνθετική ικανότητα (C 4 φυτό) Ανθεκτικότητα σε υψηλές θερµοκρασίες Ανθεκτικότητα στην ξηρασίακαι στην υπερβολική υγρασία Ανθεκτικότηταστηναλατότητα Μεγάλη παραγωγή βιοµάζας

18 Αντοχή του γλυκού σόργου στην ξηρασία Η αντοχή στην ξηρασία οφείλεται: Μικρό ρυθµό ανάπτυξης του υπέργειου τµήµατος µέχρι το ριζικό σύστηµα να αναπτυχθεί κανονικά Μεγάλο βάρος και όγκος ρίζας, µεγάλος λόγος ρίζα/βλαστοί Μεγαλύτερο µόνιµο ριζικό σύστηµα και µικρότερη φυλλική επιφάνεια από το καλαµπόκι Ικανότητα µείωσης του οσµωτικού δυναµικού, διατήρηση της σπαργής κατά τη διάρκεια της ξηρασίας Ικανότητα διατήρησης σχετικά υψηλού υδατικού δυναµικού µε την αύξηση της ξηρασίας του εδάφους Μείωση απωλειών νερού λόγω µορφολογικών χαρακτηριστικών των φύλλων (παχιά εφηµερίδα, κηρώδες επίχρισµα, µηχανικά κύτταρα που µειώνουν τη διαπνοή)

19 Μειονεκτήµατα γλυκού σόργου Εξαντλεί την εδαφική υγρασία, θρεπτικά στοιχεία και υποβαθµίζει την δοµή του εδάφους Τα φυτικά υπολείµµατα ευνοούν την ανάπτυξη των µικροοργανισµών του εδάφους που ανταγωνίζονται τις επόµενες καλλιέργειες για το Ν Τα φυτικά υπολείµµατα ορισµένων ποικιλιών επηρεάζουν την ανάπτυξη µερικών καλλιεργούµενωνφυτών (αλληλοπάθεια)

20 Φυτά σόργου σε διάφορα στάδια ανάπτυξης

21 Ανάπτυξη φυτών-προσαρµοστικότητα Ο βιολογικός κύκλος διαρκεί ηµέρες Το φύτρωµα και η ανάπτυξη των φυτών έχουν την ίδια πορεία µε αυτή του αραβοσίτου Το αδέλφωµα ξεκινά δύο εβδοµάδες µετά το φύτρωµα έως και µετά την άνθηση Αναπτύξει νέα αδέλφια µετά το θερισµό

22 50 Σόργο (C 4 ) Καλαµπόκι (C 4 ) Σιτάρι (C 3 ) 10 32,3 53,8 Ένταση φωτισµού (Lux x10 3 ) Επίδραση της έντασης φωτισµού στο ρυθµό φωτοσύνθεσης C 4 και C 3 φυτών

23 Καλλιεργητική τεχνική (σπορά) Ακολουθεί οποιαδήποτε καλλιέργεια Έχει αρνητικές επιδράσεις στις επόµενες καλλιέργειες Εποχή σποράς: 2 εβδοµάδες µετά τη σπορά του αραβοσίτου (θερµοκρασία εδάφους 16 ο C) Αποστάσεις σποράς: cm Αποστάσεις στη γραµµή: cm Ποσότητα σπόρου: 3-4 kg/στρ Βάθοςσποράς: 3-6 cm

24 Λίπανση -άρδευση) Σόργο για παραγωγή ζυµώσιµων ζαχάρων Απαιτεί το 36% της αζωτούχο λίπανσης που εφαρµόζεται στο καλαµπόκι (από σε 7-14 kg/στρ.) Ενδεικτικά συνιστάται kg Ν/στρ. Οι απαιτήσεις σε ποσότητα και είδος λιπασµάτων είναι παρόµοιες µε του αραβοσίτου Η µεγάλη ποσότητα αζώτου πρέπει να αποφεύγεται Οι αποδόσεις αυξάνονται µε την άρδευση Ο αριθµός των αρδεύσεων εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες Συνήθως γίνονται τρεις αρδεύσεις (Geng κ. α. 1989)

25 Συγκοµιδή γλυκού σόργουγια την παραγωγή βιο-αιθανόλης και σιροπιού Παραγωγή βιο-αιθανόλης Στο στάδιο της φυσιολογικής ωρίµανσης του σπόρου Μεγαλύτερη απόδοση σε στελέχη Μεγάλη απόδοση σε καρπό Υψηλή περιεκτικότητα σε ζαχαρόζη στα στελέχη Υψηλότερες τιµές Brix Παραγωγή σιροπιού Όταν οι σπόροι βρίσκονται στο στάδιο της ζύµης Πρωιµότερη συγκοµιδή δηµιουργεί προβλήµατα κατά τη διάρκεια της διαύγασης του σιροπιού (µεγάλης περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη)

26 Αποδόσεις γλυκού σόργου Αποδόσεις σε βιοµάζα κυµαίνονται από 1.8 έως και 10 tn/στρ. Η περιεκτικότητα σε χυµό από 65 έως 80% Η περιεκτικότητα σακχάρων στο χυµό κυµαίνεται από 9 έως 15% Η απόδοση σε ζάχαρη από 360 έως kg/στρ. Με τη ζύµωση µπορεί να παραχθούν lit/στρ. αιθανόλη (Vermerris κ. α. 2008) Σε πειραµατικούς αγρούς στο Βόρειο Έβρο βιοµάζα 12 tn/στρ., ζάχαρα 10%, βιο-αιθανόλη 700 lit/στρ. (Μελλίδης κ. α. 2000)

27 Έρευνα που διεξάχθηκε στο Α.Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης για το γλυκό σόργο

28 Λόγοι διεξαγωγής της έρευνας Περιορισµένα δεδοµένα σχετικά µε: υνατότητα αξιοποίησης αλατούχων εδαφών (παραγωγή βιο-καυσίµων καυσίµων) Περιορισµένη άρδευση Αξιολόγηση διαφόρων ποικιλιών γλυκού σόργου

29 Ποικιλίες σόργου που αξιολογήθηκαν στο πείραµα Sugar graze (γλυκό σόργο) M81-Ε (γλυκό σόργο) Urja (γλυκό σόργο) Topper (γλυκό σόργο) Susu (χορτοδοτικό) KN (καρποδοτικό)

30 Στοιχεία πειράµατος Εγκατάσταση Περιοχή εγκατάστασης Πειραµατικό σχέδιο Παράγοντας Α Παράγοντας Β Παράγοντας Γ Οµάδες Μέγεθος τεµαχίων : 25Μαΐου 2007, 2008 (σπορά) : Αγρόκτηµα Α.Τ.Ε.Ι./Θ. : Παραγοντικό 2 x 2 x 6 : 2 (Αλατότητα εδάφους, 2,0-3,5 ή 4,5-6,5 ds/m) : 2 (Άρδευση, 60 ή 120 mm) : 6ποικιλίες : Τέσσερις (4) : 5 x 3 m

31 Στοιχεία πειράµατος Πυκνότητα καλλιέργειας Άρδευση µετά τη σπορά Λίπανση Αγωγιµότητα νερού άρδευσης : σπόροι/στρ : 20 mm νερού : 50 kg/στρ kg/στρ 33,5-0-0 : 0,8 ds/m

32 Στοιχεία πειράµατος Αρδεύσεις (στάγδην) µετά το φύτρωµα της καλλιέργειας 1 η άρδευσηστις 17/07 µε 10 ή 20 mm 2 η άρδευσηστις 24/07 µε 10 ή 20 mm 3 η άρδευσηστις 31/07 µε 10 ή 20 mm 4 η άρδευσηστις 15/08 µε 10 ή 20 mm 5 η άρδευσηστις 21/08 µε 10 ή 20 mm 6 η άρδευσηστις 11/09 µε 10 ή 20 mm

33

34

35

36 80 Ε.Σ.. 0,05 2,0-3,5 ds/m 4,5-6,5 ds/m Επιβιώσαντα φυτά σόργου (%) Sugar graze M81 Urja Topper Υβρίδια σόργου Susu KN-300 Επίδρασητης αλατότητας του εδάφουςστο φύτρωµα έξι ποικιλιών σόργου

37 Ξηρό βάρος σόργου (Mg/στρ) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Ε.Σ.. 0,05 M81 Urja Sugar graze Topper-76 Susu KN ,0-3,5 4,5-6,5 2,0-3,5 4,5-6,5 ds/m 120 mm άρδευση 60 mm άρδευση Επεµβάσεις Επίδρασητης άρδευσης και της αλατότηταςτου του εδάφουςστο ξηρό βάρος έξι ποικιλιών σόργου

38 Απόδοση σόργου σε χυµό (Mg/στρέµµα) Σακχαροδοτικά Άρδευση 120mm, Αγωγιµότητα 5Mmhos/cm Άρδευση 120mm, Αγωγιµότητα 10Mmhos/cm Άρδευση 60mm, Αγωγιµότητα 5Mmhos/cm Άρδευση 60mm, Αγωγιµότητα 10Mmhos/cm Τύποι σόργου Χορτ/κό Καρπ/κό Επίδραση τηςάρδευσης και τηςαλατότητας του εδάφους στηναπόδοση σε χυµό του σόργου κατά το 2007

39 Συγκέντρωση σακχάρων σε χυµό σόγου (%) Άρδευση 120mm, Αγωγιµότητα 5Mmhos/cm Άρδευση 120mm, Αγωγιµότητα 10Mmhos/cm Άρδευση 60mm, Αγωγιµότητα 5Mmhos/cm Άρδευση 60mm, Αγωγιµότητα 10Mmhos/cm 0 Σακχαροδοτικά Τύποι σόργου Χορτ/κό Καρπ/κό Επίδραση τηςάρδευσης και τηςαλατότητας του εδάφους στη συγκέντρωση σακχάρων στο χυµό του σόργου κατά το 2007

40 Απόδοση σε σιρόπι (Mg/στρ) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Ε.Σ.. 0,05 Brix 11,7-10,6 13,6-10,7 13,5-12,6 13,0-11,8 11,7-11,9 11,2-11,2 M81 Urja Sugar graze Topper-76 Susu KN ,0-3,5 4,5-6,5 2,0-3,5 4,5-6,5 ds/m 120 mm άρδευση 60 mm άρδευση Επεµβάσεις Επίδρασητης άρδευσης και της αλατότηταςτου του εδάφουςστην απόδοση σε σιρόπι έξι ποικιλιών σόργου

41 Συµπεράσµατα Η αύξηση της αλατότητας εν επηρέασε σηµαντικά Την Τηναπόδοση των ποικιλιών σόργου σε ξηρή µάζα και σιρόπι Το ποσοστό σακχάρων στο σιρόπι

42 Συµπεράσµατα Αντίθετα Ο περιορισµός της άρδευσης Μείωσε σηµαντικά Την απόδοση σε βιοµάζα και σιρόπι Το ποσοστό σακχάρων στο σιρόπι

43 Συµπεράσµατα Η καλλιέργειατου γλυκού σόργου µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την αξιοποίηση µετρίως αλατούχωνεδαφών σε περιοχές µε µειωµένες εισροές νερού άρδευσης Η ποικιλία Μ81-Επαρείχε τη µεγαλύτερη απόδοσησε σε βιοµάζα και σιρόπι

44 Συµπεράσµατα Η βιο-αιθανόλη µπορεί να υποκαταστήσει (µερικώς) τη βενζίνη από το ορυκτό πετρέλαιο Κατάλληλες οι κλιµατολογικές συνθήκες της περιοχήςγια την καλλιέργεια του γλυκού σόργου

45 Γενικό Συµπέρασµα Η καλλιέργεια του γλυκού σόργου για την παραγωγή βιο-αιθανόλης Θα συµβάλλει ηµιουργία νέων θέσεων εργασίας Αύξηση εισοδήµατος των αγροτών ιατήρηση αγροτικού πληθυσµού