Το γλυκό και κυτταρινούχο σόργο (Sorghum bicolor L. Moench) ως εναλλακτικές καλλιέργειες παραγωγής βιοενέργειας

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Π.Μ.Σ ΓΕΩΡΓΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΠΑΣΧΩΝΗΣ Α. ΚΛΕΑΝΘΗΣ ΓΕΩΠΟΝΟΣ Α.Π.Θ. Το γλυκό και κυτταρινούχο σόργο (Sorghum bicolor L. Moench) ως εναλλακτικές καλλιέργειες παραγωγής βιοενέργειας Μεταπτυχιακή ιατριβή ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2006

Καλως δε κακεινος ειπεν τι εφη την γεωργιαν των αλλων τεχνων µητερα και τροφον ειναι. Ευ µεν γαρ φεροµενης της γεωργιας ερρωνται και αι αλλαι τεχναι απασαι, οπου δ αν αναγκασθη η γη χερσευειν, αποσβεννυνται και αι αλλαι τεχναι σχεδον τι και κατα γην και κατα θαλατταν. Ξενοφών, Οικονοµικός ii

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω από καρδιάς τον καθηγητή µου κ. αναλάτο Νικόλαο για την ανάθεση του θέµατος, τη συνεχή καθοδήγηση, τις πολύτιµες συµβουλές του, την ειλικρινή συµπαράσταση καθ όλη τη διάρκεια της διατριβής µου και τους νέους ορίζοντες γνώσης που µου προσέφερε στον τοµέα της ενεργειακής γεωργίας. Επίσης θα ήθελα να εκφράσω τις πιο θερµές µου ευχαριστίες στη λατρεµένη σύντροφό µου Ελένη και τους γονείς µου Αναστάσιο και Αγγελική, για την ηθική συµπαράσταση και αγάπη που αφειδώς µου προσφέρουν. iii

ΣΥΝΤΟΜΟΓΡΑΦΙΕΣ ΕΕ Ευρωπαϊκή Ένωση EEA European Environment Agency EECI European Energy Crops Internetwork EUBIA European Biomass Industry Association EUBIONET European Bioenergy Networks FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations ΙΕΑ International Energy Agency IEEP Institute for European Environmental Policy ΚΑΠΕ Κέντρο Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας ΚΓΠ Κοινή Γεωργική Πολιτική LAMNET Latin America Thematic Network on Bioenergy ΜΤΙΠ Μεγάτονοι Ισοδύναµου Πετρελαίου ξ.ο ξηρή ουσία PAR Φωτοσυνθετικά ενεργός ηλιακή ακτινοβολία RFA Renewable Fuels Association ΤΙΠ Τόνοι Ισοδύναµου Πετρελαίου UNEP United Nations Environment Programme USDA United States Department of Agriculture USDE United States Department of Energy iv

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ...... iii ΣΥΝΤΟΜΟΓΡΑΦΙΕΣ....iv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ...ix ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΩΝ...x 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ.........1 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ........... 4 2.1 Η Βιοµάζα ως ενεργειακός πόρος...4 2.1.1 Μετατροπές της βιοµάζας.........6 2.1.2 Πλεονεκτήµατα & µειονεκτήµατα της ενεργειακής χρήσης της βιοµάζας...8 2.2 Ενεργειακή γεωργία.........10 2.2.1 Πλεονεκτήµατα της ενεργειακής γεωργίας.........10 2.2.2 Ενεργειακές καλλιέργειες............11 2.3 Βιοκαύσιµα................18 2.4 Σηµερινή κατάσταση και προοπτικές... 22 2.4.1 Βιοαιθανόλη....24 2.4.2 Βιοντήζελ......27 2.4.3 Προοπτικές......28 2.5 Το γλυκό και ινώδες σόργο ως ενεργειακά φυτά....31 3. ΒΙΟΛΟΓΙΑ.........34 3.1 Βοτανική ταξινόµηση...... 34 3.2 Προέλευση - Ιστορικά στοιχεία...... 35 3.2.1 Καταγωγή......35 3.2.2 Ιστορικά στοιχεία - Εξάπλωση...35 3.3 Βοτανικά - Μορφολογικά χαρακτηριστικά...... 37 3.3.1 Ριζικό σύστηµα...37 3.3.2 Βλαστός.......39 3.3.3 Φύλλα.......41 3.3.4 Αναπαραγωγικά όργανα....43 3.3.5 Καρπός.......45 v

3.4 Φαινολογία - Στάδια Ανάπτυξης...... 47 3.4.1 Στάδια ανάπτυξης της καλλιέργειας....47 3.4.2 Στάδιο φυταρίου....49 3.4.3 Στάδιο βλαστικής ανάπτυξης....50 3.4.4 Στάδιο ανθοφορίας....51 3.4.5 Στάδιο ωρίµανσης....52 3.5 Οικολογία και Περιβαλλοντικές απαιτήσεις......53 3.5.1 Οικολογία....53 3.5.2 Θερµοκρασία.....54 3.5.3 Φωτοπερίοδος.....55 3.5.4 Βροχόπτωση και Υγρασία......55 3.5.5 Έδαφος......57 3.5.6 Ακτινοβολία...59 3.6 Ποικιλίες...61 3.6.1 Ποικιλίες γλυκού σόργου......63 3.6.2 Ποικιλίες ινώδους σόργου...67 3.6.3 Βελτίωση ποικιλιών και παραγωγή υβριδίων....68 4. ΚΑΛΛΙΕΡΓΗΤΙΚΗ ΤΕΧΝΙΚΗ....... 69 4.1 Εναλλαγή καλλιεργειών...69 4.2 Προετοιµασία εδάφους...71 4.3 Σπορά...73 4.3.1 Πυκνότητα φυτών......73 4.3.2 Χρόνος σποράς......73 4.3.3 Έλεγχοι και χειρισµός του σπόρου.....75 4.3.4 Μέθοδος σποράς......76 4.4 Άλλες καλλιεργητικές εργασίες...77 4.5 Ανόργανη θρέψη-λίπανση...77 4.5.1 Άζωτο.........78 4.5.2 Φώσφορος-Κάλιο.........80 4.5.3 Λοιπά θρεπτικά στοιχεία και ιχνοστοιχεία.......81 4.6 Έλεγχος ζιζανίων....81 4.6.1 Προφυτρωτική ζιζανιοκτονία....84 4.6.2 Μεταφυτρωτική ζιζανιοκτονία....84 vi

4.7 Άρδευση...85 4.7.1 Γενικές πληροφορίες......85 4.7.2 Πρακτική αρδεύσεων...87 4.8 Συγκοµιδή και αποθήκευση......89 4.8.1 Συγκοµιδή και αποθήκευση γλυκού σόργου...89 4.8.2 Συγκοµιδή και αποθήκευση ινώδους σόργου......93 4.8.3 Αποδόσεις.......95 5. ΕΧΘΡΟΙ ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ........99 5.1 Εχθροί...99 5.1.1 Έντοµα που προσβάλλουν το σπόρο, τις ρίζες και τα φυτάρια...100 5.1.2 Έντοµα που προσβάλλουν τα φύλλα...101 5.1.3 Έντοµα που προσβάλλουν τα καρποφόρα όργανα...102 5.1.4 Έντοµα που προσβάλλουν τα στελέχη...103 5.1.5 Αντιµετώπιση εντοµολογικών προβληµάτων...104 5.2 Μυκητολογικές Ασθένειες......105 5.2.1 Μυκητολογικές ασθένειες σπόρων και φυταρίων...105 5.2.2 Μυκητολογικές ασθένειες φυλλώµατος...106 5.2.3 Άνθρακες και σκωριάσεις...107 5.2.4 Μυκητολογικές ασθένειες ριζών και στελέχους...108 5.2.5 Μυκητολογικές ασθένειες της ταξικαρπίας και των κόκκων...109 5.2.6 Έλεγχος ασθενειών...109 5.3 Βακτηριολογικές Ασθένειες......110 5.4 Ιολογικές Ασθένειες...110 5.5 Νηµατώδεις...112 5.6 Μη παρασιτικές ασθένειες και παθήσεις...112 5.6.1 Τροφοπενίες και τοξικότητες θρεπτικών στοιχείων...112 5.6.2 Άλλες παθήσεις του σόργου...113 6. ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ......114 6.1 Χρήσεις της καλλιέργειας...114 6.1.1 Χρήσεις του γλυκού σόργου...114 6.1.2 Χρήσεις του ινώδους σόργου...115 6.2 Παραγωγή µη ενεργειακών προϊόντων...116 6.2.1 Παραγωγή ζάχαρης...116 6.2.2 Παραγωγή χαρτιού και ξυλιτόλης...118 vii

6.2.3 Παραγωγή οργανικού λιπάσµατος...118 6.3 Παραγωγή ενεργειακών προϊόντων...119 6.3.1 Παραγωγή αιθανόλης...119 6.3.2 Παραγωγή στερεών καυσίµων...124 6.3.3 Παραγωγή βιοαερίου και βιο-υδρογόνου...125 6.4 Αξιοποίηση της καλλιέργειας...126 7. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ......130 7.1 Ενεργειακό ισοζύγιο...130 7.1.1 Ενεργειακό ισοζύγιο της καλλιέργειας...130 7.1.2 Ενεργειακό ισοζύγιο της παραγωγικής αλυσίδας και ενεργειακή αποδοτικότητα των µεθόδων µετατροπής της βιοµάζας...134 7.2 Οικονοµική ανάλυση της καλλιέργειας...136 7.3 Σύγκριση στερεού καυσίµου από σόργο και πετρελαίου...139 7.3.1 Θέρµανση θερµοκηπίων...139 7.3.2 Θέρµανση κατοικιών και κτιρίων...140 8. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ......142 9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ....144 10. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ......171 viii

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.4. Πολυετείς δασικές ενεργειακές καλλιέργειες......14 Πίνακας 2.5. Ετήσιες γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες...15 Πίνακας 2.6. Πολυετείς γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες...15 Πίνακας 2.7. Στρεµµατικές αποδόσεις στην Ελλάδα φυτών για παραγωγή υγρών βιοκαυσίµων, σε πρώτη ύλη και καύσιµο...17 Πίνακας 2.8. Στρεµµατικές αποδόσεις στην Ελλάδα φυτών για παραγωγή στερεών βιοκαυσίµων, σε πρώτη ύλη και ενεργειακό τους περιεχόµενο...17 Πίνακας 2.9. Σύγκριση χαρακτηριστικών των δύο κύριων βιοκαυσίµων µε τα αντίστοιχα.των ορυκτών υγρών καυσίµων που υποκαθιστούν...19 Πίνακας 2.10. Κόστος επένδυσης και παραγωγής βιοκαυσίµων στην Ευρώπη...20 Πίνακας 2.11. Κόστος διαφόρων µορφών βιοενέργειας...22 Πίνακας 2.13. Παραγωγή βιοκαυσίµων στην ΕΕ-25...24 Πίνακας 2.16. Εκτιµώµενο κόστος παραγωγής βιοαιθανόλης από διάφορες πρώτες ύλες...26 Πίνακας 3.1. Χαρακτηριστικά ορισµένων ποικιλιών γλυκού σόργου...40 Πίνακας 3.4. Χηµική σύσταση σπόρων γλυκού σόργου...45 Πίνακας 3.9. Αντοχή φυτών στην οξύτητα του εδάφους...58 Πίνακας 3.10. Ευαισθησία ή αντοχή διάφορων καλλιεργειών στην αλατότητα...58 Πίνακας 3.11. Προσαρµοστικότητα διαφόρων φυτών σε αλκαλικά εδάφη...58 Πίνακας 3.13. Σύγκριση της φωτοσυνθετικής αποδοτικότητας του γλυκού σόργου.µε άλλα είδη καλλιεργούµενων φυτών... 61 Πίνακας 3.14. Μέσες τιµές και παραλλακτικότητα των κυριότερων οικονοµικών χαρακτηριστικών 58 ποικιλιών γλυκού σόργου.63 Πίνακας 3.15. Παραγωγικό δυναµικό γλυκού σόργου...65 Πίνακας 3.16. Παραγωγικό δυναµικό ινώδους σόργου..67 Πίνακας 4.2. Ζιζανιοκτόνα και φάσµα δράσης τους, κατάλληλα για την καλλιέργεια του σόργου...83 Πίνακας 4.5. Επίδραση του χρόνου αποθήκευσης στα στελέχη του γλυκού σόργου κατά τις πρώτες 48 ώρες από τη συγκοµιδή...90 Πίνακας 4.8. Στρεµµατικές αποδόσεις γλυκού και ινώδους σόργου στην Ελλάδα...97 Πίνακας 4.9. Στρεµµατικές αποδόσεις γλυκού και ινώδους σόργου σε διάφορες χώρες...98 Πίνακας 5.1. Εντοµοκτόνα κατάλληλα για την καλλιέργεια του σόργου...105 Πίνακας 6.4. Κύρια φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά των υπολειµµάτων σόργου και δύο κοµποστοποιηµένων µιγµάτων του...119 ix

Πίνακας 6.5. Τυπική χηµική σύσταση του φυτικού χυµού γλυκού σόργου...120 Πίνακας 7.1. Ενεργειακά ισοδύναµα των αγρονοµικών εισροών της καλλιέργειας γλυκού και ινώδους σόργου...131 Πίνακας 7.2. Ενεργειακά ισοζύγια των κυριότερων ενεργειακών καλλιεργειών στην Ευρώπη για παραγωγή ξηρής βιοµάζας...131 Πίνακας 7.3. Ενεργειακά ισοζύγια των καλλιεργειών παραγωγής αιθανόλης στην Ευρώπη...132 Πίνακας 7.4. Ενεργειακά ισοζύγια για δύο επίπεδα ενεργειακών εισροών στο γλυκό και ινώδες σόργο...133 Πίνακας 7.6. Κόστος παραγωγής και οικονοµική ανάλυση της καλλιέργειας γλυκού σόργου στην Ελλάδα...137 Πίνακας 7.7. Κόστος παραγωγής και εγκατάστασης ενεργειακών καλλιεργειών στην Ευρωπαϊκή Ένωση...138 Πίνακας 7.8: Ενδεικτική µέση ετήσια κατανάλωση ενέργειας, καυσίµου και ετήσιο κόστος θέρµανσης τυπικού θερµοκηπίου...140 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 2.1. Ο κύκλος παραγωγής ενέργειας από βιοµάζα...5 Σχήµα 2.2. ιεργασίες παραγωγής ενέργειας από βιοµάζα...7 ιάγραµµα 2.3. Κύριες ενεργειακές καλλιέργειες, διεργασίες µετατροπής και βιοκαύσιµα...14 ιάγραµµα 2.12. Παγκόσµια παραγωγή αιθανόλης και βιοντήζελ την περίοδο 1990-2003...23 ιάγραµµα 2.14: Παγκόσµια παραγωγή αιθανόλης και τιµές αργού πετρελαίου κατά την περίοδο 1980-2004...25 ιάγραµµα 2.15. Παραγωγή βιοαιθανόλης στην Ευρωπαϊκή Ένωση κατά την περίοδο 1992-2004...25 ιάγραµµα 2.17. Παγκόσµια παραγωγή βιοντήζελ την περίοδο 1991-2003...27 ιάγραµµα 2.18. Παραγωγή βιοντήζελ στην ΕΕ κατά την περίοδο 1992-2004...28 ιάγραµµα 2.19. Σύγκριση της τάσης παραγωγής υγρών βιοκαυσίµων στην ΕΕ και του στόχου της «Λευκής Βίβλου»...29 ιάγραµµα 3.2. Πορεία του είκτη Φυλλικής Επιφάνειας (LAI) κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου στης Κ. Ελλάδα...43 ιάγραµµα 3.5. Πορεία συσσώρευση χλωρής βιοµάζας κατά την καλλιεργητική περίοδο σε τρείς ποικιλίες γλυκού σόργου...47 Σχήµα 3.6. Στάδια ανάπτυξης της καλλιέργειας του σόργου...48 ιάγραµµα 3.7. Επίδραση υδατικού στρες κατά το στάδιο της βλαστικής ανάπτυξης, στο x

δείκτη φυλλικής επιφάνειας (LAI) και την παραγωγή ξηρής βιοµάζας του γλυκού σόργου...51 Σχήµα 3.12. Ανατοµική διάταξη των φύλλων των φυτών C3 και C4..59 ιάγραµµα 4.1. Επίδραση της θερµοκρασίας στο ποσοστό και το χρόνο βλάστησης των σπόρων...75 ιαγράµµατα 4.3 και 4.4. Συνολική και ηµερήσια πορεία εξατµισοδιαπνοής σε καλλιέργεια γλυκού σόργου, κάτω από µεσογειακές κλιµατικές συνθήκες...86 ιάγραµµα 4.6. Καµπύλη φυσικής ξήρανσης του ινώδους σόργου στον αγρό...93 ιάγραµµα 4.7. Μέγιστες στρεµµατικές αποδόσεις του γλυκού σόργου στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης...96 ιάγραµµα 6.1. υνατότητες αξιοποίησης του γλυκού σόργου...115 ιάγραµµα 6.2. υνατότητες αξιοποίησης του ινώδους σόργου...116 Σχήµα 6.3. ιάγραµµα ροής της παραγωγής ζάχαρης από γλυκό σόργο...117 Σχήµα 6.6. Σχηµατική παράσταση της διαδικασίας εξαγωγής του χυµού από τα στελέχη του γλυκού σόργου...121 Σχήµα 6.7. ιάγραµµα ροής της παραγωγής αιθανόλης από γλυκό σόργο...122 Σχήµα 6.8. ιάγραµµα ροής της παραγωγής αιθανόλης από λιγνοκυτταρινούχες πρώτες ύλες...123 Σχήµα 6.9. Εναλλακτικά επίπεδα παραγωγής βιοδιυλιστηρίων γλυκού σόργου...128 ιάγραµµα 7.5. Επίδραση της απόδοσης στο κόστος της καλλιέργειας γλυκού σόργου...136 xi

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παγκόσµια κατανάλωση ενέργειας αυξήθηκε κατά 17 φορές τον προηγούµενο αιώνα και η συγκέντρωση CO 2 στην ατµόσφαιρα, το οποίο συµµετέχει σηµαντικά στο φαινόµενο του θερµοκηπίου, αυξήθηκε κατά 27% τις τελευταίες δύο δεκαετίες φτάνοντας στα 360 ppm, ενώ την ίδια περίοδο σηµειώθηκε αύξηση της µέσης θερµοκρασίας της υδρογείου κατά 0,5 o C. Εάν κατά τα προσεχή έτη δεν µειωθεί η χρήση των ορυκτών καυσίµων, στην οποία οφείλονται κατά κύριο λόγο οι εκποµπές των αερίων CO 2, SO 2 και ΝΟx που αποτελούν βασικούς συντελεστές της ατµοσφαιρικής ρύπανσης, αναµένεται περεταίρω θερµοκρασιακή αύξηση 2-5 o C και πιθανή αύξηση της στάθµης της θάλασσας κατά 1,8-2,4 µέτρα, ως αποτέλεσµα των συντελούµενων κλιµατικών αλλαγών (Ture et al.,1997, Kangama and Rumei, 2005). Επίσης, η τρύπα του όζοντος το έτος 2000 έφτασε τα 28,3 εκατοµµύρια τετραγωνικά χιλιόµετρα, έκταση περίπου τριπλάσια από αυτή των ΗΠΑ (UNEP, 2002). Το 80% της συνολικά χρησιµοποιούµενης πρωτογενούς ενέργειας παγκοσµίως (UNEP, 2004) και το 87% περίπου της εµπορεύσιµης πρωτογενούς ενέργειας ικανοποιείται από ορυκτά καύσιµα. (Spitzer et al., 1994). Ο µέσος ετήσιος ρυθµός αύξησης της κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας σε παγκόσµιο επίπεδο για την περίοδο 1990-2001 ήταν 1,5% οπότε αναµένεται διπλασιασµός της παγκόσµιας κατανάλωσης ενέργειας µεταξύ 2000 και 2040 και τριπλασιασµός µέχρι το 2060 (UNEP, 2004). Μάλιστα, σύµφωνα µε πολλούς ερευνητές, τα αποθέµατα πετρελαίου και φυσικού αερίου του πλανήτη αναµένεται να έχουν εξαντληθεί πριν τα µέσα του 21 ου αιώνα (Klass, 2004). Συγχρόνως, η χρήση της ενέργειας συµβάλλει κατά 60% στην ανθρωπογενή συνεισφορά στο φαινόµενο του θερµοκηπίου (επιπλέον 15% η χρήση χηµικών, 12% η γεωργία, 9% η αλλαγή χρήσεων γης και 4% άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες) ενώ η ανθρωπογενής επίδραση στο φαινόµενο του θερµοκηπίου οφείλεται κατά 50% στις εκποµπές CO 2 (Demirbas, 2004). Υπολογίζεται ότι οι ετήσιες εκποµπές CO 2 στην ατµόσφαιρα είναι περίπου 26 δισεκατοµµύρια τόνοι µε το 80% να προέρχεται από τη χρήση των ορυκτών καυσίµων (λιγνίτης, πετρέλαιο, φυσικό αέριο κ.α.) (Kangama and Rumei, 2005). Η ιάσκεψη του Ρίο (1992), η υπογραφή του πρωτοκόλλου του Κιότο (1997) και η Πράσινη (1996) και Λευκή Βίβλος (1997) για την Ενέργεια της ΕΕ θεωρούνται γεγονότασταθµοί για την προώθηση της βιοµάζας ως ενεργειακή πηγή (Moreira and Serrasqueiro, 1994, Jurgens et al., 2004). Η χρήση ανανεώσιµων πηγών ενέργειας, συµπεριλαµβανοµένης 1

της βιοµάζας, αναµένεται να ελαχιστοποιήσει το φαινόµενο του θερµοκηπίου και τις συνεπαγόµενες αρνητικές επιπτώσεις του στον πλανήτη (EEA, 2004b, González, et al., 2006). Η ενεργειακή γεωργία, δηλαδή η καλλιέργεια ενεργειακών φυτών, είναι ένας τοµέας που εξελίσσεται ταχύτατα τα τελευταία χρόνια, λόγω της ιδιαιτέρως ρυπογόνου επίδρασης των ορυκτών καυσίµων στο περιβάλλον, της εξάντλησης των αποθεµάτων πετρελαιοειδών και φυσικού αερίου του πλανήτη και του εξελισσόµενου αδιεξόδου της γεωργικής υπερπαραγωγής στις ανεπτυγµένες χώρες. Το πρόγραµµα TERES II της ΕΕ προβλέπει ότι ενέργεια 228 µεγατόνων ισοδύναµου πετρελαίου (ΜΤΙΠ) θα εξασφαλίζεται το έτος 2020 από ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, από το οποίο το 31,1% θα προέρχεται από ενεργειακή γεωργία Στις ΗΠΑ προβλέπεται για το έτος 2030 να καλύπτεται το 28% της ενέργειας από ανανεώσιµες πηγές, το µισό δε αυτής θα προέρχεται από ενεργειακή γεωργία (Υπουργείο Γεωργίας, 2000). Το έντονο ενδιαφέρον για βιώσιµη ανάπτυξη έχει ως αποτέλεσµα το πρόσφατο και συνεχώς αυξανόµενο ενδιαφέρον για τη καλλιέργεια ειδών σόργου για ενεργειακούς σκοπούς. Τα τελευταία 15 χρόνια έχουν εκπονηθεί πολυάριθµες µελέτες και προγράµµατα έρευνας και τεχνολογίας σε πολλές χώρες, κυρίως ευρωπαϊκές, σχετικά µε το ενεργειακό δυναµικό του γλυκού και του ινώδους σόργου, την προσαρµοστικότητα και παραγωγικότητά τους σε διαφορετικές οικολογικές συνθήκες και καλλιεργητικές πρακτικές καθώς και την αξιοποίησής τους σε διάφορες άλλες βιοµηχανικές χρήσεις. Το γλυκό σόργο χαρακτηρίζεται από υψηλή περιεκτικότητα των στελεχών του σε σάκχαρα, ενώ το ινώδες έχει στελέχη µε υψηλή περιεκτικότητα σε κυτταρίνες και ηµικυτταρίνες. Το γλυκό και ινώδες σόργο είναι φυτά ανθεκτικά στην έλλειψη νερού, έχουν χαµηλές απαιτήσεις σε άζωτο και παρουσιάζουν πολύ υψηλή αποτελεσµατικότητα χρήσης του νερού. Το υψηλό παραγωγικό δυναµικό τους, τόσο σε οριακές οικολογικές συνθήκες όσο και µε χαµηλά επίπεδα εισροών, είναι οι κύριοι λόγοι του συνεχώς αυξανόµενου ενδιαφέροντος των ερευνητών για τη χρήση τους ως ενεργειακές καλλιέργειες. Το γλυκό σόργο χρησιµοποιείται για παραγωγή βιοαιθανόλης και παραγώγων της (πχ ΕΤΒΕ) µέσω ζύµωσης των σακχάρων που περιέχονται στο φυτικό χυµό του. Τα φυτικά υπολείµµατα που παράγονται µετά την εξαγωγή του σακχαρούχου χυµού από τα στελέχη αποτελούν πρώτη ύλη για πυρολυτικά έλαια, στερεά καύσιµα και πέλλετς, βιοαέριο και βιουδρογόνο καθώς και λιγνοκυτταρινούχα υλικά για διάφορες µη ενεργειακές χρήσεις όπως για παραγωγή χαρτοπολτού και οργανικού λιπάσµατος. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει έντονο ενδιαφέρον και για το ινώδες σόργο, για παραγωγή ενέργειας και χαρτιού. Μια ενδιαφέρουσα ενεργειακή εφαρµογή είναι η παραγωγή 2

ηλεκτρισµού µε καύση της παραγόµενης βιοµάζας αλλά και γενικότερα η παραγωγή ξηρών καυσίµων και πέλλετς. Υπάρχει επίσης αυξανόµενο ενδιαφέρον για την παραγωγή βιοαιθανόλης από το φυτό, µέσω υδρόλυσης των κυτταρινούχων συστατικών του σε σάκχαρα και αλκοολικής ζύµωσης των σακχάρων. Προς το παρόν τόσο το γλυκό όσο και το ινώδες σόργο δεν καλλιεργούνται ακόµη σε εµπορική κλίµακα στην Ευρώπη ενώ συνεχίζεται η πειραµατική έρευνα για τα φυτά, ώστε να εισαχθούν στην αγροτική παραγωγή των ευρωπαϊκών χωρών. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η µελέτη του σακχαρούχου και κυτταρινούχου σόργου ως ενεργειακά φυτά, λαµβάνοντας υπόψη τις περιβαλλοντικές προεκτάσεις, στα πλαίσια της ορθής γεωργικής πρακτικής, της βιώσιµης ανάπτυξης της ενεργειακής γεωργίας και της παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιµους πόρους. Συγκεκριµένα, η εργασία στηρίζεται στην ανασκόπηση της βιβλιογραφίας σχετικά µε τη βιολογία και οικολογία των φυτών, τις καλλιεργητικές τεχνικές για ορθολογική αγρονοµική διαχείριση της καλλιέργειας, τους εχθρούς και τις ασθένειες των φυτών καθώς και πρακτικές που συντελούν στην µείωση της χρήσης φυτοφαρµάκων. Τέλος, παρουσιάζονται οι χρήσεις και οι τρόποι αξιοποίησης του παραγόµενου από τα φυτά προϊόντος και αναλύονται το ενεργειακό ισοζύγιο και τα οικονοµικά στοιχεία της καλλιέργειας. 3

2. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 2.1 Η Βιοµάζα ως ενεργειακός πόρος Βιοµάζα είναι η µάζα βιολογικών υλικών που προέρχεται από ζωντανούς οργανισµούς και από βιολογικούς µετασχηµατισµούς της ύλης (Βουρδουµπάς, 1999). Η βιοµάζα είναι ανανεώσιµη µε την έννοια ότι µετασχηµατίζεται, καταστρέφεται και αναπαράγεται. Ουσιαστικά είναι ένας αέναος µετατροπέας της ηλιακής ενέργειας, η οποία αποθηκεύεται σε χηµική µορφή στα οργανικά προϊόντα της φωτοσύνθεσης. Η απόδοση µετατροπής της ηλιακής ενέργειας (προσπίπτουσας ακτινοβολίας) σε αποθηκευµένη χηµική µέσω της φωτοσύνθεσης των φυτών, είναι χαµηλή (in vivo), της τάξης του 1-2% (El Bassam, 1998, McKendry, 2002, Klass, 2004). Υπολογίζεται ότι το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που µετατρέπεται σε καθαρή πρωτογενή παραγωγή βιοµάζας στα χερσαία οικοσυστήµατα του πλανήτη είναι κατά µέσο όρο 1% (Βερεσόγλου, 1996). Οι περισσότερες µορφές βιοµάζας συνίστανται από νερό καθώς και κυτταρίνες, ηµικυτταρίνες και λιγνίνες σε διάφορες αναλογίες, στις οποίες και εµπεριέχεται η αποθηκευµένη χηµική ενέργεια. Η τυπική σύνθεση της βιοµάζας είναι 50% άνθρακας, 43% οξυγόνο και 6% υδρογόνο και ο χηµικός της τύπος είναι C 6n (H 2 O) 5n (Βουρδουµπάς, 1999). Η ξηρή βιοµάζα έχει θερµογόνο δύναµη (θερµική αξία) 15-20 MJ/kg (Scurlock, 2001, Klass, 2004). Ο σχεδόν κλειστός κύκλος παραγωγής ενέργειας από βιοµάζα παρουσιάζεται στο σχήµα 2.1. Σύµφωνα µε πολλούς ερευνητές, τα αποθέµατα πετρελαίου και φυσικού αερίου του πλανήτη αναµένεται να έχουν εξαντληθεί πριν τα µέσα του 21 ου αιώνα (Klass, 2004), ενώ προβλέπεται η εξάντληση των γνωστών µέχρι σήµερα κοιτασµάτων πετρελαίου µέχρι το έτος 2027 (Klass, 1998). Τα σηµερινά αποθέµατα πετρελαίου είναι περίπου 1,2 τρισεκατοµµύρια βαρέλια (BP, 2006) ενώ η αύξηση της τιµής πετρελαίου κατά 10$ το βαρέλι υπολογίζεται ότι συντελεί σε επιβράδυνση της παγκόσµιας οικονοµίας κατά 0,5% (UNEP, 2004). Σχετικά µε τα παγκόσµια αποθέµατα σε κάρβουνο που είναι οικονοµικά και τεχνολογικά διαθέσιµα, αυτά επαρκούν για περίπου 200 χρόνια σύµφωνα µε το σηµερινό ρυθµό εξόρυξης και χρήσης (ΙΕΑ, 2001). 4

Σχήµα 2.1: Ο κύκλος παραγωγής ενέργειας από βιοµάζα (El Bassam, 1998). Μετά την ενεργειακή κρίση του 1973, η βιοµάζα έδειξε ότι αποτελεί µια σπουδαία πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατόν να συµβάλλει στην ενεργειακή επάρκεια µετά την εξάντληση των αποθεµάτων του αργού πετρελαίου, του ορυκτού άνθρακα και του φυσικού αερίου (ΕΛΚΕΠΑ, 1986, Teague και Lacewell, 1986) και στη µείωση των εκποµπών των αερίων του θερµοκηπίου που συµµετέχουν στη θέρµανση της υδρογείου και τις κλιµατικές αλλαγές. (Klass, 1998, Groscurth et al., 2000, P. Venturi και G. Venturi, 2003, EEA, 2004b,, Mc Bee et al., 2004, Voss, 2004). Έχει υπολογιστεί ότι κατ έτος, παράγονται παγκοσµίως µέσω της φωτοσύνθεσης περίπου 220 δισεκατοµµύρια τόνοι ξηρής βιοµάζας µε ενεργειακό ισοδύναµο που αντιστοιχεί στο δεκαπλάσιο της παγκόσµιας κατανάλωσης ενέργειας (Johansson et al., 1998). Η βιοµάζα για ενεργειακούς σκοπούς, περιλαµβάνει κάθε τύπο που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την παραγωγή στερεών, υγρών και αερίων καυσίµων. Στην πράξη υπάρχουν δύο τύποι βιοµάζας, οι υπολειµµατικές µορφές και η βιοµάζα που παράγεται από ενεργειακές καλλιέργειες. Οι υπολειµµατικές µορφές βιοµάζας διακρίνονται σε τρεις κύριες κατηγορίες (ΚΑΠΕ, 2004): 5

Υπολείµµατα που παραµένουν στον αγρό ή το δάσος µετά τη συγκοµιδή του κυρίου προϊόντος. Τέτοιου είδους υπολείµµατα είναι το άχυρο των σιτηρών, τα βαµβακοστελέχη, τα κλαδοδέµατα κ.α. Υπολείµµατα γεωργικών και δασικών βιοµηχανιών όπως ελαιοπυρήνες, υπολείµµατα εκκοκκισµού, πριονίδια κ.α. Απορρίµµατα, βιοµηχανικά και αστικά απόβλητα (οργανικά). 2.1.1 Μετατροπές της βιοµάζας Η παλαιότερη χρήση της βιοµάζας είναι η καύση, η οποία επιτυγχάνεται παρουσία αέρα σε θερµοκρασίες 1000-1500 ο C. Η καύση χρησιµοποιείται κυρίως για παραγωγή θερµότητας, αλλά σαν διεργασία έχει χαµηλό βαθµό απόδοσης, συνήθως κάτω του 40% (Βουρδουµπάς, 1999). Μόνο λίγοι τύποι βιοµάζας, όπως το ξύλο, µπορούν να χρησιµοποιηθούν απ ευθείας µε καύση για παραγωγή ενέργειας. Συνήθως απαιτείται η επεξεργασία και ο εξευγενισµός της βιοµάζας για τη µετατροπή της σε καύσιµο. Οι διεργασίες επεξεργασίας της βιοµάζας για παραγωγή ενέργειας, συνοψίζονται στις παρακάτω τρεις κατηγορίες (Wereko-Brobby και Hagen, 1996, Βουρδουµπάς, 1999, European Commission, 2000, Alemanno, et al., 2004): Α. ΘΕΡΜΟΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 1. Ανθρακοποίηση πχ παραγωγή κάρβουνου. 2. Πυρόλυση πχ παραγωγή υδρολυτικών ελαίων. 3. Αεριοποίηση πχ παραγωγή αερίου. Β. ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 1. Αναερόβια ζύµωση πχ παραγωγή βιοαερίου. 2. Υδρόλυση-Αναερόβια ζύµωση πχ παραγωγή αιθανόλης. Γ. ΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 1. Εκχύλιση ελαίων και εστεροποίηση των τριγλυκεριδίων πχ παραγωγή βιοκαυσίµου. Η επιλογή της µεθόδου µετατροπής προσδιορίζεται από τη σχέση C/N και την περιεχόµενη υγρασία της βιοµάζας. Οι θερµοχηµικές διεργασίες χρησιµοποιούνται για τα είδη βιοµάζας µε σχέση C/N > 30 και υγρασία µικρότερη από 50%, δηλαδή για κυτταρινούχα 6

είδη. Οι βιοχηµικές διεργασίες, οι οποίες είναι αποτέλεσµα µικροβιακής δράσης, χρησιµοποιούνται για είδη βιοµάζας µε σχέση C/N < 30 και υγρασία υψηλότερη από 50% (ΕΛΚΕΠΑ, 1986, Μαρτζόπουλος, 1996). Επίσης η σχετική αναλογία κυτταρίνης/ηµικυτταρίνης/λιγνίνης είναι κριτικός παράγοντας που καθορίζει τη βέλτιστη διεργασία παραγωγής ενέργειας για κάθε τύπο βιοµάζας (McKendry, 2002). Σύµφωνα µε το Luger (2002), η βιοµάζα που χρησιµοποιείται για παραγωγή ενέργειας πρέπει να έχει χαµηλή περιεκτικότητα σε Cl (αποτελεί διαβρωτικό παράγοντα), K, Ca (δηµιουργούν επιστρώσεις στις σωληνώσεις) και Ν (εκποµπές ΝΟx) και χαµηλή περιεκτικότητα υγρασίας που σχετίζεται µε τη θερµογόνο δύναµη της βιοµάζας. Στο σχήµα 2.2 παρουσιάζονται οι διάφορες θερµικές, βιολογικές και χηµικές διεργασίες µετατροπής της βιοµάζας και οι τελικές χρήσεις. Σχήµα 2.2: ιεργασίες παραγωγής ενέργειας από βιοµάζα (Βουρδουµπάς, 1999). 7

2.1.2 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα της ενεργειακής χρήσης της βιοµάζας Η βιοµάζα χαρακτηρίζεται ως µια από τις σηµαντικότερες και πλέον υποσχόµενες περιβαλλοντικά φιλικές πηγές ενέργειας (Hall et al., 1994). Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα από την ενεργειακή χρήση της βιοµάζας είναι τα παρακάτω (Trebbi, 1993, Σούτερ, 1996, Βουρδουµπάς, 1999, Groscurth et al., 2000): Ουδέτερη επίπτωση στο φαινόµενο του θερµοκηπίου, διότι η έκλυση CO 2 από την καύση αντισταθµίζεται από την απορρόφηση του κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για τη δηµιουργία ισόποσης βιοµάζας. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για συνεχή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που δεν εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, όπως συµβαίνει µε άλλες ανανεώσιµες πηγές όπως η ηλιακή, αιολική και υδροδυναµική ενέργεια. Οι χαµηλές συγκεντρώσεις θείου (0,1-0,2%) συντελούν σε µικρές επιπτώσεις στο φαινόµενο της όξινης βροχής. Τα υγρά βιοκαύσιµα έχουν υψηλούς αριθµούς οκτανίων και χαµηλούς αέριους ρύπους. Μείωση της ενεργειακής εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιµα και αύξηση της ασφάλειας εφοδιασµού ενέργειας. ηµιουργούνται πολλά οφέλη για τις τοπικές κοινωνίες λόγω αύξησης της τοπικής απασχόλησης, της κατανάλωσης εγχώριων πρώτων υλών κ.α Επιπλέον, η αξιοποίηση της βιοµάζας µπορεί να γίνει µε ποικίλους τρόπους, δίνοντας υγρά, στερεά και αέρια καύσιµα, για χρήση τους ανάλογα µε τις εκάστοτε ανάγκες (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Ωστόσο, η βιοµάζα αποτελεί µικρής απόδοσης µετατροπέα της ηλιακής ενέργειας (1-2%) και τα υψηλά ποσοστά υγρασίας που περιέχονται µειώνουν τη θερµική της αξία. Γενικά, η απόδοσή της σε ενέργεια χαρακτηρίζεται από χαµηλή ως µέτρια. Αυτό σηµαίνει ότι οι ποσότητες βιοµάζας που απαιτούνται για την παραγωγή ενέργειας είναι υψηλές, λόγω περιεκτικότητας υγρασίας και χαµηλής πυκνότητας, ενώ µεγάλες είναι και οι εδαφικές εκτάσεις που απαιτούνται για την παραγωγή της (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Το µειονέκτηµα της χαµηλής ενεργειακής αξίας της βιοµάζας απαλείφεται στην περίπτωση των ενεργειακών 8

καλλιεργειών, όταν αυτές συνδυάζουν υψηλές αποδόσεις µε χαµηλές ενεργειακές εισροές (IENICA, 1999). Η βιοµηχανική χρήση της βιοµάζας παρουσιάζει δυσκολίες κυρίως λόγω της εποχικότητας και της διασποράς των πηγών παραγωγής βιοµάζας, αλλά και λόγω του γεγονότος ότι η βιοµάζα είναι αλλοιώσιµη, οπότε παρουσιάζονται προβλήµατα προγραµµατισµού και χρονικής ακρίβειας (ΕΛΚΕΠΑ, 1986, Σούτερ, 1996). Το κόστος επίσης της ενέργειας από βιοµάζα παραµένει σχετικά υψηλό, αν και το πρόβληµα σταδιακά εξαλείφεται µε τη συνεχή άνοδο των τιµών των παραγώγων του πετρελαίου (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Συνοψίζοντας, η δυσκολία στη συλλογή, µεταφορά, αποθήκευση και µεταποίηση, η ανάγκη ύπαρξης εκτεταµένων περιοχών, η εποχικότητα των πηγών, το πολύ υψηλό κόστος των εγκαταστάσεων, η µικρότερη θερµική αξία και το µη ανταγωνιστικό κόστος της ενέργειας σε σχέση µε τα συµβατικά καύσιµα, αποτελούν προς το παρόν τροχοπέδη στη χρήση της βιοµάζας ως ενεργειακή πηγή. 9

2.2 Ενεργειακή γεωργία Θεωρητικά, το 70% της σηµερινής καλλιεργήσιµης έκτασης του πλανήτη µπορεί να διατεθεί για παραγωγή βιοενέργειας, χωρίς περαιτέρω αποψιλώσεις δασών ή ύπαρξης κινδύνου µη κάλυψης των διατροφικών αναγκών µέχρι το 2050 (Smeets et al., 2004), ενώ οι Hall and Scrase (1998) υπολόγισαν (χωρίς όµως να λαµβάνουν υπόψη κοινωνικοοικονοµικούς παράγοντες) ότι η αγροτική γη είναι επαρκής τουλάχιστον µέχρι το 2100 για καλλιέργεια που θα καλύπτει πλήρως τις διατροφικές και ενεργειακές ανάγκες του υπάρχοντος πληθυσµού της γης (Sims, 2003). Η ενεργειακή γεωργία είναι ένας τοµέας που εξελίσσεται ταχύτατα τα τελευταία χρόνια, λόγω της ιδιαιτέρως ρυπογόνου επίδρασης των ορυκτών καυσίµων στο περιβάλλον, της εξάντλησης των αποθεµάτων πετρελαιοειδών και φυσικού αερίου του πλανήτη και του εξελισσόµενου αδιεξόδου της γεωργικής υπερπαραγωγής στις ανεπτυγµένες χώρες. Ενδεικτικά, στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η αύξηση της ετήσιας γεωργικής παραγωγής είναι 2%, ενώ η κατανάλωση αυξάνεται µόνο κατά 0,5%. Επιπροσθέτως, για την κάλυψη των διατροφικών αναγκών, κατ άτοµο απαιτούνται 2000-3000 Kcal ηµερησίως ενώ η µέση κατ άτοµο κατανάλωση ενέργειας είναι πολλαπλάσια και ανέρχεται για παράδειγµα στην Ελλάδα σε 70.000-80.000 Kcal/ηµέρα ενώ στις ΗΠΑ σε 200.000 Kcal/ηµέρα, µε τάση συνεχούς αυξήσεως (Υπουργείο Γεωργίας, 2000). 2.2.1 Πλεονεκτήµατα της ενεργειακής γεωργίας Συγκρινόµενη µε τη συµβατική γεωργία, η ενεργειακή γεωργία απαιτεί χαµηλότερες εισροές σε λιπάσµατα και αγροχηµικά για τον έλεγχο ζιζανίων και εντόµων, ενώ συγχρόνως εµποδίζεται η διάβρωση των εδαφών (κυρίως από πολυετείς καλλιέργειες) και διαφυλάττονται οι υδατικοί πόροι και η ποιότητα αυτών (Butler, 1992, Gherbin et al., 2004, ΚΑΠΕ, 2004), κάτι που την καθιστά ως µια καλή λύση διαφοροποίησης της γεωργικής χρήσης για µείωση των περιβαλλοντικών πιέσεων (Grigatti et al., 2004). Επίσης συντελεί στην εκµετάλλευση εδαφών χαµηλής γονιµότητας (ΚΑΠΕ, 2004). Εκτός των περιβαλλοντικών πλεονεκτηµάτων, ως κοινωνικο-οικονοµικά οφέλη από την ανάπτυξη της ενεργειακής γεωργίας αναφέρονται η προσφορά εναλλακτικών καλλιεργητικών λύσεων, η ενδυνάµωση του αγροτικού χώρου, η αύξηση του αγροτικού εισοδήµατος, η µείωση των περιφερειακών ανισοτήτων και η αναζωογόνηση των λιγότερο ανεπτυγµένων 10

γεωργικών οικονοµιών, η εξασφάλιση αειφόρου περιφερειακής ανάπτυξης, η µείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο και η ασφάλεια στον εφοδιασµό ενέργειας (ΚΑΠΕ, 2004). 2.2.2 Ενεργειακές καλλιέργειες Σύµφωνα µε τη Λευκή Βίβλο, ο στόχος της ΕΕ για το 2010 είναι οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας να αποτελούν το 12% της ενέργειας από 6% που ήταν το 2000. Ο αντίστοιχος στόχος για τα βιοκαύσιµα είναι παραγωγή 135 ΜΤΙΠ, εκ των οποίων το ένα τρίτο (45 ΜΤΙΠ) θα προέρχεται από ενεργειακές καλλιέργειες (τα δύο τρίτα από γεωργικά και δασικά υπολείµµατα βιοµάζας). Για την επίτευξη των παραπάνω απαιτούνται περί τα 100 εκατοµµύρια στρέµµατα (10 Mha) γεωργικής γης (Monti και Venturi, 2003, Panoutsou, 2004, Tuck et al., 2006). Σύµφωνα µε έρευνες, η διαθέσιµη έκταση στην ΕΕ-15 για βιοµηχανικές καλλιέργειες υπολογίστηκε σε 200-250 εκατοµµύρια στρέµµατα (16%, 56% και 28% σε Νότια, Κεντρική και Βόρεια Ευρώπη αντίστοιχα), έκταση ικανή για παραγωγή 90 ΜΤΙΠ ενέργειας (Diamantidis και Koukios, 2000). Περισσότερα από 100 νέα είδη φυτών µελετώνται στην Ευρώπη για γεωργική παραγωγή σε εµπορική κλίµακα (van Soest, 1993), ενώ περισσότερα από 30 είδη για χρήση ως ενεργειακά φυτά (Venendaal et al., 1997). Τα τελευταία χρόνια µάλιστα, έχουν δηµιουργηθεί ερευνητικά δίκτυα µε συµµετοχή ερευνητικών ιδρυµάτων και πανεπιστηµίων από όλη την Ευρώπη, µε αντικείµενο έρευνας την εισαγωγή των ενεργειακών καλλιεργειών στη γεωργική πραγµατικότητα. Οι ενεργειακές καλλιέργειες είναι καλλιεργούµενα ή αυτοφυή είδη, παραδοσιακά ή νέα, τα οποία παράγουν βιοµάζα ως κύριο προϊόν που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για διάφορους ενεργειακούς σκοπούς (ΚΑΠΕ, 2004). Η βιοµάζα που παράγεται µπορεί να χρησιµοποιηθεί για καύση ή συµπαραγωγή µε κάρβουνο για ηλεκτροπαραγωγή και θέρµανση, σαν πρώτη ύλη για θερµοχηµικές διεργασίες όπως πυρόλυση και αεριοποίηση για παραγωγή µεθανόλης, βιοαερίου και πυρολυτικών ελαίων και για βιοχηµικές διεργασίες (πχ ζύµωση) για παραγωγή αιθανόλης ή µεθανίου (Hallam et al., 2001). Οι παραδοσιακές καλλιέργειες των οποίων το τελικό προϊόν χρησιµοποιείται για την παραγωγή ενέργειας και βιοκαυσίµων θεωρούνται επίσης ενεργειακές καλλιέργειες και τέτοιες είναι το σιτάρι, το κριθάρι, ο αραβόσιτος, τα ζαχαρότευτλα, ο ηλίανθος κ.α. Οι "νέες" ενεργειακές καλλιέργειες είναι είδη µε υψηλή παραγωγικότητα σε βιοµάζα, ανά µονάδα γης και διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τις γεωργικές και τις δασικές. Οι γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες διακρίνονται περεταίρω σε ετήσιες και πολυετείς. 11

Για να είναι ένα φυτό αποδοτικό ως ανανεώσιµος ενεργειακός πόρος, πρέπει να έχει χαµηλές ενεργειακές εισροές και υψηλές καθαρές ενεργειακές εκροές (Mislevy et al., 1986, P. Venturi και G. Venturi, 2003). Τα χαρακτηριστικά µιας ιδανικής ενεργειακής καλλιέργειας συνοψίζονται στα εξής (El Bassam, 1998, IENICA, 1999, Diamantidis και Koukios, 2000, McKendry, 2002, P. Venturi και G. Venturi, 2003): Υψηλή αποδοτικότητα χρήσης νερού, θρεπτικών και ηλιακής ακτινοβολίας. Υψηλό δυναµικό παραγωγής (µέγιστη παραγωγή ξηρής ουσίας / εκτάριο) και υψηλή ενεργειακή αξία (MJ/kg). Χαµηλές ενεργειακές εισροές κατά την παραγωγική διαδικασία. Χαµηλό κόστος παραγωγής. Χαµηλές θρεπτικές απαιτήσεις και εισροές αγροχηµικών. Αντοχή στην έλλειψη νερού. Ανθεκτικότητα σε φυτικούς εχθρούς και ασθένειες. Μικρή περιεκτικότητα υγρασίας κατά τη συγκοµιδή. Ελάχιστες δυνατές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι P. Venturi and G. Venturi (2003), αναφέρουν ότι τα κριτήρια για την τελική επιλογή της κατάλληλης ενεργειακής καλλιέργειας σε µια περιοχή είναι: α) προσαρµογή στις εδαφοκλιµατικές συνθήκες, β) ευκολία εισαγωγής στο υπάρχον σύστηµα εναλλαγής καλλιεργειών, γ) σταθερές αποδόσεις (ποσοτικά και ποιοτικά) που να προσφέρουν ανταγωνιστικό εισόδηµα έναντι των παραδοσιακών καλλιεργειών, δ) θετικό ενεργειακό ισοζύγιο εισροών-εκροών (καθαρό ενεργειακό κέρδος), ε) καλλιεργητικές τεχνικές σύµφωνες µε την αειφόρο γεωργία, στ) ανθεκτικότητα σε εχθρούς και ασθένειες, ζ) χρήση των υπαρχόντων µηχανηµάτων (κυρίως για τη συγκοµιδή) ή µε µικρές µετατροπές αυτών και η) διαθεσιµότητα κατάλληλου γενετικού υλικού (σπόροι, ριζώµατα). Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα των ερευνών σχετικά µε το δυναµικό παραγωγής των ενεργειακών καλλιεργειών στην Ευρώπη, υπάρχει συγκριτικό πλεονέκτηµα των δασικών καλλιεργειών µικρού περίτροπου κύκλου (short rotation) στη Β. και. Ευρώπη, των C 3 καλλιεργειών στη Β. Ευρώπη και των C 4 καλλιεργειών στη Ν. Ευρώπη (Mitchell, 1994). Η έρευνα σχετικά µε τις ενεργειακές καλλιέργειες στην Ελλάδα ξεκίνησε στις αρχές της προηγούµενης δεκαετίας. Οι σηµαντικότερες ενεργειακές καλλιέργειες που έχουν µελετηθεί και θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν επιτυχώς στην Ελλάδα για παραγωγή υγρών και 12

στερεών βιοκαυσίµων είναι οι εξής (EECI, 2000b, EECI, 2000k, EUBIONET, 2003, ΚΑΠΕ, 2004): A. ασικές ενεργειακές καλλιέργειες 1. Είδη ευκαλύπτων κυρίως Eucalyptus globulus Labill και Eucalyptus camaldulensis Dehnh. 2. Ψευδακακία (Robinia pseudoacacia L.) B. Πολυετείς γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες 1. Αγριαγκινάρα (Cynara Brauncardunculus L.) 2. Καλάµι (Arundo donax L.) 3. Μίσχανθος (Miscanthus x giganteus GREEF et DEU) 4. Switchgrass είδος κεχριού (Panicum virgatum L.) Γ. Ετήσιες γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες 1. Αραβόσιτος (Zea mays L.) 2. Γλυκό και ινώδες σόργο (Sorghum bicolor L.) 3. Ελαιοκράµβη (Brassica napus L, Brassica carinata L. Braun ) 4. Ζαχαρότευτλα (Beta vulgaris L.) 5. Ηλίανθος (Helianthus annuus L.) 6. Κενάφ (Hibiscus cannabinus L.) 7. Κριθάρι (Hordeum sativum/vulgare L.) 8. Σιτάρι (Triticum aestivum L.) Άλλα είδη που χρησιµοποιούνται ή µελετώνται για χρήση ως ενεργειακά φυτά στην Ευρώπη και έχουν δώσει ενθαρρυντικά αποτελέσµατα, είναι τα Salix sp. (Ιτιά), Secale cereale (Σίκαλη), Triticale (Τριτικάλε), Phalaris arundinacea, Populus sp. (Λεύκα), Cannabis sativa (Ήµερη κάνναβη), Alnus sp. (Σκλήθρος), Helianthus tuberosus (Κολοκάσι) και Camelina sativa (Ψευδολινάρι) (Luger, 1997, Venendaal et al., 1997). Στο διάγραµµα 2.3 παρουσιάζονται σχηµατικά οι κυριότερες ενεργειακές καλλιέργειες, οι διεργασίες µετατροπής της βιοµάζας και τα παραγόµενα βιοκαύσιµα. 13

ιάγραµµα 2.3: Κύριες ενεργειακές καλλιέργειες, διεργασίες µετατροπής και βιοκαύσιµα (P. Venturi and G. Venturi, 2003). Μια συνοπτική παρουσίαση των αποτελεσµάτων των νέων ενεργειακών καλλιεργειών που έχουν δοκιµαστεί στη χώρα µας, σε περισσότερες από 60 πειραµατικές εργασίες κατά την τελευταία δεκαετία, παρουσιάζονται στους πίνακες 2.4, 2.5, 2.6. Πίνακας 2.4: Πολυετείς δασικές ενεργειακές καλλιέργειες (Mardikis et al., 2000, EUBIONET, 2003). 14

Πίνακας 2.5: Ετήσιες γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες (EUBIONET, 2003). Πίνακας 2.6: Πολυετείς γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες (EUBIONET, 2003). 15

Όπως φαίνεται και από τους σχετικούς πίνακες, οι νέες καλλιέργειες παρουσιάζουν πολύ υψηλές αποδόσεις. Αν και τα δεδοµένα προέρχονται από πειραµατικά αγροτεµάχια όπου η άρδευση, η αζωτούχος λίπανση και οι πυκνότητα σποράς είναι οι βέλτιστες δυνατές, πιστεύεται ότι τα περισσότερα από τα παραπάνω είδη παρουσιάζουν πολύ καλή προσαρµογή στις εδαφοκλιµατικές συνθήκες της Ελλάδας (IENICA, 1999). Ωστόσο, η σχετική εµπειρία δείχνει ότι συχνά, οι αποδόσεις που επιτυγχάνονται από τα ενεργειακά φυτά σε πειραµατικά αγροτεµάχια, δεν επιβεβαιώνονται κατά την εγκατάσταση των καλλιεργειών σε εµπορική κλίµακα, όπου και επιτυγχάνονται χαµηλότερες παραγωγές. Ως χαρακτηριστικό παράδειγµα αναφέρεται το είδος Phalaris arundinacea στη Σουηδία, το οποίο ενώ σε πειραµατικό επίπεδο παρήγαγε 8-12 τόνους/εκτάριο ξηρής βιοµάζας, όταν χρησιµοποιήθηκε σε εµπορική κλίµακα οι τελικές αποδόσεις ήταν µόνο 6-8 τόνους ξηρής βιοµάζας. Η διαφοροποίηση των παραπάνω αποδόσεων οφείλεται σε απώλειες 25% κατά τη διάρκεια του χειµώνα, 15% κατά τη γεωργική πράξη, 10% κατά τη συγκοµιδή και 2% κατά την αποθήκευση (Luger, 1997, Venendaal et al., 1997). Σύµφωνα µε τα µέχρι σήµερα αποτελέσµατα των ερευνών στη χώρα µας, οι παραγωγικότερες ενεργειακές καλλιέργειες είναι το καλάµι, η αγριαγκινάρα και το γλυκό σόργο, µε δυναµικό που ξεπερνά τους 3 τόνους ξηρής βιοµάζας ανά στρέµµα (EECI, 2000d). Σχετικά µε το παραγόµενο προϊόν, από τις ετήσιες καλλιέργειες το γλυκό σόργο είναι το πλέον υποσχόµενο είδος για παραγωγή βιοαιθανόλης και η ελαιοκράµβη για παραγωγή βιοντήζελ. Από τις πολυετείς καλλιέργειες, το καλάµι και η αγριαγκινάρα ενδείκνυνται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και για θέρµανση, καλλιεργούµενα σε εδάφη µε υψηλή υπόγεια στάθµη νερού και ξηρικά-χαµηλής γονιµότητας, αντίστοιχα (Mardikis et al., 2000). Οι στρεµµατικές αποδόσεις σε υγρά και στερεά καύσιµα για τις διάφορες καλλιέργειες στην χώρα µας, παρουσιάζονται στους πίνακες 2.7 και 2.8. 16

Πίνακας 2.7: Στρεµµατικές αποδόσεις στην Ελλάδα φυτών για παραγωγή υγρών βιοκαυσίµων, σε πρώτη ύλη και καύσιµο (ΚΑΠΕ, 2004). Πίνακας 2.8: Στρεµµατικές αποδόσεις στην Ελλάδα φυτών για παραγωγή στερεών βιοκαυσίµων, σε πρώτη ύλη και ενεργειακό τους περιεχόµενο (ΚΑΠΕ, 2004). 17

2.3 Βιοκαύσιµα Τα βιοκαύσιµα διακρίνονται ανάλογα µε τη φυσική τους κατάσταση σε υγρά, αέρια και στερεά. Τα υγρά χρησιµοποιούνται κυρίως στις µεταφορές, τα στερεά για παραγωγή θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας ενώ τα αέρια βιοκαύσιµα έχουν πολλαπλές χρήσεις. Η βιοαιθανόλη, το βιοντήζελ και το βιοαέριο είναι τα πιο κοινά βιοκαύσιµα από αγροτικούς πόρους. Σηµειώνεται ότι η µετατροπή της βιοµάζας σε βιοκαύσιµα εξοικονοµεί λιγότερη ενέργεια και η µείωση των εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου είναι µικρότερη, σε σχέση µε τη χρήση της για άλλους ενεργειακούς σκοπούς (πχ απευθείας καύση για ηλεκτροπαραγωγή) λόγω της επιπλέον ενέργειας που απαιτείται για τη µετατροπή της βιοµάζας σε βιοκαύσιµο (Hanegraaf et al., 1998, EEA, 2004a). Επίσης, σύµφωνα µε το Luger (2002), το γεγονός ότι ο λόγος εκροές/εισροές για τα στερεά βιοκαύσιµα είναι κατά πολύ µεγαλύτερος από αυτό των υγρών βιοκαυσίµων, υποδεικνύει ότι από περιβαλλοντικής πλευράς τα στερεά πλεονεκτούν των υγρών βιοκαυσίµων. Ωστόσο, η βιοµάζα είναι ο µοναδικός ανανεώσιµος πόρος ενέργειας από τον οποίο µπορούν να παραχθούν υγρά καύσιµα για τις µεταφορές (Grassi, 1994, Mc Bee et al., 2004), γεγονός σηµαντικό αν συνεκτιµηθεί ότι το 21% του συνόλου των εκποµπών αερίων θερµοκηπίου που συµβάλλουν στη θέρµανση της υδρογείου οφείλεται στις µεταφορές (COM, 2006), ενώ συγχρόνως οι απαιτούµενες ποσότητες καυσίµων για µεταφορές αναµένεται να αυξηθούν σηµαντικά παγκοσµίως, λόγω της αύξησης των αυτοκινήτων από 600 εκατοµµύρια σήµερα σε περίπου 1,2 δισεκατοµµύρια τα επόµενα 20 χρόνια (Grassi and Vasen, 2004). Ανάλογα µε την χρησιµοποιούµενη τεχνολογία, τα βιοκαύσιµα διακρίνονται σε πρώτης και δεύτερης γενιάς. Βιοκαύσιµα πρώτης γενιάς είναι η αιθανόλη και το βιοντήζελ ενώ δεύτερης γενιάς το βιοντήζελ Fisher-Tropsch, η αιθανόλη από λιγνοκυτταρινούχες πρώτες ύλες (πχ άχυρο, ξύλο), το βιο-dme (διµεθυλαιθέρας) και το συνθετικό φυσικό αέριο (SNG) (Thuijl et al, 2003, COM, 2006). Τα πλέον ελκυστικά βιοκαύσιµα για τον τοµέα των µεταφορών τόσο για την ΕΕ, όσο και για την Ελλάδα, φαίνεται να είναι το βιοντήζελ και η βιοαιθανόλη, προσφέροντας θετικό οικονοµικό και περιβαλλοντικό ισοζύγιο (Daey Ouwens et al., 2004, Υπουργείο Ανάπτυξης, 2004). Προς το παρόν είναι τα µοναδικά που παράγονται σε εµπορική κλίµακα, διατίθενται στην αγορά καυσίµων (συµπεριλαµβανοµένου και του ΕΤΒΕ) και στο εγγύς µέλλον φαίνεται ότι θα συνεχίσουν να αποτελούν τα µοναδικά βιοκαύσιµα κίνησης (Thuijl et al, 2003). Στον πίνακα 2.9 γίνεται συγκριτική παρουσίαση των χαρακτηριστικών των δύο βιοκαυσίµων σε σχέση µε αυτά των ορυκτών υγρών καυσίµων που υποκαθιστούν. 18

Πίνακας 2.9: Σύγκριση χαρακτηριστικών των δύο κύριων βιοκαυσίµων µε τα αντίστοιχα των ορυκτών υγρών καυσίµων που υποκαθιστούν (Chiaramonti and Tondi, 2003, Thuijl et al. 2003). Ιδιότητες καυσίµων Βιοντήζελ Ντήζελ Αιθανόλη ΕΤΒΕ Βενζίνη Χηµικός τύπος Μεθυλεστέρας C 12 H 26 C 2 H 5 OH C 4 H 9 -OC 2 H 5 C 8 H 15 Μοριακό βάρος (kg/kmol) 296 170-200 46 102 111 Αριθµός κετανίων 54 50 11-8 Αριθµός οκτανίων (RON) - - 109 118 97 Αριθµός οκτανίων (MON) - - 92 105 86 Τάση ατµών στους 15 o C (kpa) - - 16,5 28 75 Πυκνότητα στους 15 o C (kg/l) 0,88 0,84 0,80 0,74 0,75 Ελάχιστη θερµική αξία (15 o C -MJ/kg) 37,3 42,7 26,4 36,0 41,3 Ελάχιστη θερµική αξία (15 o C -MJ/l) 32,8 35,7 21,2 26,7 31 Στοιχειοµετρική αναλογία αέρα/καυσίµου (kg αέρα/kg καυσίµου) 12,3 14,53 9,0-14,7 Περιεκτικότητα οξυγόνου (%) 9,2-11,0 0-0,6 - - - Κινηµατικό ιξώδες (mm 2 /s) στους 20 o C 7,4 4,0 - - - Σηµείο καύσης ( o C ) 91-135 77 - - - Σηµείο βρασµού ( o C ) - - 78 72 30-190 Το βιοντήζελ είναι µεθυλεστέρας που παράγεται κυρίως από ελαιούχους σπόρους (ελαιοκράµβη, ηλίανθος, σόγια κ.α) µε µετεστεροποίηση των φυτικών ελαίων και παραγωγή εστέρων των τριγλυκεριδίων. Χρησιµοποιείται σε πετρελαιοκινητήρες, µόνο του ή σε µίγµα µε ντήζελ (ΚΑΠΕ, 2004, Γιαννοπολίτης, 2006). Η βιοαιθανόλη παράγεται από σακχαρούχα, κυτταρινούχα και αµυλούχα φυτά (σιτάρι, καλαµπόκι, σόργο, ζαχαρότευτλα κ.α). Κύριος τρόπος παραγωγής της είναι η ζύµωση των αµυλούχων-σακχαρούχων συστατικών και ο διαχωρισµός της αιθανόλης µε απόσταξη (ΚΑΠΕ, 2004). Χρησιµοποιείται για την αύξηση του αριθµού οκτανίων της βενζίνης και για βελτίωση της ποιότητάς της, συνήθως σε µίγµα Ε10 (10% αιθανόλη + 90% βενζίνης). Η αυτοκινητοβιοµηχανία πλέον διαθέτει στο εµπόριο µοντέλα (FFV, Flexible Fuel Vehicle) που χρησιµοποιούν µίγµα Ε85 (85% αιθανόλη + 15% βενζίνης) ή οποιοδήποτε άλλο µίγµα αιθανόλης-βενζίνης (Bennett και Erbert, 2004, Demirbas και Balat, 2006). 19

Άλλα βιοκαύσιµα είναι τα βιο-ετβε (αιθυλο-τριτοταγής βουτυλ-εστέρας) και βιο- ΜΕΤΒΕ (µέθυλο-τριτοταγής βουτυλ-εστέρας) που παράγονται µε µίξη 48% και 36% αιθανόλης µε ισοβουτυλένιο, η βιοµεθανόλη (CH 3 OH) η οποία παράγεται µε αεριοποίηση, το βιοαέριο που παράγεται µε αναερόβια ζύµωση υγρής βιοµάζας, το βιο-υδρογόνο, το βιο- DME (διµεθυλαιθέρας) το οποίο παράγεται από µεθανόλη και το βιοντήζελ Fisher-Tropsch το οποίο παράγεται µε αεριοποίηση της βιοµάζας (LAMNET, 2006b). Στον πίνακα 2.10 παρουσιάζεται το κόστος επένδυσης και παραγωγής ορισµένων βιοκαυσίµων. Πίνακας 2.10: Κόστος επένδυσης και παραγωγής βιοκαυσίµων στην Ευρώπη (Thuijl et al. 2003). Κύρια πλεονεκτήµατα των βιοκαυσίµων είναι ότι είναι CO 2 -ουδέτερα, κατά την καύση τους εκπέµπονται µικρότερες ποσότητες ρύπων, είναι βιοαποδοµήσιµα, και συµβάλλουν στην αειφορία (Shapouri και Duffield, 1993, Demirbas και Balat, 2006), ενώ πρακτικά δεν παράγουν οξείδια του θείου (Barbucci et al., 1994). Επιπρόσθετα, η αιθανόλη δεν περιέχει επικίνδυνους αρωµατικούς υδρογονάνθρακες, όπως για παράδειγµα βενζένιο το οποίο είναι καρκινογόνο, ενώ πλεονεκτεί και στις εκποµπές µονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα. Συγκεκριµένα, η προσθήκη 5% αιθανόλης σε βενζίνη µειώνει κατά 7% τους αρωµατικούς υδρογονάνθρακες (Caserta et al., 1995) και κατά 50% τις εκποµπές CO 2 (Lechnón et al., 2004). Έρευνες στη Γαλλία δείχνουν ότι µίξη 20

αιθανόλης κατά 5-7% µε βενζίνη µειώνει τις εκποµπές CO κατά 15-40% µε αντίστοιχες µελέτες στις ΗΠΑ να δείχνουν µείωση κατά 11-30%. (Poitrat, 1994). Επίσης η χρήση της βιοαιθανόλης και των βιοελαίων ως καύσιµα οδηγεί σε µείωση της φωτοχηµικά σχηµατιζόµενης αιθαλοµίχλης στην ατµόσφαιρα (Gnansounou et al., 2005, Nikolaou et al., 2006). Εκτός από τη µείωση της µη σηµειακής ρύπανσης που οφείλεται στις εκποµπές αέριων ρύπων, τα βιοκαύσιµα δεν προκαλούν σηµαντική σηµειακή ρύπανση, για παράδειγµα στην περίπτωση ατυχηµάτων ή διαρροών πετρελαιοειδών. Η βιοαιθανόλη έχει πολύ χαµηλή τοξικότητα σε σχέση µε τα πετρελαιοειδή (Gnansounou et al., 2005) και είναι άµεσα βιοαποδοµήσιµη στο νερό και το έδαφος (Chiaramonti and Tondi, 2003, Gnansounou et al., 2005), ενώ τα βιοέλαια βιοαποδοµούνται κατά 80% σε 28 ηµέρες (P. Venturi και G., Venturi, 2003). Ωστόσο, κύρια µειονεκτήµατα των βιοκαυσίµων είναι αφενός ότι, µε την παρούσα τεχνολογία το κόστος παραγωγής τους είναι πολύ υψηλό, καθιστώντας τα µη ανταγωνιστικά προς τα ορυκτά καύσιµα και αφετέρου ότι απαιτούνται πολύ µεγάλες εκτάσεις καλλιεργήσιµης γης για την παραγωγή πρώτων υλών. Ειδικότερα, το βιοντήζελ και η βιοαιθανόλη έχουν κόστος (χωρίς κρατικές ενισχύσεις) 2-3 φορές µεγαλύτερο από το αντίστοιχο των ορυκτών καυσίµων (Daey Ouwens, 2004, ΚΑΠΕ, 2005). Μοναδική εξαίρεση αποτελεί η Βραζιλία όπου πλέον η βιοαιθανόλη που παράγεται από ζαχαροκάλαµο είναι ήδη ανταγωνιστική έναντι των ορυκτών υγρών καυσίµων. Για την ΕΕ τα παραγόµενα βιοντήζελ και βιοαιθανόλη γίνονται ανταγωνιστικά µε τιµές πετρελαίου περίπου 60 και 90 ανά βαρέλι αντίστοιχα, ενώ υπολογίζεται ότι η έρευνα και η τεχνολογική ανάπτυξη στον τοµέα των βιοκαυσίµων θα επιφέρει µείωση κόστους κατά 30% µετά το έτος 2010 (COM, 2006). Το κόστος παραγωγής της καλλιέργειας αντιπροσωπεύει περίπου το 80% του τελικού κόστους παραγωγής των υγρών βιοκαυσίµων (European Commission, 2003a). Σχετικά µε τις απαιτούµενες εκτάσεις, για αντικατάσταση 5% της βενζίνης από αιθανόλη και 5% του πετρελαίου κίνησης από βιοντήζελ στην ΕΕ και τις ΗΠΑ, απαιτείται περίπου το 20% (5% για αιθανόλη και 15% για βιοντήζελ) και 21% (8% για αιθανόλη και 13% για βιοντήζελ) της συνολικής καλλιεργήσιµης έκτασής τους, αντίστοιχα (Demirbas και Balat, 2006). 21

2.4 Σηµερινή κατάσταση και προοπτικές Σήµερα η βιοµάζα καλύπτει το 14-15% της συνολικά χρησιµοποιούµενης ενέργειας παγκοσµίως και είναι ο τέταρτος ενεργειακός πόρος (Grassi, 1994, Hall et al., 1994, Moncada, 1994, Michalakakou et al., 2002, P. Venturi και G., Venturi, 2003, Demirbas, 2004). Αποτελεί τη σπουδαιότερη ανανεώσιµη πηγή ενέργειας αντιπροσωπεύοντας το 68% της παγκόσµιας παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιµους πόρους (UNEP, 2004). Η χρήση βιοµάζας καλύπτει το 35% και 3% των αναγκών πρωτογενούς ενέργειας των αναπτυσσόµενων και βιοµηχανικά ανεπτυγµένων χωρών, αντίστοιχα (Voivondas, 2001, Michalakakou et al., 2002). Ο ιεθνής Οργανισµός Ενέργειας (ΙΕΑ) υπολογίζει ότι περίπου 2,4 δισεκατοµµύρια του πληθυσµού των αναπτυσσόµενων χωρών εξαρτώνται από τη βιοµάζα για κάλυψη των πρωτογενών αναγκών τους (IEO, 2006). Σε ορισµένες χώρες το ποσοστό συµµετοχής της βιοµάζας στην παραγωγή πρωτογενούς ενέργειας είναι ιδιαίτερα υψηλό, όπως για παράδειγµα στη Βραζιλία 23,4%, τη Φιλανδία 20,4% και τη Σουηδία 17,5% (Klass, 2004). Μάλιστα η Σουηδία προγραµµατίζει µέχρι το 2020 την κάλυψη του 40% της πρωτογενούς ενέργειας της χώρας µε χρήση βιοµάζας (Faaij, 2004, Faaij, 2006). Το κόστος διαφόρων µορφών βιοενέργειας παρουσιάζεται στον πίνακα 2.11. Πίνακας 2.11: Κόστος διαφόρων µορφών βιοενέργειας (BID, 2005, EUBIA, 2006). Εκµετάλλευση Βιοενέργειας Κόστος* Θέρµανση 25 /MWh Παραγωγή ξηρών καυσίµων (pellets) 80 /τόνο Ηλεκτροπαραγωγή 40-50 /MWh Βιοαιθανόλη 250 /τόνο (Βραζιλία 220 /τόνο) Βιο-υδρογόνο 1500 /τόνο Βιοµεθανόλη 200-250 /τόνο * τιµές υπολογισµένες για το 2003 Οι ΗΠΑ και Βραζιλία έχουν τα µεγαλύτερα προγράµµατα προώθησης της χρήσης βιοκαυσίµων παγκοσµίως, µε την ΕΕ να ακολουθεί στην τρίτη θέση της παγκόσµιας παραγωγής βιοκαυσίµων (IEA, 2001, Demirbas, και Balat, 2006). 22

Με την ενθάρρυνση µέτρων πολιτικής, η συνολική παραγωγή βιοκαυσίµων εκτιµάται ότι υπερβαίνει πλέον τα 35 δισεκατοµµύρια λίτρα παγκοσµίως (COM, 2006). Στο διάγραµµα 2.12 παρουσιάζεται η εξέλιξη της παγκόσµιας παραγωγής βιοντήζελ και αιθανόλης κατά την περίοδο 1990-2003. ιάγραµµα 2.12: Παγκόσµια παραγωγή (δισεκατοµµύρια λίτρα) αιθανόλης και βιοντήζελ κατά την περίοδο 1990-2003 (Demirbas and Balat, 2006). Σχετικά µε την κατάσταση στην ΕΕ, η βιοµάζα αντιπροσωπεύει τα δύο τρίτα (65%) των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας και το 5,61% της συνολικά χρησιµοποιούµενης ενέργειας (EurObservER, 2005). Κατά την περίοδο 1990-2000 η παραγωγή θερµότητας και ηλεκτρικής ενέργειας από βιοµάζα αυξήθηκε περίπου 2% και 9% ανά έτος αντίστοιχα, ενώ η παραγωγή βιοκαυσίµων οχταπλασιάστηκε (Faaij, 2006). Η συνολική παραγωγή βιοκαυσίµων το 2005 ήταν 3,9 εκατοµµύρια τόνοι, αυξηµένη κατά 65,8% σε σχέση µε το προηγούµενο έτος, εκ των οποίων το 81,5% ήταν βιοντήζελ και το 18,5% αιθανόλη (EurObservER, 2006a). Επιπλέον, παρήχθησαν περίπου 5 ΜΤΙΠ βιοαέριο κυρίως από τη Βρετανία και τη Γερµανία (EurObservER, 2006b). Υπολογίζεται ότι η έκταση που καλλιεργήθηκε το 2004 στην ΕΕ για παραγωγή βιοκαυσίµων ήταν 14 εκατοµµύρια στρέµµατα, ενώ για το 2005 περίπου 18 εκατοµµύρια (European Commission, 2006). Στην Ελλάδα, οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας αντιπροσωπεύουν το 5,2% της ενέργειας µε τη βιοµάζα να αποτελεί το 67% αυτών, ενώ το 74% της ενέργειας από βιοµάζα αφορά σε οικιακή χρήση (EUBIONET, 2003, Makridis et al., 2004, Panoutsou και Papamichael, 2004). Για την Ελλάδα το 2005 ήταν η πρώτη χρονιά παραγωγής βιοντήζελ και παρήχθησαν 3000 τόνοι βιοκαυσίµου (πίνακας 2.13). 23

Πίνακας 2.13: Παραγωγή βιοκαυσίµων στην ΕΕ-25 (EurObservER, 2006a). Βιοαιθανόλη (τόνοι) Βιοντήζελ (τόνοι) Βιοαέριο (ΤΙΠ 1 ) 2004 2005 2004 2005 2004 2005 2 Αυστρία - - 57.000 85.000 45.400 45.400 Βέλγιο - - - 1.000 73.800 73.800 Βρετανία - - 9.000 51.000 1.491.700 1.782.600 Γαλλία 80.887 99.780 348.000 492.000 207.000 209.000 Γερµανία 20.000 120.000 1.035.000 1.669.000 1.294.700 1.594.400 ανία - - 70.000 71.000 89.300 92.300 Ελλάδα - - - 3.000 36.000 36.000 Εσθονία - - - 7.000 - - Ιρλανδία - - - - 29.900 34.800 Ισπανία 202.354 240.000 13.000 73.000 295.100 316.900 Ιταλία - - 320.000 396.000 335.500 376.500 Κύπρος - - - 1.000 - - Λετονία 9.800 960-5.000 - - Λιθουανία - 6.296 5.000 7.000 - - Λουξεµβούργο - - - - 5.000 6.700 Μάλτα - - - 2.000 - - Ολλανδία 11.146 5.971 - - 126.200 126.200 Ουγγαρία - 11.840 - - 3.500 3.800 Πολωνία 38.270 68.000-100.000 45.400 50.700 Πορτογαλία - - - 1.000 4.500 10.000 Σλοβακία - - 15.000 78.000 5.900 5.900 Σλοβενία - - - 8.000 6.600 6.800 Σουηδία 56.529 130.160 1.400 1.000 105.100 105.100 Τσεχία - 1.120 60.000 133.000 50.200 55.800 Φινλανδία - - - - 26.500 26.500 EΕ-25 422.754 721.927 1.933.400 3.184.000 4.277.200 4.959.100 1 ΤΙΠ = Τόνοι Ισοδύναµου Πετρελαίου 2 Εκτίµηση 2.4.1 Βιοαιθανόλη Η παγκόσµια παραγωγή αιθανόλης (για όλους τους σκοπούς) το 2005 πλησίασε τα 46 δισεκατοµµύρια λίτρα (12,15 δις γαλόνια), µε κύριους παραγωγούς χώρες τις ΗΠΑ και τη Βραζιλία (16,14 και 16 δις λίτρα αντίστοιχα, περίπου το 70% της παγκόσµιας παραγωγής) (RFA, 2006). Το 2004 η παγκόσµια παραγωγή βιοαιθανόλης για χρήση ως καύσιµο ήταν περίπου 30 δισεκατοµµύρια λίτρα (COM, 2006). 24