Παραγωγή βιοαερίου από εκχύλισμα ημικομποστοποιημένων στερεών πτηνοτροφικών αποβλήτων με τυρόγαλα στη μεσόφιλη περιοχή. Τεχνικοοικονομική διερεύνηση εφαρμογής των αποτελεσμάτων σε τυροκομείο στην Αργολίδα

Abstract

Η αναερόβια χώνευση αποβλήτων προσφέρει πολλά οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη μέσω της χρήσης του παραγόμενου βιοαερίου ως ενεργειακής πηγής και εμφανίζει αυξημένες προοπτικές ανάπτυξης στο μέλλον. Στη παρούσα μελέτη τα είδη των αποβλήτων που χρησιμοποιήθηκαν για τη διεξαγωγή του πειράματος προέρχονταν από απόβλητα πτηνοτροφικής και τυροκομικής μονάδας. Σκοπός ήταν να προσδιοριστεί εκείνη η ποσότητα εκχυλίσματος ημι-κομποστοποιημένων στερεών αποβλήτων πτηνοτροφείου αυγοπαραγωγής με τυρόγαλα που θα παρέχει τη μέγιστη παραγωγή βιοαερίου σε σχέση με τον μάρτυρα κάτω από σταθερές συνθήκες αναερόβιας χώνευσης στη μεσόφιλη περιοχή και η προσομοίωση των αποτελεσμάτων σε αντιπροσωπευτικό τυροκομείο παραγωγής φέτας στην περιοχή της Αργολίδας. Αναλυτικότερα, η μελέτη χωρίστηκε σε τρία μέρη: θεωρητικό, πειραματικό και αποτελέσματα - συζήτηση. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια βιβλιογραφική επισκόπηση σχετικά με την ιστορική εξέλιξη των βιοκαυσίμων, τα χαρακτηριστικά και τις παραμέτρους επηρεασμού της αναερόβιας χώνευσης, το βιοαέριο και το θεσμικό πλαίσιο που αναπτύχθηκε στην Ελλάδα. Στο τέλος του πρώτου μέρους συγκεντρώθηκαν βασικές πληροφορίες σχετικά με τα πτηνοτροφικά και τυροκομικά απόβλητα καθώς και για τον λόγο που επιλέχθηκε η ανάμιξή τους. Στο πειραματικό μέρος περιγράφηκε η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε στο Εργαστήριο Γεωργικών Κατασκευών για χρόνο παραμονής αποβλήτων στο χωνευτήρα 16 ημερών και καταγράφηκαν οι μετρήσεις και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των πρώτων υλών που χρησιμοποιήθηκαν. Στο τρίτο μέρος, παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα των μετρήσεων και μελετήθηκαν οι περιπτώσεις παραγωγής βιοαερίου σε τρεις διαφορετικούς χρόνους παραμονής (16, 21, 32 ημέρες). Υπολογίστηκε η βέλτιστη παραγωγή βιοαερίου και ο βέλτιστος χρόνος παραμονής (25 ημέρες) και εξετάστηκε σε πραγματικές συνθήκες το μέγεθος της εγκατάστασης και το ενεργειακό δυναμικό του παραγόμενου βιοαερίου για τη συμπαραγωγή ηλεκτρικής/θερμικής ενέργειας (ΣΗΘ). Ακολούθησε ο προσδιορισμός των κατάλληλων οικονομικών παραμέτρων για τη λήψη απόφασης σχετικά με την ανάληψη ή όχι της επένδυσης και η οικονομική αξιολόγηση της πιθανής επενδυτικής κίνησης του τυροκομείου με τη χρήση του υπολογιστικού Τροποποιημένου Βασικού Μοντέλου Οικονομικής Αξιολόγησης (ΜΒΕΕΜ) (Georgakakis et al. 2003). Τέλος, αναλύθηκε ένα πιθανό επενδυτικό σενάριο και μελετήθηκε η οικονομική βιωσιμότητά του ανάλογα με τον τύπο χρηματοδότησης. Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πρωτοτυπεί καθώς εφάρμοσε μηχανικό διαχωρισμό πριν την αναερόβια χώνευση με σκοπό τη δημιουργία εκχυλισμάτων πρώτων υλών. Η μέθοδος της παραγωγής εκχυλισμάτων αποβλήτων παρουσιάζει πολλαπλά τεχνικά, οικονομικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα. Αποτελεί ένα βήμα εξέλιξης της αναερόβιας χώνευσης και φιλοδοξεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε μονάδες παραγωγής βιοαερίου στην Ελλάδα και διεθνώς.

The anaerobic digestion of waste offers a variety of economic and environmental benefits through the use of produced biogas as energy resource and shows great potential for further future implementation. In this dissertation the types of waste, which were used in the experimental performance, originated from waste of poultry and cheese units. A separated liquid fraction was extracted by the mixture of semi-composted poultry manure from an egg production unit with whey. The purpose of this study was the determination of the accurate amount of this extract which would grant the maximum biogas production under stable mesophilic conditions compared to the untreated control. The results were simulated in a typical cheese factory producing white cheese “feta” at Argolis region. More precisely, the study was divided in three parts: theoretical, experimental and results – discussion. Firstly, a literature review was conducted on the historical progress of biofuels, the features and the influence parameters of anaerobic digestion, the biogas and its regulatory framework has developed in Greece. At the end of the first part, basic information about poultry manure and waste was gathered from cheese factories, and the reasons behind the selection of these elements for the mixture was explained. A description of the experimental process taken place at the School of Agricultural Constructions followed in the experimental part. The hydraulic retention time of waste into the anaerobic digester was 16 days. The measurements and the quality characteristics of used materials were recorded. In the third part the results of measurements were presented and three cases of biogas production were considered in three different retention times (16, 21, 32 days). The optimum biogas production and retention time (25 days) was calculated and the size of the unit installation was examined under real conditions as well as the energy capacity of produced biogas which intended to cogeneration of heat/power (CHP). Furthermore, appropriate economic parameters were determined to facilitate the decision making process of whether the investment should be undertaken or not. The economic evaluation of the possible investment move by the cheese factory was estimated with the use of Modified Basic Economic Evaluation Model (MBEEM) (Georgakakis et al. 2003). In conclusion, an analysis of a possible investment scenario was made and its economic sustainability was examined according to the type of funding. The innovation of this master’s thesis lies in the implementation of mechanical separation of waste before the anaerobic digestion in order to create extracts of materials. This method of separated liquid fraction from waste presents a variety of technical, economic and environmental advantages. It forms the next step in the direction of anaerobic digestion progress and aspires to be used widely at biogas production units in Greece and around the world.