Οργανικά απόβλητα αποκτούν υπεραξία μέσω πρωτοπόρας τεχνολογίας αξιοποίησής τους για την παραγωγή ενέργειας

Για πρώτη φορά στη Ευρώπη επιδεικνύεται μια τεχνολογία αξιοποίησης αγροτοβιομηχανικών και κτηνοτροφικών παραπροϊόντων στο μοντέλο κυκλικής βιοοικονομίας από το εργαστήριο Διαχείρισης Αποβλήτων και Βιοδιεργασιών του Ινστιτούτου Εδαφοϋδατικών Πόρων του ΕΛΓΟ-ΔΗΜΗΤΡΑ. Το εργαστήριο πρωτοπορεί σε νέες καινοτόμες τεχνολογίες δέσμευσης και χρήση άνθρακα, αλλά και αναβάθμισης του βιοαερίου.

Σε έναν πιλοτικό βιοαντιδραστήρα που έχει στηθεί για τις ανάγκες του ευρωπαϊκού έργου CooCE, στις εγκαταστάσεις του Αγροκτήματος του ΕΛΓΟ-ΔΗΜΗΤΡΑ στη Θέρμη, ερευνητές του Εργαστηρίου Διαχείρισης Αποβλήτων και Βιοδιεργασιών (ΕΔΑΒ) του Ινστιτούτου Εδαφοϋδατικών Πόρων του οργανισμού επιδεικνύουν τις δυνατότητες μιας νέας τεχνολογίας αξιοποίησης της οργανικής ύλης για την παραγωγή βιοαερίου.

Το Εργαστήριο, στο οποίο ηγείται ο Δρ. Παναγιώτης Κούγιας δραστηριοποιείται ακριβώς στον τομέα αξιοποίησης αγροτοβιομηχανικών και κτηνοτροφικών παραπροϊόντων, δηλ. οργανικών υπολειμμάτων, με σκοπό τον μετασχηματισμό τους είτε σε ενέργεια, είτε σε άλλα προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας (π.χ. πρώτες ύλες για παραγωγή βιοπλαστικών, βιοενεργών συστατικών, κλπ), αναπτύσσοντας καινοτόμες βιοδιεργασίες. Με άλλα λόγια, οργανικά απόβλητα που μέχρι τώρα απορρίπτονταν, αποκτούν μια υπεραξία μέσα από καινοτόμες τεχνολογίες που αναπτύσσονται στη λογική του μοντέλου της κυκλικής βιοοικονομίας.

Σύμφωνα με τον Δρα. Κούγια, αυτή τη στιγμή «τρέχουν» 12 ανταγωνιστικά έργα που χρηματοδοτούνται από εθνικούς ή ευρωπαϊκούς πόρους και που μεταξύ άλλων εστιάζουν στην αξιοποίηση της οργανικής ύλης για την παραγωγή βιοαερίου, ανάμεσά τους και το CooCE, που ξεκίνησε τον Οκτώβριο του 2021 και αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2023. Στο πλαίσιο του έργου οι ερευνητές διερευνούν ένα καινοτόμο σύστημα ταυτόχρονης αναβάθμισης βιοαερίου και αύξησης της παραγόμενης ποσότητας μεθανίου μέσω ανακύκλωσης και αξιοποίησης του απορριπτόμενου CO2 που αυξάνει την αποδοτικότητα και τη βιωσιμότητα των μονάδων βιοαερίου.

«Η μέθοδος βασίζεται στην βιολογική δέσμευση και μετατροπή του CO2 που περιέχεται στο βιοαέριο σε βιομεθάνιο μέσω υδρογονοτροφικής μεθανογένεσης. Το καινοτόμο που προτείνουμε είναι το ότι η καταλυτική αυτή διεργασία, η οποία πλεονεκτεί έναντι άλλων καταλυτικών διεργασιών (π.χ. Sabatier), πραγματοποιείται σε ήπιες θερμοκρασιακές συνθήκες (35 ή 55οC) και πίεση περιβάλλοντος», διευκρινίζει ο Δρ. Κούγιας.

Συγκεκριμένα, πλεονάζουσα ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμους πόρους και χρήζει αποθήκευσης, αξιοποιείται για την ηλεκτρόλυση νερού με σκοπό την παραγωγή «πράσινου υδρογόνου». Το H2 που παράγεται κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης μπορεί να μετατραπεί βιολογικά σε CH4 με τη δράση αυτόχθονων υδρογονοτροφικών μεθανογόνων μικροοργανισμών χωρίς οποιαδήποτε πρόσθετη ενέργεια. Συνεπώς με τον τρόπο αυτό, δύναται να δεσμευτεί σημαντική ποσότητα CO2, η οποία με τη σειρά της θα μετατραπεί σε μία νέα μορφή ενέργειας (βιομεθάνιο).

«Αν και το H2 θεωρείται καύσιμο, το κόστος αποθήκευσής του είναι τουλάχιστον τρεις φορές υψηλότερο σε σχέση με το CH4 λόγω του υψηλότερου σημείου βρασμού και της υψηλότερης ογκομετρικής ενεργειακής πυκνότητας του μεθανίου. Το βιομεθάνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο μεταφορών, να συμπιεστεί και να μεταφερθεί ή όπως επιτρέπεται σε αρκετές χώρες να εγχυθεί στο δίκτυο φυσικού αερίου», συμπληρώνει ο Έλληνας ερευνητής.

Έρευνα σε δυο κατευθύνσεις

Οι ειδικοί λένε ότι οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου πρέπει να μειωθούν στο μισό πριν από το 2030 και οι καθαρές μηδενικές εκπομπές να επιτευχθούν πριν από το 2050. Ως απάντηση, περισσότερες βιομηχανίες δεσμεύονται να γίνουν κλιματικά ουδέτερες αναζητώντας καινοτόμες τεχνολογίες και λύσεις που θα βοηθήσουν στην επίτευξη των στόχων τους. Σε τέτοιες τεχνολογίες που βοηθούν να ανοίξει ο δρόμος για ένα ουδέτερο ως προς τον άνθρακα μέλλον εστιάζει η έρευνα που διεξάγεται στο εργαστήριο Διαχείρισης Αποβλήτων και Βιοδιεργασιών του Ινστιτούτου Εδαφοϋδατικών Πόρων του ΕΛΓΟ-ΔΗΜΗΤΡΑ.

«Αυτή τη στιγμή η έρευνα στο εργαστήριό μας διενεργείται προς δυο κατευθύνσεις. Στη μια μελετάμε την αναβάθμιση της ποιοτικής σύστασης βιοαερίου που παράγεται σε μονάδες επεξεργασίας οργανικών αποβλήτων και στην άλλη τη δέσμευση των εκπομπών CO2 από τα απαέρια βιομηχανιών π.χ. μονάδων παραγωγής ενέργειας όπως αυτών της ΔΕΗ», περιγράφει ο επικεφαλής του εργαστηρίου Δρ. Παναγιώτης Κούγιας.

Ο ίδιος εξηγεί πως το βιοαέριο σχηματίζεται από την αναερόβια αποσύνθεση (απουσία οξυγόνου) βιοαποικοδομήσιμων οργανικών υλικών από μικροοργανισμούς και αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (CH4) σε ποσοστό 50-70% και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε ποσοστό 30-50%. Η οργανική ύλη που χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα για την παραγωγή βιοαερίου είναι συνήθως αγροβιομηχανικά ή αστικά απόβλητα, κοπριά και υπολείμματα τροφών. Το παραγόμενο βιοαέριο μπορεί είτε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας είτε να καθαριστεί (απομάκρυνση του CO2) και να παραχθεί καθαρό βιομεθάνιο μέσω της αναβάθμισής του. Το βιομεθάνιο, με τη σειρά του μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο του φυσικού αερίου ή ως καύσιμο μεταφορών ανοίγοντας νέες προοπτικές στην παραγωγή ανανεώσιμης πηγής ενέργειας από βιομάζα.

Επιπλέον, το βιομεθάνιο ενισχύει την Ευρωπαϊκή ενεργειακή ασφάλεια μειώνοντας την εξάρτηση από το ρωσικό φυσικό αέριο και μπορεί να μετριάσει μέρος της πίεσης του ενεργειακού κόστους σε νοικοκυριά και βιομηχανίες. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή αναγνωρίζει πλήρως αυτά τα οφέλη και ως εκ τούτου θέτει έναν στόχο της παραγωγής βιομεθανίου σε 35 bcm (350TWh) έως το 2030. Οι εκτιμώμενες επενδυτικές ανάγκες για την επίτευξη του στόχου ανέρχονται σε € 37 δισ. Δυστυχώς μέχρι σήμερα, στην ΕΕ-27 παράγονται μόλις 3 bcm βιομεθανίου και 15 bcm βιοαερίου.

Δεσμεύοντας τον άνθρακα για καλό σκοπό… Σήμερα, ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχουν αποκτήσει οι τεχνολογίες δέσμευσης και χρήσης του άνθρακα (Carbon Capture and Utilisation, CCU) οι οποίες έχουν τη δυνατότητα αξιοποίησης του CO2 ως πηγής άνθρακα για παρασκευή καυσίμων, ανθρακικών αλάτων, πολυμερών και χημικών ουσιών. Παράλληλα, οι τεχνολογίες αυτές παρουσιάζουν μεγάλη ευελιξία επηρεάζοντας και άλλους κλάδους της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ένα έμπρακτο παράδειγμα είναι η εφαρμογή τεχνολογιών CCU για αποθήκευση ενέργειας με σκοπό την εξισορρόπηση της παροχής και της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι ερευνητές του εργαστηρίου Διαχείρισης Αποβλήτων και Βιοδιεργασιών του Ινστιτούτου Εδαφοϋδατικών Πόρων του ΕΛΓΟ-ΔΗΜΗΤΡΑ, μέσω ενός άλλου έργου, του LIFE CO2toCH4, που ξεκίνησε το 2021 και θα ολοκληρωθεί το 2025, στοχεύουν στην ανάπτυξη και επίδειξη μιας καινοτόμου, ολοκληρωμένης και βιώσιμης βιομηχανικής διαδικασίας για ταυτόχρονη αποθήκευση ενέργειας και δέσμευση και χρήση CO2 (CCU).

«Ο απώτερος στόχος του έργου είναι η κατασκευή, δοκιμή και λειτουργία (TRL8) μιας έξυπνης κινητής μονάδας για υβριδική αποθήκευση ενέργειας που μπορεί να εγκατασταθεί σε απομακρυσμένα ενεργειακά συστήματα που συνήθως έχουν χαμηλή χωρητικότητα , όπως είναι για παράδειγμα, απομακρυσμένες περιοχές ή νησιά που δεν διασυνδέονται με το κεντρικό ενεργειακό δίκτυο. Η τεχνολογία βασίζεται στο γεγονός ότι οι ΑΠΕ (Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας) θα χρησιμοποιηθούν για ηλεκτρόλυση νερού και στη συνέχεια το παραγόμενο H2 θα μετατραπεί βιολογικά σε μεθάνιο (ως μη ορυκτό βιοκαύσιμο) μαζί με το CO2 από τα καυσαέρια», περιγράφει ο Δρ. Κούγιας.