Αξιολόγηση της παραγωγής βιοαποδομήσιμων πλαστικών μέσω αειφόρων διεργασιών

Abstract

Ορμώμενοι από την ολοένα αυξανόμενη τιμή του πετρελαίου, την μείωση των αποθεμάτων του, την ραγδαία αύξηση των παραγόμενων πλαστικών και την συνακόλουθη αύξηση των προκυπτόντων από αυτά απορριπτόμενων μη βιοαποικοδομήσιμων απορριμμάτων η αναδιαμόρφωση και βελτιστοποίηση της βιομηχανικής παραγωγής στο τομέα παραγωγής βιοαποικοδομήσιμων πλαστικών, όπως πολύ-3υδροξυαλκανοΐκών εστέρων αποτελεί αναγκαιότητα. Οι πολύ-3υδροξυ-αλκανοΐκοί

εστέρες (ΠΥΑ)

είναι πολυεστέρες μικροβιακής προέλευσης, οι οποίοι μπορούν να παραχτούν από ανανεώσιμες πρώτες ύλες και να αντικαταστήσουν τα συμβατικά πλαστικά καθώς πολλά μέλη τους, όπως οι πολύ-3 υδροξυ-βουτυρικοί εστέρες (ΠΥΒ) έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τα θερμοπλαστικά. Κινούμενοι λοιπόν σε αυτό το πλαίσιο οι στόχοι της εργασίας αυτής είναι: 1) Η αξιολόγηση της δυνατότητας ανάπτυξης του Cupriavidus necator DSZM545 σε γλυκερόλη και υδρόλυμα κραμβάλευρου και η εργαστηριακή παραγωγή πολυ-3-υδροξυ-βουτυρικού εστέρα (ΠΥΒ). Το κραμβάλευρο χρησιμοποιήθηκε ως θρεπτικό μέσο για την παραγωγή ενζύμων με τον Aspergillus oryzae. Ακολούθησε ενζυμική υδρόλυση των θρεπτικών συστατικών του κραμβάλευρου. Το υδρόλυμα αποδείχτηκε ότι αποτελεί ένα πλούσιο θρεπτικό μέσo ανάπτυξης του Cupriavidus necator DSZM545. Τελικά χρησιμοποιώντας ως θρεπτικό μέσο, σε ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες, το εργαστηριακά παραγόμενο υδρόλυμα από κραμβάλευρο (FAN 210 mg/l) και γλυκερόλη συγκέντρωσης 18 g/l στο τέλος της ζύμωσης (μετά από 80 h) το ξηρό βάρος των κυττάρων και η συγκέντρωση του ΠΥΒ ήταν 9,8 g/l και 4,5 g/l αντίστοιχα. 2) Ο σχεδιασμός ενός βιοδιυλιστηρίου παραγωγής ΠΥΒ χρησιμοποιώντας ως αποκλειστική και μοναδική πρώτη ύλη σιτάρι, ο υπολογισμός του συνολικού κόστους παραγωγής ή του λειτουργικού κόστους και του συνολικού κεφαλαίου επένδυσης με την χρήση του λογισμικού Super-ProDesigner 7.0. Ο σχεδιασμός και η προσομοίωση με στόχο την οικονομική μελέτη μιας τέτοιας επένδυσης έγινε με δεδομένα από δημοσιευμένα άρθρα και τελικά αποδείχτηκε ότι το κόστος

- 16 -

παραγωγής είναι 2,57 και το συνολικό κεφάλαιο επένδυσης είναι 268.903.072 $, στην περίπτωση που η συνολική ετήσια παροχή μάζας (σιταριού) είναι 100.000 tn/yr.

Restructuring and optimization of the conventional fermentation industry for poly-3hydroxyalkαnοates (PΗA) production is necessary to replace petrochemical production routes. Driven by the fact that the amount of non-degradable plastics that is dosposed has dramatically increased, the production of biodegradable plastics is necessary. This could be accomplished by using renewable raw materials to produce biodegradable plastics. PHAs are intracellular storage polyesters that are produced by many bacteria and could replace conventional plastics since many identified members of that family, like PΗB, have similar properties to petroleum-derived thermoplastics. Guided by this concept, the objectives of this work are: 1) To evaluate the potential of Cupriavidus necator 545 to grow and produce PΗB, from glycerol (a by-product of diesel production) and rapeseed meal. Rapeseed meal is used, for the production of enzymes, through solid state fermentation by using the fungus Aspergillus oryzae. The crude filtrate was used for the production of rapeseed meal hydrosylates. The later can provide a nutrient complete fermentation medium for bioconversions carried out by Cupriavidus necator DSZM545 using glycerol as carbon source. Bioconversions in shake flasks using the above bacteria growing in rapeseed meal hydrosylate (FAN 210 mg/l) and glycerol (18 g/l) led to the production of 9.8 g/l total dry weight and 4.5 g/l PHB after 80h fermentation. 2) To design an integrated process, by using the software SuperPro Designer 7.0, for large-scale production of PHB using wheat as the only nutrient source. Also, evaluation of total capital investment and total production cost has been carried out. The data for the simulation

have been collected from several scientific publications. For a PHB

production investment using 100.000 tn/yr wheat as the unique

nutrient source the total PHB production cost is 2.57 $/Kg and total

capital investment is $268.903.072