Βιοκαύσιμα ΤΟΜΕΑΣ IV, ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ...
Transcript of Βιοκαύσιμα ΤΟΜΕΑΣ IV, ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ...
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΊΟΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝΤΟΜΕΑΣ IV, ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΏΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
ΜΑΚΡΗΣ Β., ΚΕΚΟΣ Δ., ΧΡΙΣΤΑΚΟΠΟΥΛΟΣ Π.
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Υγρό βιοκαύσιμο (οινόπνευμα) υψηλής ενεργειακής περιεκτικότητας, καθαρότερο περιβαλλοντικά από τη βενζίνη
Καύσιμη στερεά, υγρή ή αέρια ύλη που παράγεται από βιομάζα
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΖΥ
ΜΩ
ΣΗ
CO2
θερμότητα
ΗO2
Κ.Κ.
ηλεκτρισμό
H2
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Γιατί βιοαιθανόλη;
Β. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ1. Ανανεώσιμη πρώτη ύλη (βιομάζα)2. Σημαντική ελάττωση ρύπανσης
Λιγότερες εκπομπές: CO2 , CO, υδρογονανθράκων, κλπ.
1. Μείωση ενεργειακής εξάρτησηςΑ. ΠΟΛΙΤΙΚΟ-ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ
2. Υπεραξία αγροτικών πρώτων υλών3. Αύξηση θέσεων εργασίας και αγροτικού εισοδήματος4. Συγκράτηση αγροτικού πληθυσμού
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
Τεχνολογικά χαρακτηριστικά
Μεγαλύτερη τάση ατμών από τη βενζίνη
Παραγωγή από γεωργικά προϊόντα & υποπροϊόντα
Υποπροϊόντα: Λιγνοκυτταρινούχα κατάλοιπα. Δυσκολίες υδρόλυσης λιγνοκυτταρίνης. Δυσκολίες συλλογής, μεταφοράς και αποθήκευσης τους (ογκώδη)
Προϊόντα: Υψηλό κόστος σακχαρούχων και αμυλούχων προϊόντων (τεύτλα, καλαμπόκι, κ.ά.) που χρησιμοποιούνται ανταγωνιστικά για την παραγωγή τροφίμων (καύσιμα αντί τρόφιμα)
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη 0
5
10
15
20
25
30
35
1999 2000 2001ΕΤΟΣ
ΔΙΣ
ΕΚ
ΑΤ
ΟΜ
ΥΡ
ΙΑ Λ
ΙΤΡ
Α
C., Berg. 2001. World Ethanol Production 2001
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
+ 860%
+ 75%
+ 11%
2001 2006
ΑΛΛΕΣ ΧΩΡΕΣΗΠΑ
ΒΡΑΖΙΛΙΑ
ΕΤΟΣ0
15
30Δ
ΙΣΕ
ΚΑ
ΤΟ
ΜΥ
ΡΙΑ
ΛΙΤ
ΡΑ
C., Berg. 2001. World Ethanol Production 2001
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
1. ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΙΣ ΗΠΑ ΚΑΙ ΒΡΑΖΙΛΙΑ
2. ΑΠΟΦΑΣΗ ΓΙΑ ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΗ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ (Οδηγία 2003/30/EC, ΜΑΙΟΣ 2003): Μέχρι το 2005: 2.0% (3,25% κατ’ όγκο) Μέχρι το 2010: 5.75% (9,34% κατ’ όγκο)3. ΕΤΟΙΜΑΖΟΝΤΑΙ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
4. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΤΑΠΟΚΡΙΣΗ ΤΗΣ ΙΣΠΑΝΙΑΣ
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΣΤΟΧΟΙ Παραγωγή αιθανόλης
(276.000 τόνοι ΕΤΒΕ) για λόγους :
Περιβαλλοντικούς : Ελάττωση CO2, θείου,
ΥδΑ, ρύπανσης εδάφους, κ.ά.Οικονομικούς :
Αύξηση γεωργικού εισοδήματος
Συγκράτηση αγροτικού πληθυσμού
Μείωση ενεργειακής εξάρτησης
Επιστροφή πάνω από 90% των απαλλαγών φόρων λόγω αύξησης της τοπικής οικονομικής δραστηριότητας
http://lasen.epfl.ch/
Σπορέλαια Σακχαρούχαφυτά
(τεύτλα, γλυκόσόργο, κ.ά.)
Αμυλούχαφυτά
(αραβόσιτοςσίτος, κ.ά.)
Λιγνοκυτ/χαφυτά(ξύλα
άχυρα, κ.ά.)
Εκχύλιση
Καθαρισμός ΖΥΜΩΣΗ Καθαρισμός
Υδρόλυση
Προκατεργασία
Αεριοποίηση
Εστεροποίηση ΑπόσταξηΑφυδάτωση
Καταλυτικήσύνθεση
Καθαρά έλαια ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ ΜΕΘΑΝΟΛΗ
ΕΤΒΕ ΜΤΒΕ
Πρώ
τες
ύλες
Διε
ργασ
ίαμε
τατρ
οπής
Τελι
κό
Ενερ
γεια
κό π
ροϊό
ν
ΓλυκόζηΓλυκόζη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΠροκατεργασίαΈνζυμα
+
Γλυκόζη
Ενζυμικήυδρόλυση
Διήθηση
Γλυκόζη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη Σπόρος (μ.ό.): 1.1 τον / στρέμμα Άμυλο (μ.ό.): 620 Kg / στρέμμα ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ: ≈ 440 λίτρα/στρέμμα
Σπόρος
Υπόλειμμα (μ.ό.): ≈ 1.1 τον / στρέμμα ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
≈ 300 λίτρα /στρέμμα
Υπόλειμμα
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη Απόδοση (μ.ό.): 6.4 τον / στρέμμα Σάκχαρο (μ.ό.): 900 Kg / στρέμμα ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ: ≈ 510 λίτρα / στρέμμα
Σακχαρότευτλα
,Πούλπα
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Απόδοση νωπών στελε-χών (μ.ό.): 10 τον /στρέμμαΣάκχαρα (μ.ό.): 12.7%ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ:
10 x 12.7 = 1270 Kg σακχαρόζη ≈ 650 λίτρα αιθανόλη / στρέμμα
Νωπάστελέχη
Βαγάση (μ.ό.): 1.2 τον / στρέμμα ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
≈ 350 λίτρα / στρέμμα
Ξηρήβαγάση
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Χώρες καλλιέργειας και στρεμματική απόδοση
νωπής βιομάζας(ΚΑΠΕ 1996)
Κατώτερη Ανώτερη
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Νότια Ελλάδα (Πύργος)Βόρεια Ελλάδα (Θράκη)
Νότια Ιταλία Νότια Ισπανία
ΠορτογαλίαΒόρεια Ιταλία
ΓαλλίαΚεντρική Ισπανία
Βέλγιο
ΑΠΟΔΟΣΗ (τόνοι / στρέμμα)
ΝΩΠΗ ΒΙΟΜΑΖΑ (%, β/β) Υγρασία 70.9Σακχαρόζη 11.0Γλυκόζη 1.7Κυτταρίνη 4.8Ημικυτταρίνη 4.3
Ζυμωτήρας
Εμβόλιο:
ΣΕΝΑΡΙΟ 2αS. cerevisiae
Χυμός(52%)
Εμβόλιο:Μικτή καλλιέργεια
ΣΕΝΑΡΙΟ 2β
ΖυμωτήραςF. oxysporumS. cerevisiaeΣτερεά
(48%)
Τεμάχιασόργου
ΣΕΝΑΡΙΟ 3αΖυμωτήρας F. oxysporum
Εμβόλιο:
Τεμαχισμός
Εκχύμωση
6.1
8.8
Εκχύλισμα
Εκχύλιση
Εμβόλιο:
ΣΕΝΑΡΙΟ 1Ζυμωτήρας S. cerevisiae
4.4
10.5
ΣΕΝΑΡΙΟ 3β
F. oxysporumS. cerevisiae
Εμβόλιο:Μικτή καλλιέργεια
10.3
Ζυμωτήρας
ΑΙΘΑΝΟΛΗ (λίτρα/100 Kg
νωπού σόργου)7.7
Στελέχη σόργου
ΣΥΣΤΑΣΗ (%, β/β) Υγρασία 70.9Σακχαρόζη 11.0Γλυκόζη 1.7Κυτταρίνη 4.8Ημικυτταρίνη 4.3
12.7 9.1
1050 λ / στρέμ.
770 λ / στρέμ.
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑ ΝΟΜΟΣΚΑΛΛΙΕΡΓΟΥΜΕΝΗΕΚΤΑΣΗ (βαμβάκι +καλαμπόκι, 2003)
(στρέμματα)
ΕΚΤΑΣΗ ΠΡΟΣΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΜΕ ΣΟΡΓΟ (στρέμματα)
ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΤΗΤΑΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ
(x 1000 m3 / έτος)
ΘΡΑΚΗΈβρου
ΞάνθηςΡοδόπηςΔράμας
ΠέλληςΚιλκίς
ΗμαθίαςΚαβάλας
50
Σερρών
100 150
200 250
ΜΑΚΕΔΟΝΙΑ
Καρδίτσας
ΘΕΣΣΑΛΙΑ
360.000 308.000200.000 154.000285.000 231.000220.000 154.000213.000 154.000184.000 154.000138.000 77.000273.500 231.000570.000 385.000660.000 385.000
Μαγνησίας 118.500 77.000
ΠΕΛΟΠ/ΣΟΣ Ηλείας 185.000 154.000
Τρικάλων 250.000 231.000
Λαρίσης 760.000 385.000
ΑΤΤΙΚΗ Βοιωτίας 215.000 154.000
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑ ΝΟΜΟΣΚΑΛΛΙΕΡΓΟΥΜΕΝΗΕΚΤΑΣΗ (βαμβάκι +καλαμπόκι, 2003)
(στρέμματα)
ΕΚΤΑΣΗ ΠΡΟΣΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΜΕ ΣΟΡΓΟ (στρέμματα)
ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΤΗΤΑΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ
(x 1000 m3 / έτος)
ΘΡΑΚΗΈβρου
ΞάνθηςΡοδόπηςΔράμας
ΠέλληςΚιλκίς
ΗμαθίαςΚαβάλας
50
Σερρών
100 150
200 250
ΜΑΚΕΔΟΝΙΑ
Καρδίτσας
ΘΕΣΣΑΛΙΑ
360.000 308.000200.000 154.000285.000 231.000220.000 154.000213.000 154.000184.000 154.000138.000 77.000273.500 231.000570.000 539.000660.000 616.000
Μαγνησίας 118.500 77.000
ΠΕΛΟΠ/ΣΟΣ Ηλείας 185.000 154.000
Τρικάλων 250.000 231.000
Λαρίσης 760.000 693.000
ΑΤΤΙΚΗ Βοιωτίας 215.000 154.000
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ (σακχ/μο)
ΒΡΑΖΙΛΙΑ (σακχ/μο)
ΤΑΥΛΑΝΔΗ (κασάβα)
ΚΙΝΑ (αραβόσιτος)
ΗΠΑ (αραβόσιτος)
ΕΕ (σίτος, μικρό εργ.)
ΕΕ (σίτος, μεγάλο εργ.)ΚΑΘ
ΑΡΟ
ΚΟ
ΣΤΟ
Σ Β
ΙΟΑΙ
ΘΑ
ΝΟ
ΛΗΣ
(€ /
λίτρ
ο)
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Προϊόντα ξύλου, ενέργεια,
τρόφιμα / ζωοτροφές,χημικά προϊόντα
Βιοκαύσιμα,βιοπροϊόντα,
ενέργεια
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΦΥΤΕΙΑ ΣΟΡΓΟΥ
ΕΝΕΡΓΟΣΑΝΘΡΑΚΑΣ
ΑΝΘΡΑΚΑΣ
ΖΩΟΤΡΟΦΗ ΒΙΟΜΟ- ΝΩΤΙΚΑΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ
ΗΛΕΚΤ-ΡΙΣΜΟΣ
ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
ΥΔΡΟΓΟΝΟ
ΜΕΘΑΝΟΛΗ
ΣΥΝΘΕΣΗΑΕΡΙΟΥ
ΒΑΓΑΣΣΗΕκχύμωση
CO2
ΑΙΘΑΝΟΛΗ
ΣΠΟΡΟΣ
ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑΑΠΟΣΤΑΞΗΣ(ΖΩΟΤΡΟΦΗ)
ΦΥΛΛΑ
ΑΙΘΑΝΟΛΗ
Ελληνικήτεχνολογία
ΣΤΕΛΕΧΗ
ΑΙΘΑΝΟΛΗ + CO2
Χυμός
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΤΕΧΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ1. Έκταση καλλιέργειας σόργου (στρέμματα): 154.000 2. Βιοαιθανόλη (m3): 100.000 3. Ξηρή βαγάση για ηλεκτρισμό (τόνοι): 80.0004. Ξηρή βαγάση για βιομονωτικά υλικά (τόνοι): 80.000ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ € Α. ΚΟΣΤΟΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ1. Επένδυση (Ερ. βιοαιθανόλης & βιομονωτικών) 80.000.000 2. Επιδότηση (50%) 40.000.000 ΣΥΝΟΛΟ 40.000.000 Β. ΕΤΗΣΙΕΣ ΔΑΠΑΝΕΣ1. Παραγωγή σόργου + μεταφορά (154.000 στρ. x 260 € / στρ.) 40.040.000 2. Εργασία 1.000.000 3. Διάφορα (χημικά βιομονωτικών, κλπ) 15.000.000 4. Κόστος κεφαλαίου (40.000.000 x 0.15) 6.000.000 ΣΥΝΟΛΟ 62.040.000 Γ. ΕΤΗΣΙΑ ΑΚΑΘΑΡΙΣΤΑ ΕΣΟΔΑ1. Βιοαιθανόλη (100.000 m3 x 200-500 € / m3) 20.000.000-50.000.000 2. Ηλεκτρισμός από 80.000 τον. βαγάση (84.080.000 KWh) 5.044.8003. Βιομονωτικές πλάκες (1.000.000 m3 x 40 €/m3) 40.000.000 ΣΥΝΟΛΟ 65.044.800-95.044.800 Δ. ΕΤΗΣΙΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ1. Δαπάνες 62.040.000 2. Ακαθάριστα έσοδα 65.044.800-95.044.800 ΚΕΡΔΗ 3.004.800-33.004.800
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΣΤΟΧΟΣΠαραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας από βιοαιθανόλη γεωργικών προϊόντων (γλυκό σόργο) υψηλής απόδοσης και μηδενικής ρύπανσης στα πλαίσια της αειφόρου ανάπτυξης
C2H5OH
Ζύμωση σε αιθανόληΚυψέλες καυσίμου
H2O
Γεωργικάπροϊόντα
(γλυκό σόργο)
Αιθανόλη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη 0
100
200
300
400
500
2005 2006 2007 2008 2009 2010
ΕΤΟΣ
ΒΙΟ
ΑΙΘ
ΑΝ
ΟΛΗ
( x
103 m
3 )
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη 0
2
4
6
8
10
12
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
ΕΤΟΣ
ΒΙΟ
ΑΙΘ
ΑΝ
ΟΛΗ
( x
106 m
3 )
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
Καύση Τουρμπίνες Ενέργεια
Αεριοποίηση Σύνθεση Μεθανόλη
Πυρόλυση Έλαια, αέρια, πίσσα
Ζύμωση
Αναερόβιαχώνευση
Εκχύλιση Έλαια
Βιοαιθανόλη
Μεθάνιο
Βιοντίζελ
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
1. Χημική σύνθεση. Από προϊόντα πετρελαίου
3. Μικροβιακή ζύμωση. Μικροβιακή ζύμωση διαλύματος σακχάρων σε αιθανόλη
(7% της παγκόσμιας παραγωγής)
(93% της παγκόσμιας παραγωγής)
2. Θερμοχημική διεργασία. Αεριοποίηση σε υδρογόνο και οξείδια του άνθρακα και μετατροπή σε αιθανόλη με ανόργανους καταλύτες (Δεν παράγεται βιομηχανικώς)
Σάκχαρα(γλυκόζη)
Ζύμη
Βιοαιθανόλη
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΑΠΟΔΟΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ: ΕΚΧΥΛΙΣΜΑ: 870 ΛΙΤΡΑ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΝΩΠΟΥ ΣΟΡΓΟΥΧΥΜΟΣ: 680 ΛΙΤΡΑ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΝΩΠΟΥ ΣΟΡΓΟΥ
ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ
ΖΥΜΩΣΗS. cerevisiae
ΑΠΟΣΤΑΞΗ
20-25 MW (100.000 m3)
ΝΕΡΟ
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΤΑΔΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣΚΑΙ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ
ΑΠΟ ΟΛΙΓΟΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΤΟΥ ΓΛΥΚΟΥ ΣΟΡΓΟΥ
ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΉ ΧΥΜΟΣΣΟΡΓΟΥ
ΣΟΡΓΟ
Βιοκαύσιμα
Βιοαιθανόλη
ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ
ΖΥΜΩΤΗΡΑΣ ΕμβόλιοF. oxysporum
Εμβόλιοζύμης
ΑΠΟΔΟΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ: 1100 ΛΙΤΡΑ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΝΩΠΟΥ ΣΟΡΓΟΥ
ΧΥΜΟΣΣΟΡΓΟΥ
ΖΥΜΩΣΗS. cerevisiae ΑΠΟΣΤΑΞΗ
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΤΑΔΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣΑΠΟ ΧΥΜΟ ΚΑΙ ΒΑΓΑΣΗ ΓΛΥΚΟΥ ΣΟΡΓΟΥ
ΣΟΡΓΟ
Βιοκαύσιμα
ΒιοαιθανόληΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ
ΑΠΟΔΟΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ: 910 ΛΙΤΡΑ / ΣΤΡΕΜΜΑ ΝΩΠΟΥ ΣΟΡΓΟΥ
ΣΟΡΓΟ
Εμβόλιοζύμης
ΖΥΜΩΤΗΡΑΣ
ΕμβόλιοF. oxysporum
ΑΠΟΣΤΑΞΗ
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΤΑΔΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣΑΠΟ ΝΩΠΟ ΓΛΥΚΟ ΣΟΡΓΟ