Αξιολόγηση παραγωγικού δυναμικού λιβαδικών φυτών και αξιοποίησή τους για παραγωγή βιοενέργειας:
Creators: name: Παππάς, Ιωάννης Απ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Λιγνοκυτταρινική βιομάζα
Λιβαδικά φυτά
Ενεργειακή καλλιέργεια
Προκατεργασία
Ενζυμική υδρόλυση
Μετατρεψιμότητα
Δείκτες αειφορίας
Lignocellulosic biomass
Range plants
Energy crop
Pretreatment
Enzymatic hydrolysis
Convertibility
Sustainability indices

description: Οι αυξημένες ενεργειακές ανάγκες του σύγχρονου τρόπου ζωής, η αναπόφευκτη μείωση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων αλλά και επαγόμενες περιβαλλοντικές συνέπειες από τη χρήση τους, καθώς και η ενεργειακή ασφάλεια των κρατών αποτελούν τις κινητήριες δυνάμεις για την ανάπτυξη του τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Α.Π.Ε) (βιομάζα, αιολική, ηλιακή, γεωθερμία, υδατοπτώσεις) σε ευρωπαϊκό και παγκόσμιο επίπεδο. Η μεγάλη σημασία της βιομάζας έγκειται στην ικανότητα φθηνής, άφθονης και τοπικής παραγωγής, την ευέλικτη διαχείριση της και στη μοναδικότητά της ως πρώτη ύλη για παραγωγή βιοενέργειας δεύτερης γενιάς για την παραγωγή βιοκαυσίμων και βιοϋλικών. Τα κύρια κριτήρια για να χαρακτηριστεί ένα φυτό ως ενεργειακό φυτό δεύτερης γενιάς αποτελούν α) η υψηλή παραγωγή υπέργειας βιομάζας και β)το υψηλό λιγνοκυτταρινικό περιεχόμενο. Στην παρούσα έρευνα ελέγχθηκε η υπόθεση ότι το παραγωγικό δυναμικό των λιβαδικών φυτών μπορεί ν΄αξιοποιηθεί για την παραγωγή βιοενέργειας. Ο σχεδιασμός της έρευνας βασίστηκε αρχικά στην αξιολόγηση της παραγωγής υπέργειας βιομάζας και της συγκέντρωσης του λιγνοκυτταρινικού περιεχομένου στο στάδιο ωριμότητας, σε διάφορες κατηγορίες πολυετών ποωδών φυτών σε φυσικό λιβάδι της Χρυσοπηγής του Ν.Σερρών. Στη συνέχεια επιλέχθηκε το είδος Phalaris aquatica L. ως ενεργειακή καλλιέργεια και έγινε αξιολόγηση του ως προς την ικανότητα προσαρμογής του σε περιοχές με διαφορετικές κλιματικές συνθήκες. Με βάση τα αποτελέσματα το είδος Phalaris aquatica προτείνεται ως ενεργειακή καλλιέργεια σε περιοχές της χώρας με χαμηλά υψόμετρα, με συγκομιδή της υπέργειας βιομάζας στο στάδιο καρποφορίας και τη διατήρηση των καλλιεργειών σε χρόνο μικρότερο των 15 ετών. Σημαντικό ρόλο στη μετατρεψιμότητα της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας σε βιοενέργεια διαδραματίζει η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί, καθώς τα δομικά συστατικά των κυτταρικών τοιχωμάτων της δεν είναι άμεσα αξιοποιήσιμα. Η μετατροπή περιλαμβάνει δύο στάδια: 1) τη διαλυτοποίηση των ημικυτταρινών (προκατεργασία) και 2) την ενζυμική υδρόλυση της κυτταρίνης. Βρέθηκε ότι στο στάδιο της προκατεργασίας με τη χρήση μέτριων συνθηκών αντίδρασης (120 0C, 1,5% Η2SO4 και 45 min) και στο στάδιο της ενζυμικής υδρόλυσης με χαμηλή συγκέντρωση υλικού (2%), υψηλή ποσότητα ενζύμων (40 FPU/g υλικού) και χαμηλό χρόνο υδρόλυσης (30 h) επιτυγχάνεται ο μέγιστος βαθμός (90,7%) συνολικής μετατροπής της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας σε βιοενέργεια. Η μελέτη των δεικτών αειφορίας κατά την παραγωγή της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας του είδους Phalaris aquatica κατέστησε φανερή την υψηλή δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα στην υπέργεια βιομάζα, την υψηλή συσσώρευση οργανικού άνθρακα στο έδαφος, τη μείωση των απαιτούμενων εισροών με τη συγκομιδή της στο στάδιο ωριμότητας, την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων της παραγωγής σε άλλες χρήσεις γης και την προστασία της βιοποικιλότητας, χαρακτηριστικά που το καθιστούν ιδανική πρώτη ύλη για την αειφορική παραγωγή βιοενέργειας.
description: The growing energy demand of modern lifestyle, the inevitable deficit of fossil fuels, their environmental impact and the energy security of countries are the driving forces for renewable energy sources (biomass, solar, wind, earth, water) development in european and global level. Biomass is of great importance due to cheap, abundant and local production, management easiness and due to its uniqueness as second generation bioenergy feedstock for biofuels and biomaterials production. Τhe primary criteria of a second generation energy plant are a) high biomass production and b) high lignocellulose content. In the present study we tested the hypothesis that range plants growth potential could be utilized for bioenergy production. This was done by the assessement of biomass production and lignocellulose content at maturity stage of several perennial herbaceous species in a rangeland located to Chrysopigi perfecture of Serres. Phalaris aquatica specie was selected as energy crop and its adaptation ability in several regions with different climatic conditions was evaluated. Our results revealed that Phalaris aquatica specie is suitable as energy crop in lowland regions of Greece, with biomass harvest at seed stage and crop preservation no longer than 15 years old. The selected method has significant role for the lignocellulosic biomass conversion into bioenergy, as cell wall structural components are not straightforward accessible. The conversion includes two stages: a) hemicellulose solubilization (pretreatment) and b) enzymatic hydrolysis of cellulose. It was found that the maximum (90,7%) conversion rate of the lignocellulosic biomass into bioenergy was attained using medium reaction conditions in the pretreatment stage (120 0C, 1,5% Η2SO4 και 45 min) and with low substrate concentration (2%), high enzyme loading (40 FPU/g substrate) and low hydrolysis time (30 h) in the enzymatic hydrolysis. The sustainability indices analysis of Phalaris aquatica lignocellulosic biomass production has indicated that there is great carbon assimilation of above biomass, high soil carbon accumulation, input reduction when biomass is harvested at maturity stage, low land use change impact and biodiversity conservation, rendering Phalaris aquatica a valuable feedstock for sustainable bioenergy production.