Μελέτη και αριστοποίηση της διεργασίας παραγωγής βιοαερίου από στερεά παραπροϊόντα και απόβλητα της καλλιέργειας εδώδιμων μανιταριών

Abstract

Η περιβαλλοντική και ενεργειακή κρίση αποτελούν μείζονα προβλήματα της κοινωνίας και αφορούν τόσο το παρόν όσο και το άμεσο μέλλον. Η συνεχής αύξηση των ενεργειακών απαιτήσεων με την ταυτόχρονη μείωση κοιτασμάτων των ορυκτών πόρων οδηγεί στην εύρεση εναλλακτικών πηγών ενέργειας, καθώς και στην βελτιστοποίηση των ήδη υπαρχόντων. Ένα μεγάλο μέρος της περιβαλλοντικής κρίσης προέρχεται από την άκρατη απόρριψη αποβλήτων στο περιβάλλον με αποτέλεσμα τη μόλυνση αυτού και την ενίσχυση της κλιματικής αλλαγής. Πολλά από τα απορριφθέντα υπολείμματα, ειδικά όσα προέρχονται από τον πρωτογενή τομέα, πλούσια σε οργανικό φορτίο, επιβαρύνουν σημαντικά το περιβάλλον, όμως μπορούν να αξιοποιηθούν ως υποστρώματα ανάπτυξης μικροοργανισμών και να προκύψουν νέα προϊόντα προστιθέμενης αξίας, στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας. Στη παρούσα μελέτη διερευνήθηκε η αξιοποίηση βιομηχανικών αποβλήτων καλλιέργειας μανιταριών, πιο συγκεκριμένα του αναλωμένου υποστρώματος μανιταριών, ως υπόστρωμα αναερόβιας χώνευσης και παραγωγής βιομεθανίου. Στο πρώτο σκέλος της έρευνας, μελετήθηκαν διαφορετικές επεξεργασίες χημικής υδρόλυσης, συνεπικουρούμενη με θερμική επεξεργασία. Το όξινο υδρόλυμα από την υδροθερμική επεξεργασία απέδωσε την υψηλότερη συγκέντρωση ελεύθερων σακχάρων (≈36 g/100 g ξηρού SMS, απόδοση υδρόλυσης ≈75%) και χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα για παραγωγή βιοαερίου, σε αυτοσχέδιο χωνευτήρα εργαστηριακής κλίμακας, αποδίδοντας 52 L βιοαερίου/kg VS, που περιείχαν 65% μεθάνιο, αναερόβια χώνευση 15 ημερών. Το αλκαλικό υδρόλυμα ομοίαζε με πολτό, λόγω αποδιάταξης του λιγνοκυτταρινούχου πλέγματος, χωρίς να απελευθερωθούν σάκχαρα και η παραγωγή βιοαέριο καθυστέρησε μερικές ημέρες. Η απόδοση σε βιοαέριο ήταν 37 L/kg VS και η περιεκτικότητα σε μεθάνιο ήταν 62%. Με βάση τα αποτελέσματα, το SMS μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υπόστρωμα για αναερόβια πέψη, όταν έχει προεπεξεργαστεί τόσο με χημική όσο και με υδροθερμική υδρόλυση.

The environmental and energy crisis is a major problem of society and concerns both the present and the immediate future. Continuous increase in energy requirements with the simultaneous depletion in fossil fuels resources, leads to finding alternative energy sources, as well as optimizing the existing ones. The environmental crisis is resulted by from the extreme waste disposal, which enhances both pollution and climate change. Many of these industrial residues, rich in organic load, are significantly burdened by the environment, but could be, also, used as substrates of microbial cultures, for the production of new value-added products, in terms of circular economy. In the present study, the valorization of the spent mushroom substrate, as a potential feedstock for anaerobic digestion and production of biomethane was investigated. Firstly, various chemical hydrolysis treatments were studied, combined with heat process. The acidified hydrolysate, derided by the hydrothermal process yielded the highest concentration of free sugars (≈36 g/100 g of dry SMS, ≈75% hydrolysis yield) and was used as a substrate for biogas production, in a bench-scale improvised anaerobic digester, producing 52 L biogas/kg VS, containing 65% methane, after 15 days of digestion. The alkaline hydrolysate was pulp-like, due to the disintegration of the lignocellulosic matrix, without releasing any additional sugars, so, the production of biogas delayed a few days. Biogas yield was 37 L/kg of VS and methane content was 62%. Based on the above, the SMS can be used as a substrate for anaerobic digestion when it has been pretreated with both chemical and hydrothermal hydrolysis.