Ολιστική διαχείριση παραπροϊόντων ελαιουργίας προς παραγωγή ενέργειας και χρήσιμων προϊόντων στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας

Loading...
Thumbnail Image

Date

2023-11-04

Authors

Μάνθος, Γεώργιος

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Στην διαδικασία παραγωγής ελαιόλαδου, περίπου 20% του βάρους του ελαιόκαρπου αντιστοιχεί σε ελαιόλαδο ενώ περίπου 80% εξέρχεται από τα ελαιοτριβεία με τη μορφή αποβλήτου. Η εξαγωγή ελαιόλαδου μπορεί να πραγματοποιηθεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους ανάλογα με τους τύπους και τα χαρακτηριστικά των παραγόμενων αποβλήτων: α) παραδοσιακή συμπίεση, β) δύο φάσεων, όπου λαμβάνονται ελαιόλαδο και διφασικό απόβλητο και (γ) τριών φάσεων, όπου λαμβάνεται ελαιόλαδο, πυρήνας και τριφασικό απόβλητο ελαιοτριβείου. Τα απόβλητα ελαιοτριβείου αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα ρεύματα αποβλήτων στις χώρες της Μεσογείου, με την ανεξέλεγκτη διάθεση τους στο έδαφος, χωρίς να έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία, να έχει σημαντικές επιπτώσεις. Η ύπαρξη φαινολών στα απόβλητα ελαιοτριβείου επιδρά αρνητικά τόσο στην ανάπτυξη των καλλιεργειών, όσο και στους μικροοργανισμούς που υπάρχουν στο έδαφος. Επίσης, το υψηλό οργανικό τους περιεχόμενο έχει σημαντική συνεισφορά στην υποβάθμιση του περιβάλλοντος, στις περιοχές ανεξέλεγκτης διάθεσής τους. Δεν υπάρχουν συγκεκριμένες μέθοδοι διαχείρισης για αυτά τα απόβλητα, με το μεγαλύτερο μέρος τους να καταλήγει ανεξέλεγκτα στο έδαφος και στους υδάτινους αποδέκτες, δημιουργώντας πληθώρα κοινωνικών και περιβαλλοντικών προβλημάτων. Συνήθης πρακτική διαχείρισης του διφασικού ελαιοπυρήνα είναι η χρήση του για παραγωγή πυρηνελαίου στα πυρηνελουργία, αφού πρώτα αποθηκευτεί σε ανοικτές δεξαμενές. Κατά την αποθήκευση του ελαιοπυρήνα, οσμηρές ενώσεις, όπως η 4-αιθυλφαινόλη, σχηματίζονται και απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα κατά την διαδικασία της ξήρανσης του ελαιοπυρήνα, προκαλώντας σοβαρά προβλήματα σε ακτίνα πολλών χιλιομέτρων. Ταυτόχρονα, η αυξημένη μικροβιακή δραστηριότητα στον αποθηκευμένο ελαιοπυρήνα αλλοιώνει το πυρηνέλαιο, μειώνοντας την αξία του. Η αλλοίωση αυτή εκφράζεται σε αύξηση στην οξύτητά του. Κατά την πειραματική μελέτη της οξίνισης του ελαιοπυρήνα για μείωση των οσμών και της οξύτητας του πυρηνελαίου παρατηρήθηκε ότι η συγκέντρωση της 4-αιθυλφαινόλης στον ακατέργαστο ελαιοπυρήνα μεγιστοποιείται μετά από 23 ημέρες αποθήκευσης, ενώ η οξύτητα του πυρηνελαίου φτάνει σε πλατό στο 10%, μετά από 70 ημέρες αποθήκευσης. Η οξίνιση του ελαιοπυρήνα σε pH 2 απέτρεψε την παραγωγή 4-αιθυλφαινόλης ενώ διατήρησε την οξύτητα του πυρηνελαίου στο 5%, για πάνω από 100 ημέρες αποθήκευσης. Κατά την διαδικασία της μαθηματικής μοντελοποίησης του προαναφερόμενου φαινομένου η συνολική διεργασία παραγωγής 4-αιθυλφαινόλης χωρίστηκε σε επιμέρους 4 ενζυματικές διαδικασίες. Η διεργασία περιελάμβανε την απελευθέρωση p-κουμαρικού οξέος από το λιγνοκυτταρινούχο υλικό, την αποκαρβοξυλίωση του p-κουμαρικού οξέος σε 4-βινυλφαινόλη και τελικά την μετατροπή της 4-βινυλφαινόλης σε 4-αιθυλφαινόλη. Η κινητική εξίσωση Michaelis-Menten χρησιμοποιήθηκε για να περιγράψει την εξέλιξη των συγκεντρώσεων των συστατικών αυτών κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης του ελαιοπυρήνα, με επιπλέον την προσθήκη συγκεκριμένης διαφορικής για να εισάγει τον ενδογενή χαρακτήρα στον ρυθμό παραγωγής του ενζύμου, αλλά και συγκεκριμένους παράγοντες για να περιγράψουν την αναστολή της λειτουργίας του από το pH. Το προτεινόμενο μαθηματικό μοντέλο κρίθηκε ικανό να περιγράψει την μεταβολή στην συγκέντρωση της 4-αιθυλφαινόλης σαν συνάρτηση του χρόνου αποθήκευσης αλλά και του pH, χρησιμοποιώντας ως μεταβλητές εισόδου μόνο τις αρχικές συγκεντρώσεις των συστατικών. Εκτός από τον στερεό διφασικό ελαιοπυρήνα, τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα ρεύματα υγρών απορροών που δημιουργούν περιβαλλοντικά προβλήματα στις Μεσογειακές χώρες. Η αναερόβια χώνευση έχει ευρέως χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία διάφορων ρευμάτων αποβλήτων, από βιομηχανικές απορροές έως γεωργικά και κτηνοτροφικά υπολείμματα. Μερικά από τα πλεονεκτήματα της διεργασίας αυτής σχετίζονται με την παραγωγή ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας και λιπάσματος. Κατά την πειραματική βελτιστοποίηση του ρυθμού οργανικής φόρτισης σε αντιδραστήρες τύπου UASB που επεξεργάζονται απορροές ελαιουργίας αποδείχθηκε ότι το σύστημα μπορεί να είναι σταθερό σε ρυθμούς οργανικής φόρτισης έως 5-6 gCOD LR-1 d-1, χωρίς καμία προεπεξεργασία των απορροών αυτών. Ακόμα, παρατηρήθηκε ότι η μεγάλη περίοδος εγκλιματισμού της βιομάζας του αντιδραστήρα σε απορροές ελαιουργίας είναι ικανή να βελτιώσει την αποδόμηση των φαινολικών συστατικών στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, η οποία μπορεί να φτάσει έως 59%. Κατά την αερόβια επεξεργασία στερεών απορροών ελαιουργίας, όπως φύλλα ελιάς, διφασικού ελαιοπυρήνα αλλά και στερεής απορροής αναερόβιας χώνευσης, σε συνεχή ταχύρρυθμο κομποστοποιητή, μελετήθηκαν πέντε διαφορετικά σενάρια λειτουργίας. Τα σενάρια αυτά διέφεραν ως προς τον λόγο διφασικού ελαιοπυρήνα προς φύλλα ελιάς καθώς και ως προς την παρουσία ή μη, φλοιών πεύκου και στερεού υπολείμματος αναερόβιας χώνευσης. Ο λόγος διφασικού ελαιοπυρήνα προς φύλλα ελιάς 95% προς 5% κατά βάρος παρουσίασε τα βέλτιστα αποτελέσματα όσον αφορά την ποιότητα του προϊόντος, ενώ τα φύλλα ελιάς ως υπόστρωμα φάνηκαν ικανά να δράσουν ως διογκωτικός παράγοντας για τον καλύτερο αερισμό του υλικού. Το τελικό προϊόν, στο βέλτιστο σενάριο, δεν περιείχε ίχνη Salmonella, ενώ ήταν σταθερό με βάση τον δείκτη αναπνοής. Παρ’ όλ’ αυτά, περιείχε μικρές ποσότητες E. Coli (3.5 ×104 CFU g-1 με όριο το 1 ×103 CFU g-1). Κατά την μελέτη της περιβαλλοντικής βιωσιμότητας μίας μονάδας επεξεργασίας υγρών απορροών ελαιουργίας μέσω αναερόβιας χώνευσης, τα αποτελέσματα υπέδειξαν ότι η προτεινόμενη διεργασία παρουσιάζει περιβαλλοντικά οφέλη, συγκρινόμενη με τα σενάρια βάσης (επεξεργασία σε λιμνοδεξαμενή εξάτμισης, απευθείας διάθεση στην καλλιέργεια της ελιάς και απόρριψη σε κοντινούς υδάτινους αποδέκτες). Με βάση την ανάλυση του περιβαλλοντικά ζημιογόνου σημείου της διεργασίας, η χρήση του χωνευμένου υπολείμματος ως λίπασμα παρουσίασε περιβαλλοντικά ζητήματα στις κατηγορίες της οξίνισης του εδάφους αλλά και στον ευτροφισμό των υδάτων. Η χρήση της αναερόβιας χώνευσης είναι ικανή να αποτρέψει περιβαλλοντική ζημία της τάξεως των 5 mPt ανά 1000 kg αποβλήτου, μέσω των προϊόντων που σχηματίζονται. Τέλος κατά την μελέτη της οικονομικής βιωσιμότητας μονάδας αναερόβιας χώνευσης υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου, έγινε εμφανές ότι μία κεντρική μονάδα επεξεργασίας που θα επεξεργάζεται απόβλητο ελαιοτριβείου την ελαιοκομική περίοδο, και άλλα αγροτοκτηνοτροφικά παραπροϊόντα τον υπόλοιπο χρόνο, μπορεί να είναι βιώσιμη σε επίπεδο διαχείρισης αποβλήτων ενός νομού. Ο εσωτερικός ρυθμός επιστροφής κεφαλαίου υπολογίζεται 6% ενώ η καθαρή παρούσα αξία μίας τέτοιας επένδυσης μετά το πέρας του χρόνου ζωής του εξοπλισμού εκτιμάται στα 2 εκατομμύρια ευρώ. Ακόμα, από την ανάλυση ευαισθησίας του συστήματος, εκτιμήθηκε ότι η τιμή πώλησης της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας και η παραγωγικότητα των αποβλήτων που επεξεργάζονται στην μονάδα, μαζί με τα απόβλητα ελαιοτριβείου, είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την βιωσιμότητα της διεργασίας.

Description

Keywords

Βιοτεχνολογία, Επεξεργασία αποβλήτων, Αναερόβια χώνευση, Κομποστοποίηση, Αποτίμηση κύκλου ζωής, Τεχνοοικονομική μελέτη

Citation