Βελτιστοποίηση Του Σχεδιασμού, Της Λειτουργίας Και Της Ποιότητας Προϊόντων Μονάδων Ενεργειακής Αξιοποίησης Βιομάζας

Abstract

Η παρούσα διδακτορική εργασία, ερευνά, εξετάζει και αξιολογεί την δυνατότητα πλήρους αξιοποίησης των αποβλήτων που προκύπτουν από αγροτικές και κτηνοτροφικές μονάδες. Αρχικά παρουσιάζεται το σημαντικό πρόβλημα διαχείρισης αυτών των αποβλήτων και εξετάζεται μέσω της διερεύνησης όλων των διαθέσιμων τεχνολογιών μέσω της διεθνούς βιβλιογραφίας, η βέλτιστη αξιοποίηση αυτών, συντελώντας σε τριπλό όφελος: α) Παραγωγή Ενέργειας β) Προστασίας του Περιβάλλοντος και γ) Παραγωγή νέων υλικών/προϊόντων. Κεντρικός πυλώνας σε αυτήν την εργασία, είναι η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης. Εξετάζεται σαν μελέτη περίπτωσης η Π.Ε Σερρών στην οποία η γεωργία και κτηνοτροφία αποτελούν τους πιο σημαντικούς τομείς στους οποίους δραστηριοποιούνται οικονομικά οι κάτοικοί της. Η Π.Ε Σερρών επιλέχθηκε ως μελέτη περίπτωσης λόγω του υψηλού διαθέσιμου δυναμικού βιομάζας σε απόβλητα αγροτοκτηνοτροφικών μονάδων. Στην παρούσα εργασία αναλύονται η τεχνολογία της βιοδιύλισης βιομάζας, η τεχνολογία παραγωγής ενέργειας, βιοκαυσίμων και νέων υλικών από απόβλητη βιομάζα κατά τις επιταγές της Κυκλικής Οικονομίας και της Βιοοικονομίας, μετατρέποντας έτσι τα απόβλητα σε μια φυσική πλουτοπαραγωγική πηγή για την χώρα. Στην εργασία, ουσιαστικά παρουσιάζονται όλες οι υποχρεώσεις της Χώρας, η υφιστάμενη κατάσταση διαχείρισης αποβλήτων στην Χώρα αλλά και στο εξωτερικό, καθώς και όλες οι καινοτόμες νέες τεχνολογίες διαχείρισης οργανικών αποβλήτων μέσω δυο σεναρίων σε πραγματικό επίπεδο (μελέτη περίπτωσης). Στο πρώτο και τυπικό σενάριο (Σενάριο Α.), περιγράφεται η αξιοποίηση των αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων όπως γίνεται έως και σήμερα σε μεγάλης κλίμακας εγκαταστάσεις διαχείρισης οργανικών αποβλήτων (large-scale), και στο δεύτερο και βελτιστοποιημένο σενάριο (Σενάριο Β.), περιγράφεται πλήρως η μέγιστη αξιοποίηση των οργανικών αποβλήτων βελτιστοποιώντας τις διεργασίες μέσω της εφαρμογής όλων των νέων καινοτόμων και αναδυόμενων τεχνολογιών διαχείρισης στην μελέτη περίπτωσης. Επίσης παρουσιάζεται η αδειοδοτική διαδικασία μέσω του υφιστάμενου εθνικού και διεθνούς νομικού καθεστώτος. Μέσα από την διδακτορική εργασία αυτή, αναπτύσσεται η κατεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσει η χώρα ως προς την μέγιστη αξιοποίηση των αποβλήτων, καθώς δημιουργεί κίνητρα για μια διαφορετική οπτική στη διαχείριση των αποβλήτων. Συμπερασματικά, με την ολοκλήρωση της διδακτορικής εργασίας, γίνεται σημαντική προσπάθεια από τον συγγραφέα, να αλλάξει η θεώρηση των αποβλήτων από την πλευρά του αναγνώστη, από σημαντικό κοινωνικό πρόβλημα σε σημαντική περιβαλλοντική και οικονομική ευκαιρία. Η διδακτορική εργασία αποτελείται συνολικά από 10 κεφάλαια. Τα πρώτα τέσσερα αποτελούν το Α. Μέρος, στο οποίο αναπτύσσεται κυρίως το θεωρητικό-μεθοδολογικό κομμάτι της διδακτορικής εργασίας και τα υπόλοιπα 6 αποτελούν το Β. Μέρος στο οποίο πραγματοποιείται η πρακτική εφαρμογή της μελέτης περίπτωσης. Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφεται η έννοια της κυκλικής οικονομίας και της βιοικονομίας. Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφονται οι έννοιες της βιομάζας, οι μέθοδοι μετατροπής της σε ενέργεια και νέα υλικά μέσω των βιοδιυλιστηρίων βιομάζας καθώς και μια σύντομη αναφορά στην παραγωγή βιοαποβλήτων στην Ελλάδα. Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζονται γενικά στοιχεία για το βιοαέριο, τα οφέλη που απορρέουν από την χρήση του, καθώς και ο κεντρικός ρόλος που παίζει στην κυκλική οικονομία. Αναλύεται εκτεταμένα η αναερόβια χώνευση (Α.Χ) βιβλιογραφικά δεδομένα, ανάλυση της μικροβιολογικής διεργασίας, κρίσιμοι παράμετροι της διεργασίας, κύριες εφαρμογές του βιοαερίου, οι χρήσεις του βιοαερίου και του κόμποστ (Βιοδιάσπαση της οργανικής ουσίας, χρήση, εφαρμογή, Βελτίωση του κόμποστ ως λίπασμα). Στο ίδιο κεφάλαιο παρουσιάζεται η παρούσα κατάσταση των έργων στον Ελλαδικό χώρο, το Δυναμικό βιοαερίου καθώς και η πολιτική των Α.Π.Ε στην Ελλάδα. Στο 4ο Κεφάλαιο, αναλύεται πλήρως η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού, της λειτουργίας και της ποιότητας των μονάδων ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας μέσω της διεργασίας της αναερόβιας χώνευσης. Στο 5ο Κεφάλαιο, (αρχή του Β. Μέρους) αναλύεται το σενάριο Α, κατά το οποίο υπολογίζεται το υψηλό διαθέσιμο δυναμικό βιομάζας αγροτο-κτηνοτροφικών αποβλήτων στην Π.Ε Σερρών, και διαστασιολογείται πλήρως κεντρική εγκατάσταση συνδυασμένης συμπαραγωγής μονάδας βιοαερίου μεγάλης κλίμακας(large – scale). Στο 6ο Κεφάλαιο αναλύεται το βελτιστοποιημένο σενάριο Β., στο οποίο παρουσιάζεται ουσιαστικά η λειτουργία ενός αναερόβιου βιοδιυλιστηρίου, στην οποία ο αναερόβιος αντιδραστήρας / χωνευτής δρα ως κεντρικό στοιχείο για τη βιομετατροπή πρώτων υλών (υποστρωμάτων) σε διάφορα ενδιάμεσα και τελικά προϊόντα υψηλής αξίας. Αρχικά παρουσιάζεται σχηματικά ένα διάγραμμα ροής αυτών των συντελούμενων διεργασιών. Στην συνέχεια παρουσιάζονται οι υπολογισμοί που χρησιμοποιήθηκαν για αυτό το αποτέλεσμα και στο τέλος του Κεφαλαίου παρουσιάζεται διάγραμμα ροής διαδικασιών καθώς και διάγραμμα ροής μάζας , παρουσιάζοντας όλες τις διεργασίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο βιοδιυλιστήριο βιομάζας (Εργαστηριακές, πιλοτικές, μεγάλης κλίμακας) με μελέτη περίπτωσης την Π.Ε Σερρών που ήδη μελετήθηκε στο 5ο Κεφάλαιο. Επίσης στο 6ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η βέλτιστη Χωροθέτηση της Κεντρικής Εγκατάστασης Συνδυασμένης Συμπαραγωγής Ηλεκτρικής και Θερμικής ενέργειας για το Βιοδιυλιστήριο Βιομάζας. Στο 7ο Κεφάλαιο, περιγράφονται όλες οι αδειοδοτικές διαδικασίες που πρέπει να πραγματοποιηθούν για την κατασκευή και λειτουργία ενός βιοδιυλιστηρίου βιομάζας σε εθνικό επίπεδο. Στο 8ο Κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά στις μελλοντικές προοπτικές κυρίως στην τεχνολογική εξέλιξη που πραγματοποιείται σε διεθνές επίπεδο. Στο 9ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται όλα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από μια τέτοια κεντρική εγκατάσταση βιοδιύλισης, που έχει ως κεντρικό πυλώνα την διεργασία της αναερόβιας χώνευσης. Στο 10ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την διδακτορική εργασία.