ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Σχολή Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος ΤΟΜΕΑΣ ΛΙΒΑΔΟΠΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΑΓΡΙΑΣ ΠΑΝΙΔΑΣ- ΙΧΘΥΟΠΟΝΙΑΣ ΓΛΥΚΕΩΝ ΥΔΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΑΣΙΚΩΝ ΒΟΣΚΟΤΟΠΩΝ Αξιολόγηση Λιβαδικών Φυτών για τη Παραγωγή Βιοενέργειας Ιωάννης Α. Παππάς Διδάκτωρ Δασολογίας Α.Π.Θ Δασολόγος Περιβαλλοντολόγος Φυσικού Ζωή Κούκουρα Καθηγήτρια Σχολής Δασολογίας και Περιβάλλοντος Α.Π.Θ
Συμβολή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην ενεργειακή κατανάλωση της Ε.Ε των 25 (2005)
Ως βιομάζα θεωρείται κάθε οργανική ύλη που είναι διαθέσιμη σε ανανεώσιμη βάση και παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (φυτικούς και ζωϊκους). Βιομάζα:
Κατηγορίες βιομάζας Υπολείμματα αγροτικών καλλιεργειών Υπολείμματα δασικών υλοτομιών Κτηνοτροφικά, αστικά και βιομηχανικά απόβλητα Ενεργειακά φυτά Πρώτης γενιάς Δεύτερης γενιάς
Ενεργειακά φυτά: α) Πρώτης ετήσιων γενιάς (αξιοποίηση καλαμπόκι, φυτών) ) (καλαμπόκι( ελαιοκράμβη, ηλίανθος) β) Δεύτερης λιγνοκυτταρινικής (πολυετή λιβαδικά λιβαδικά φυτά) γενιάς βιομάζας των καρπών σιτάρι, (αξιοποίηση φυτών)
Κριτήρια αξιολόγησης ενεργειακών φυτών δεύτερης γενιάς Υψηλή παραγωγή υπέργειας μονάδα επιφάνειας εδάφους βιομάζας ανά Υψηλή συγκέντρωση δομικών πολυσακχαριτών (κυτταρίνες ημικυτταρίνες) ανά μονάδα βιομάζας Χαμηλές απαιτήσεις σε εισροές ενέργειας για την παραγωγή τους
Κατηγορίες πολυετών λιβαδικών φυτών A) Ποώδη Αγρωστώδη (Poaceae) Ψυχανθή (Fabaceae) Β) Ξυλώδη
Χρακτηριστικά ποωδών λιβαδικών φυτών Υψηλό λιγνοκυτταρινικό βιομάζας. περιεχόμενο ανά μονάδα Ικανότητα προσαρμογής σε διάφορες κλιματεδαφικές συνθήκες. Υψηλή αποτελεσματικότητα εδαφικού νερού. χρησιμοποίησης του Θυσανώδες και πασαλλώδες ριζικό προστατεύει το έδαφος από τη βελτιώνει τις φυσικές ιδιότητες του. σύστημα διάβρωση που και
Κύρια συστατικά της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας Λιγνοκυτταρινική Βιομάζα Δομικοί πολυσακχαρίτες Λιγνίνη Κυτταρίνη Ημικυτταρίνες Γλυκόζη Ξυλόζη, Αραβινόζη, Γλυκόζη Γαλακτόζη, Μαννόζη
Θερμόβια Είδη Φυτών που Αξιολογήθηκαν Ψυχανθή Chrysopogon gryllus L. Μedicago sativa L. Dichantheum ischaemum L. Medicago falcata L. Cynodon dactylon L. Lotus corniculatus L. Ψυχρόβια Astragalus austraegaeus L. Ψυχρόβια Phalaris aquatica L. Oryzopsis miliacea L. Bromus inermis L. Dactylis glomerata L. Stipa pennata L. Agropyrum cristatum L. Hordeum bulbosum L. Lolium perenne L. Phleum phloides L. Festuca valesiaca L. Melica ciliata L.
Dactylis glomerata Lolium perenne
Phalaris aquatica Μedicago sativa
Πίνακας 1. Παραγωγή υπέργειας βιομάζας (tn/ha Ξ.Ο) και συγκεντρώσεις σε δομικά συστατικά (g/kg Ξ.Ο) ανά κατηγορία πολυετών λιβαδικών φυτών.
Πίνακας 2. Παραγωγή υπέργειας βιομάζας (tn/ha Ξ.Ο) των ειδών που μελετήθηκαν κατά κατηγορία λιβαδικών φυτών. Ονομασία φυτού κατά κατηγορία Μ.Ο ετών (tn/ha Ξ.Ο) Θερμόβια Chrysopogon gryllus L. 6,02 Dichantheum ischaemum L. 5,79 Cynodon dactylon L. 4,82 Ψυχρόβια Phalaris aquatica L. 4,94 Oryzopsis miliacea L. 4,66 Bromus inermis L. 4,62 Dactylis glomerata L. 4,62 Stipa pennata L. 4,45 Agropyrum cristatum L. 4,42
Ονομασία φυτού κατά κατηγορία Μ.Ο ετών (tn/ha Ξ.Ο) Hordeum bulbosum L. 4,39 Lolium perenne L. 4,33 Phleum phloides L. 3,63 Festuca valesiaca L. 3,39 Melica ciliata L. 3,05 Ψυχανθή Μedicago sativa L. 4,70 Medicago falcata L. 3,33 Lotus corniculatus L. 2,62 Astragalus austraegaeus L. 1,70
Πίνακας 3. Συγκεντρώσεις σε δομικά συστατικά (g/kg Ξ.Ο) για τα είδη που μελετήθηκαν στις διάφορες κατηγορίες λιβαδικών φυτών. Oνομασία φυτού Λιγνοκυτταρινικό περιεχόμενο Λιγνίνη Δομικοί πολυσακχαρίτες Chrysopogon gryllus 803 60 743 Stipa pennata 800 69 731 Dichanthium ischaemum 773 55 719 Oryzopsis miliacea 771 59 712 Hordeum bulbosum 767 65 702 Phalaris aquatica 757 81 677 Bromus inermis 755 62 693 Dactylis glomerata 756 67 689 Agropyrum cristatum 737 56 681
Oνομασία φυτού Λιγνοκυτταρινικό περιεχόμενο Λιγνίνη Δομικοί πολυσακχαρίτε ς Festuca valesiaca 717 67 650 Phleum phloides 687 64 628 Cynodon dactylon 684 34 650 Lolium perenne 675 47 628 Melica ciliata 670 68 602 Medicago sativa 542 79 463 Medicago falcata 490 86 404 Lotus corniculatus 458 95 363 Astragalus austraegaeus 380 55 325
Τα είδη τα οποία κρίθηκαν κατάλληλα για ενεργειακή αξιοποίηση είναι τα εξής : Θερμόβια C4 φυτά : Chrysopogon gryllus, Dichanthium ischaemum. Ψυχρόβια C3 φυτά : Phalaris aquatica, Stipa pennata, Oryzopsis miliacea, Hordeum bulbosum, Bromus inermis, Dactylis glomerata, Agropyrum cristatum.
Χαρακτηριστικά ενεργειακών καλλιεργειών 1. Ευκολία εγκατάστασης με σπόρους σε οριακές γεωργικές εκτάσεις 2. Δυνατότητα χρησιμοποίησης συμβατικών γεωργικών πρακτικών κατά την καλλιέργεια και συγκομιδή της βιομάζας 3. Αειφορική παραγωγή λιγνοκυτταρινικής βιομάζας
Καλλιέργειες Φαλαρίδας
Φαλαρίδα (Phalaris aquatica L.) C 3 Πολυετές φυτό (10-15 έτη) Σπορά: Φθινόπωρο Συγκομιδή: Καλοκαίρι Eπαναύξηση: Σεπτέμβριο Παραγωγή βιομάζας: Yψηλή Παραγωγή σπόρων: Άφθονη Ριζικό σύστημα: Πυκνό θυσσανώδες Υψηλή ξηρανθεκτικότητα
Εικόνα Φαλαρίδας
Λιγνοκυτταρινική βιομάζα Βιοενέργεια Θερμοχημική και Βιοχημική Μετατροπή
Διάγραμμα μετατροπής της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας σε βιοενέργεια Λιγνοκυτταρινική Βιομάζα Προκατεργασία Ενζυμική Υδρόλυση Γλυκόζη Ξυλόζη, αραβινόζη, γλυκόζη, μαννόζη, γαλακτόζη Βιοενέργεια
Πίνακας 4. Συγκεντρώσεις μονομερών σακχάρων (mg/ml) στους διαφόρους χειρισμούς της αραιής όξινης υδρόλυσης (προκατεργασία).
Πίνακας 5. Ποσοστά (%) διαλυτοποίησης ημικυτταρινών και συγκεντρώσεις (g/kg Ξ.Ο) μονομερών σακχάρων στους διαφόρους χειρισμούς της αραιής όξινης υδρόλυσης.
Πίνακας 6. Συγκεντρώσεις μονομερών σακχάρων (g/kg Ξ.Ο) στους διαφόρους χειρισμούς της ενζυμικής υδρόλυσης της κυτταρίνης.
Πίνακας 7. Συγκεντρώσεις μονομερών σακχάρων (g/kg Ξ.Ο), (%) ποσοστά μετατρεψιμότητας στους διαφόρους χειρισμούς της ενζυμικής υδρόλυσης.
Το είδος Phalaris aquatica μπορεί να καλλιεργηθεί σε περιοχές της Κεντρικής και Βόρειας Ελλάδας με χαμηλό υψόμετρο. Έχει υψηλό παραγωγικό δυναμικό και υψηλή συγκέντρωση σε δομικούς πολυσακχαρίτες (κυτταρίνη και ημικυτταρίνες). Ο βαθμός μετατρεψιμότητας της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας του σε βιοενέργεια είναι αρκετά υψηλός (90,7%). Οι ενεργειακές καλλιέργειες της φαλαρίδας μπορούν να συμβάλλουν στην επίτευξη του Ευρωπαϊκού στόχου συμμετοχής των βιοκαυσίμων 2 ης γενιάς (βιοαιθανόλη) στον τομέα των μεταφορών με ελάχιστες επιπτώσεις στην αλλαγή χρήση γης, την παραγωγή τροφίμων και τη βιοποικιλότητα των οικοσυστημάτων της χώρας μας.
Λιγνοκυτταρινικές καλλιέργειες (Lignocellulose crops) : Dactylis glomerata, Phleum pratense, Lolium perenne, Festuca arundinacea, Panicum virgatum, Miscanthus giganteus, Phalaris arundinacea Dactylis Phleum Lolium Festuca Panicum Miscanthus Phalaris
Παραγωγή Βιομάζας Καλλιέργειας Φέστουκας (Festuca arundinacea) με άρδευση και χωρίς άρδευση Καλλιέργεια του είδους Festuca arundinacea
Ηλικία Καλλιέργειας Πίνακας 8. Παραγωγή βιομάζας φέστουκας (kg/στρέμμα) με άρδευση και χωρίς άρδευση Παραγωγή Βιομάζας Ετήσια Άρδευση (kg/ kg/στρ.) Χωρίς Βροχόπτωσ Άρδευσ η η mm 1 ο έτος 1.148 932 429 2 ο έτος 1.178 697 394 3 ο έτος 1.541 766 671
Προτάσεις Αξίζει να αξιολογηθούν ενεργειακές καλλιέργειες και άλλων αυτοφυών ειδών της χώρας μας, τόσο για παραγωγή βιοκαυσίμων όσο και άλλων βιοχημικών προϊόντων. Να ερευνηθεί η δυνατότητα μεγιστοποίησης της απόδοσής τους σε βιομάζα με άρδευση και λίπανση σε συνδυασμό με το λιγνοκυτταρινικό τους περιεχόμενο. Να γίνει μια οικονομική ανάλυση του παραγωγής βιομάζας και μετατροπής βιοενέργεια, σε βιομηχανική κλίμακα. κόστους της σε
Ευχαριστώ Πολύ