Συμβολή στην εκτίμηση και αξιολόγηση περιβαλλοντικών και οικονομικών παραμέτρων των εφοδιαστικών αλυσίδων: η περίπτωση των βιοκαυσίμων

Abstract

Biofuels have been proposed amongst others as a solution for mitigating the climate change as well as for the problem of fossil fuels depletion. However, a controversy is pending about their sustainability. In this study we have evaluated the biofuels supply chains starting with a survey of their production and use pros and cons. The potential of Greek lignocellulosic agricultural wastes has been calculated and their use as alternative fuels in cement factories or as raw materials for bioethanol production is evaluated. The sustainability of five alternative systems producing ethanol, power and lignosulfonates or lignin (used as a geomaterial in civil engineering projects) using an enzymatic hydrolysis technology is also examined. For this purpose we have proposed and implemented a methodology based on the Analytic Hierarchy Process and a set of objective and subjective environmental, economic and societal criteria. This is the main contribution of the dissertation. Additionally the effect of the lignocellulosic agricultural wastes’ chemical composition which varies depending on the waste type (corn stover or cotton stalks) on the sustainability of ethanol production system has been examined. As the study claims, the systems producing ethanol and power or ethanol and lignin as a geomaterial are more sustainable than those producing ethanol and lignosulfonates. In addition it is better from a sustainable perspective to produce ethanol from corn stover than from cotton stalks. Finally, more work must be done in the future, among others, for enhancing the economics of systems producing ethanol and lignosulfonates and reducing their environmental impacts.

Τα φαινόμενα που συνοδεύουν την κλιματική αλλαγή στις ημέρες μας γίνονται όλο και πιο έντονα. Αυτό έχει οδηγήσει στη διερεύνηση των αιτιών της και στην εισαγωγή προτάσεων για την πρόληψη, την αντιμετώπιση των συνεπειών και την προσαρμογή των ανθρωπίνων κοινωνιών σε αυτήν. Τα βιοκαύσιμα έχουν προταθεί μεταξύ άλλων ως λύση για την αντιμετώπιση των συνεπειών της κλιματικής αλλαγής καθώς και για την αντιμετώπιση της εξάντλησης των πηγών των ορυκτών καυσίμων.Στη διατριβή αυτή ασχοληθήκαμε με την αξιολόγηση των βιοκαυσίμων. Αφού αρχικά προβήκαμε σε μια διερεύνηση των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων τους στην παραγωγή και τη χρήση τους, διαπιστώσαμε ότι μεταξύ αυτών που έχουν προοπτική αειφορίας βρίσκονται αυτά που προέρχονται από λιγνοκυτταρινούχα υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών. Υπολογίσαμε το ελληνικό δυναμικό υπολειμμάτων καλαμποκοκαλλιέργειας και βαμβακοκαλλιέργειας και εξετάσαμε τις πιθανές χρήσεις τους ως εναλλακτικών καυσίμων στη τσιμεντοβιομηχανία ή ως πρώτων υλών για την παραγωγή βιοαιθανόλης με την τεχνολογία της ενζυματικής υδρόλυσης.Ακολούθως αξιολογήσαμε την αειφορία πέντε εναλλακτικών συστημάτων χρήσης των υπολειμμάτων καλαμποκοκαλλιέργειας ως α’ ύλης για την παραγωγή βιοαιθανόλης και την ταυτόχρονη παραγωγή άλλων προϊόντων όπως λιγνοσουλφονικών ενώσεων (lignosulfonates), λιγνίνης και ηλεκτρικής ενέργειας. Για την αξιολόγηση της αειφορίας αυτών των συστημάτων προτείναμε και εφαρμόσαμε τη μέθοδο Αναλυτικής Διαδικασίας Ιεράρχησης (Analytic Hierarchy Process) και σε ένα σύνολο αντικειμενικών και υποκειμενικών, περιβαλλοντικών, οικονομικών και κοινωνικών κριτηρίων. Με παρόμοια μεθοδολογία διερευνήσαμε την επίδραση της χημικής σύστασης της τροφοδοσίας των λιγνοκυτταρινούχων υπολειμμάτων (η οποία διαφοροποιείται στα υπολείμματα καλαμποκοκαλλιέργειας και βαμβακοκαλλιέργειας) στην αειφορία των συστημάτων παραγωγής βιοαιθανόλης.Από την εργασία μας αυτή μεταξύ άλλων συμπερασμάτων προέκυψε ότι ως προς την αειφορία ξεχωρίζουν τα συστήματα στα οποία, εκτός από αιθανόλη, παράγεται ηλεκτρική ενέργεια προς πώληση στο δημόσιο δίκτυο ή, εναλλακτικά, λιγνίνη για χρήση της ως γεω-υλικού σε έργα υποδομών. Επίσης, όσον αφορά την επίδραση της χημικής σύστασης της λιγνοκυτταρινούχας τροφοδοσίας για την παραγωγή βιοαιθανόλης, το σενάριο χρήσης των υπολειμμάτων καλαμποκοκαλλιέργειας υπερισχύει στη συνολική επίδοση αειφορίας του εναλλακτικού συστήματος χρήσης υπολειμμάτων βαμβακοκαλλιέργειας.Τέλος, στις κατευθύνσεις μελλοντικής έρευνας θα πρέπει να συμπεριληφθούν, μεταξύ άλλων, τα πεδία ενίσχυσης της οικονομικότητας των συστημάτων παραγωγής αιθανόλης και lignosulfonates και μείωσης των περιβαλλοντικών επιπτώσεών τους.