Integrated refinery strategies with pyrolysis and alternative feeds in the context of the circular economy
Creators: name: Καματερού, Παρασκευή Ε.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Διυλιστήριο
Πυρόλυση
Εναλλακτικές τροφοδοσίες
Κυκλική βιοοικονομία
Refinery
Pyrolysis
Αlternative feeds
Circular economy

description: Ο ρόλος των βιοδιυλιστηρίων στην αποτελεσματικότερη διαχείριση των φυσικών πόρων είναι ιθύνουσας σημασίας. Τα βιοδιυλιστήρια αποβλήτων διαδραματίζουν πρωτεύοντα ρόλο στην προώθηση της κυκλικής οικονομίας. Η αξιοποίηση των αποβλήτων τροφίμων αποτελεί στόχο της βιώσιμης ανάπτυξης, κερδίζοντας όλο και μεγαλύτερο ενδιαφέρον στην επίλυση περιβαλλοντικών ζητημάτων και προβλημάτων διαχείρισης φυσικών πόρων. Όχημα στη μετάβαση προς μια βιώσιμη Βιοοικονομία, αποτελεί η παραγόμενη από τη διεργασία της πυρόλυσης βιοενέργεια, η οποία αποκτά σημαντική δυναμική στα πλαίσια της έννοιας ενός ολοκληρωμένου βιοδιυλιστηρίου. Η συνεισφορά της παρούσας διατριβής είναι η αναζήτηση αποτελεσματικότερων «οδών» αξιοποίησης της υπολειμματικής βιομάζας στα πλαίσια ενός ολοκληρωμένου βιοδιυλιστηρίου αλληλουχίας, μέσω της διεργασίας της πυρόλυσης και η πειραματική τους τεκμηρίωση. Αρχικοί στόχοι της παρούσας διατριβής ήταν η ανασκόπηση στη διεθνή βιβλιογραφία των μεθόδων αξιοποίησης «σε ένα στάδιο» 5 τύπων βιομάζας και η πειραματική διερεύνηση της έννοιας του ολοκληρωμένου βιοδιυλιστηρίου «πολλαπλών διεργασιών-πολλαπλών προϊόντων» και για τους 5 αυτούς τύπους (χερσαίας και θαλάσσιας) βιομάζας που αποτελούν τους ακρογωνιαίους λίθους στη μετάβαση προς μια κυκλική Βιοοικονομία. Στόχος ήταν επίσης, η πειραματική απόδειξη της έννοιας αυτής σε επίπεδο TRL3-4 για τους διάφορους τύπους χερσαίας και θαλάσσιας βιομάζας, αποσκοπώντας στην άντληση δεδομένων που θα βοηθήσουν τις βιομηχανίες βιοϋλικών να αξιολογήσουν την κερδοφορία των διαφόρων πιθανών «γραμμών παραγωγής σε συνδυασμό με την παραγωγή ποικίλων προϊόντων. Ακολουθώντας μια αναστοχαστική προσέγγιση, διερευνήθηκαν διάφορες διεργασίες και προϊόντα, με αποτέλεσμα να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την εφικτότητα σε εργαστηριακή κλίμακα, εκείνης της μετατροπής που οδηγεί στην παραγωγή πολλαπλών προϊόντων. Η αποτελεσματική μετατροπή της βιομάζας σε ένα βιοδιυλιστήριο πολλών σταδίων εξαρτάται κατά κύριο λόγο από το φάσμα των διαφόρων τελικών προϊόντων. Οι στρατηγικές που μελετήθηκαν βασίστηκαν στην αρχή της βελτιστοποιημένης αξιοποίησης των πόρων. Στην παρούσα διατριβή ακολουθήθηκε η μεθοδολογία της μελέτης περίπτωσης. Πιο συγκεκριμένα, η διατριβή βασίζεται σε 5 μελέτες περίπτωσης βιοδιυλιστηρίων πηγών βιομάζας που αφθονούν στην Ελλάδα και αποσκοπεί στο να αποκαλύψει τις δυνατότητες, τις προοπτικές και τις προκλήσεις που αναδύονται κατά τη μετάβαση από μία απλή διεργασία αξιοποίησης της βιομάζας, σε ένα βιοδιυλιστηρίου πολλών διεργασιών και προϊόντων. Αξίζει να σημειωθεί ότι η παρούσα διατριβή είναι αποτέλεσμα διεπιστημονικής συνεργασίας κατά την οποία - στα πλαίσια της εξωστρέφειας - προωθήθηκαν και αναπτύχθηκαν συνεργασίες που στόχευαν στην ανταλλαγή γνώσεων και ιδεών με γνώμονα πάντα την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση των αποβλήτων και την προσέγγιση του στόχου προς τη Μηδενική Παραγωγή Αποβλήτων.
description: Biorefineries are key elements for better use of bioresources. Waste biorefineries are instrumental in advocating circular bioeconomy. Food waste valorization is a goal of sustainable development, gaining high interest in resolving environmental and resources challenges. In the transition to a sustainable Bioeconomy, pyrolysis-based bioenergy is finding a new impetus within the integrated biorefinery concept, which is one of the vehicles of this transition. The present Thesis’ contribution, in this area, is the screening for more efficient “pathways” concerning the valorization of residual biomass through pyrolysis in the biorefinery concept and their laboratory experimental documentation. The objectives of the thesis were first to review the one-process pathways reported in international literature for the valorization of 5 types of organic materials and secondly to experimentally investigate the cascade multi-process-multi product biorefinery concept for all 5 types (terrestrial and marine biomass) that are cornerstones in the transition to Circular Bioeconomy. The objective was the experimental proof of concept of various types of terrestrial and marine biomass at the TRL3-4 level, towards extracting data to assist the bio-based industries in evaluating the profitability of different possible production routes and product portfolios. Adopting a reflexive approach, a variety of processes and products were examined, intending to add insights into the technical feasibility concerning the conversion through differential multi-product pathways at the lab scale. The efficient conversion of biomass in a cascade biorefinery depends on the spectrum of various end-products and cost-effective processing schemes. The studied pathways were based on the principle of optimized resource utilization. Pyrolysis was used as an upcycling method to produce biochar for closing the loop in agriculture. The methodology of the case study was followed. This Ph.D. study is based on 5 case studies of biorefineries for local organic material produced in Greece, aiming to shed light on the potentialities, prospects, and challenges of the transition from a mono-process to a cascade biorefinery concept, in a ‘zero-waste’ thinking. It is worth noting that this thesis is the result of an interdisciplinary collaboration during which - in the context of extroversion - collaborations were promoted and developed, aiming at the exchange of knowledge and ideas, always with a view to the more effective waste valorization and the approach towards the goal of zero-waste.