Αξιολόγηση παραγωγικού δυναμικού λιβαδικών φυτών και αξιοποίησή τους για παραγωγή βιοενέργειας

Abstract

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 (R.E.S) 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. THE 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 ASSESSMENT 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 ENERGY PLANT PHALARIS AQUATICA 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 CONVERSION RATE (90,7%) OF THE LIGNOCELLULOSIC BIOMASS INTO BIOENERGY WAS ATTAINED USING MEDIUM REACTIONS CONDITIONS (120 0C, 1,5% H2SO4 KAI 45 MIN) IN THE PRETREATMENT STAGE AND WITH LOW SUBSTRATE CONCENTRATION (2%), HIGH ENZYME LOADING (40 FPU/G SUBSTRATE) AND LOW HYDROLYSIS TIME (30H) 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.

ΟΙ ΑΥΞΗΜΕΝΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ ΤΟΥ ΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΖΩΗΣ, Η ΑΝΑΠΟΦΕΥΚΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΘΕΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΛΛΑ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΑΓΟΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΚΑΘΩΣ ΚΑΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΩΝ ΚΡΑΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΟΥΝ ΤΙΣ ΚΙΝΗΤΗΡΙΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΤΟΜΕΑ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε) ΣΕ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΚΑΙ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. Η ΜΕΓΑΛΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΕΓΚΕΙΤΑΙ ΣΤΗΝ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΦΘΗΝΗΣ, ΑΦΘΟΝΗΣ ΚΑΙ ΤΟΠΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΤΗΝ ΕΥΕΛΙΚΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΚΑΙ ΣΤΗ ΜΟΝΑΔΙΚΟΤΗΤΑ ΩΣ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΫΛΙΚΩΝ. ΤΑ ΚΥΡΙΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΝΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΕΙ ΕΝΑ ΦΥΤΟ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΟΥΝ: Α) Η ΥΨΗΛΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΠΕΡΓΕΙΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ Β) ΤΟ ΥΨΗΛΟ ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ. ΣΤΗΝ ΠΑΡΟΥΣΑ ΕΡΕΥΝΑ ΕΛΕΓΧΘΗΚΕ Η ΥΠΟΘΕΣΗ ΟΤΙ ΤΟ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΤΩΝ ΛΙΒΑΔΙΚΩΝ ΦΥΤΩΝ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΘΕΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. Ο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΒΑΣΙΣΤΗΚΕ ΑΡΧΙΚΑ ΣΤΗΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΥΠΕΡΓΕΙΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΣΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ, ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΟΛΥΕΤΩΝ ΠΟΩΔΩΝ ΦΥΤΩΝ ΣΕ ΦΥΣΙΚΟ ΛΙΒΑΔΙ ΤΗΣ ΧΡΥΣΟΠΗΓΗΣ ΤΟΥ Ν. ΣΕΡΡΩΝ. ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΕΠΙΛΕΧΘΗΚΕ ΤΟ ΕΙΔΟΣ PHALARIS AQUATICA L. ΩΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΕΓΙΝΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ ΤΟΥ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ. ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟ ΕΙΔΟΣ PHALARIS AQUATICA ΠΡΟΤΕΙΝΕΤΑΙ ΩΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΗΣ ΧΩΡΑΣ ΜΕ ΧΑΜΗΛΑ ΥΨΟΜΕΤΡΑ, ΜΕ ΣΥΓΚΟΜΙΔΗ ΤΗΣ ΥΠΕΡΓΕΙΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΣΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΚΑΡΠΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ ΣΕ ΧΡΟΝΟ ΜΙΚΡΟΤΕΡΟ ΤΩΝ 15 ΕΤΩΝ. ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΡΟΛΟ ΣΤΗ ΜΕΤΑΤΡΕΨΙΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΔΙΑΔΡΑΜΑΤΙΖΕΙ Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΚΑΘΩΣ ΤΑ ΔΟΜΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΩΝ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΑΜΕΣΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΙΜΑ. Η ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ ΔΥΟ ΣΤΑΔΙΑ: 1) ΤΗ ΔΙΑΛΥΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΗΜΙΚΥΤΤΑΡΙΝΩΝ (ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ) ΚΑΙ 2) ΤΗΝ ΕΝΖΥΜΙΚΗ ΥΔΡΟΛΥΣΗ ΤΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΝΗΣ. ΒΡΕΘΗΚΕ ΟΤΙ ΣΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΗΣ ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΡΙΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (120 0C, 1,5% H2SO4 KAI 45 MIN) ΚΑΙ ΣΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΗΣ ΕΝΖΥΜΙΚΗΣ ΥΔΡΟΛΥΣΗΣ ΜΕ ΧΑΜΗΛΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΥΛΙΚΟΥ (2%), ΥΨΗΛΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΕΝΖΥΜΩΝ (40FPU/g ΥΛΙΚΟΥ) ΚΑΙ ΧΑΜΗΛΟ ΧΡΟΝΟ ΥΔΡΟΛΥΣΗΣ (30Η) ΕΠΙΤΥΓΧΑΝΕΤΑΙ Ο ΜΕΓΙΣΤΟΣ ΒΑΘΜΟΣ (90,7%) ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΤΗΣ ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΣΕ ΒΙΟΕΝΕΡΓΕΙΑ. Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΔΕΙΚΤΩΝ ΑΕΙΦΟΡΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΗΣ ΛΙΓΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΤΟΥ ΕΙΔΟΥΣ PHALARIS AQUATICA L. ΚΑΤΕΣΤΗΣΕ ΦΑΝΕΡΗ ΤΗΝ ΥΨΗΛΗ ΔΕΣΜΕΥΣΗ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΣΤΗΝ ΥΠΕΡΓΕΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑ, ΤΗΝ ΥΨΗΛΗ ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ, ΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΩΝ ΕΙΣΡΟΩΝ ΜΕ ΤΗ ΣΥΓΚΟΜΙΔΗ ΤΗΣ ΣΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΗΣ ΩΡΙΜΟΤΗΤΑΣ, ΤΗΝ ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΕ ΑΛΛΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΓΗΣ ΚΑΙ ΤΗΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΗΣ ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑΣ, ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΟΥ ΤΟ ΚΑΘΙΣΤΟΥΝ ΙΔΑΝΙΚΗ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΕΙΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΕΝΕΡΓΕΙΑΣ.