Τεχνική και οικονομική ανάλυση ενός σύγχρονου βιοδιυλιστηρίου 3ης γενιάς για τη μετατροπή CO2 σε βιομάζα μικροφυκών και την ανάκτηση πολλαπλών βιοπροϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας

Abstract

Στην παρούσα εργασία διερευνάται ο σχεδιασμός και η οικονομική και περιβαλλοντική αξιολόγηση ενός σύγχρονου βιοδιυλιστηρίου 3ης γενιάς για την παραγωγή βιομάζας μικροφυκών και την ταυτόχρονη σύνθεση και ανάκτηση πολλαπλών βιοχημικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (σακχάρων, πρωτεϊνών, λιπιδίων και φυκοκυανίνης), μέσω βιομετατροπής του CO2. Το ισχυρό πλεονέκτημα της τεχνολογίας είναι ότι τροφοδοτείται άμεσα από τα απαέρια μίας μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ολοκληρωμένη μονάδα παραγωγής κατανέμεται στα εξής στάδια: προεπεξεργασία αέριων ρύπων, καλλιέργεια μικροφυκών και παραγωγή βιομάζας, αφυδάτωση βιομάζας, παραγωγή και διαχωρισμός σακχάρων, και ανάκτηση και καθαρισμός πρωτεϊνών, λιπιδίων και φυκοκυανίνης. Το CO2 που περιέχεται στα καυσαέρια αποτελεί τη μοναδική πηγή άνθρακα για τα μικροφύκη, ενώ το επιλεγμένο στέλεχος αυτών είναι το ευρέως διαδεδομένο είδος Arthrospira sp. (Spirulina). Ο προσδιορισμός του εύρους λειτουργίας της δυναμικότητας της μονάδας –γύρω από τους 1.000 tn/yr– στηρίχτηκε στη μελέτη συγκεκριμένων οικονομικών δεικτών και της αγοράς των προϊόντων μικροφυκών, με σκοπό τη μεγιστοποίηση του κέρδους εγχειρήματος και την ελαχιστοποίηση του σχετικού ρίσκου. Η ανάλυση ευαισθησίας για τη μελέτη των σημαντικότερων παραμέτρων φανέρωσε πως αυτές που επιδρούν περισσότερο στον οικονομικό και περιβαλλοντικό αντίκτυπο της μονάδας είναι η συγκέντρωση της βιομάζας, η περιεκτικότητα της βιομάζας σε φυκοκυανίνη, η απόδοση της εκχύλισης της φυκοκυανίνης, η δυναμικότητα της μονάδας και ο μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης των μικροφυκών. Με βάση τη συγκεκριμένη ανάλυση εντοπίστηκαν ο φωτό- βιοαντιδραστήρας και η εκχύλιση φυκοκυανίνης ως οι δύο διεργασίες-στόχοι για βελτιστοποίηση της μονάδας προς υψηλότερο κέρδος και μεγαλύτερη δέσμευση και μετατροπή CO2. Σε κάθε περίπτωση, η περιεκτικότητα φυκοκυανίνης ήταν η σημαντικότερη παράμετρος, καθώς η συγκεκριμένη χρωστική παράγεται σε μικρή ποσότητα, αλλά έχει ιδιαίτερα υψηλή εμπορική αξία. Για την περαιτέρω βελτίωση της μονάδας διερευνήθηκαν πρόσθετα σενάρια λειτουργίας που αφορούν τη χρήση αποκλειστικά θαλασσινού νερού και την ενεργειακή ολοκλήρωση της μονάδας. Παρόλο που το βιοδιυλιστήριο είναι κοστοβόρο, τόσο όσο προς το πάγιο, όσο και προς το λειτουργικό του κόστος, μπορεί να ειπωθεί πως εμφανίζει ισχυρά θετική προοπτική, λόγω της υψηλής αξίας των βιοπροϊόντων που παράγονται. Σημαντικές προϋποθέσεις για μία μελλοντική επένδυση σε μία τέτοια τεχνολογία είναι η πλήρης βελτιστοποίηση των σταδίων της μονάδας, η ελαχιστοποίηση της χρήσης φρέσκου νερού, η ενεργειακή ολοκλήρωση της μονάδας, η αξιοποίηση όλων των διαθέσιμων συστατικών της βιομάζας μικροφυκών, αλλά και η δέσμευση σημαντικών ποσοτήτων CO2. Συνεπώς, είναι επιβεβλημένο να σχεδιαστούν και να αναπτυχθούν οικονομικά και περιβαλλοντικά ανταγωνιστικές αλυσίδες αξίας πολλαπλών βιοπροϊόντων μικροφυκών, υπό τους αυστηρούς όρους που θέτει ένα βιοδιυλιστήριο 3ης γενιάς.