Ολοκληρωμένη Αξιοποίηση Παραπροϊόντων και Απόβλητων από τη Μεταποίηση Αγροτικών Προϊόντων

Ο αγροτικός και αγροτοβιομηχανικός τομέας αποτελούν κεντρικούς πυλώνες της Ελληνικής οικονομίας. Η μεταποίηση και τυποποίηση των αγροτικών προϊόντων είναι κρίσιμα στάδια για την αύξηση της προστιθέμενης αξίας των αγροτικών προϊόντων, ειδικά για αυτά που εξάγονται σε χώρες µε υψηλές ποιοτικές απαιτήσεις. 

Στο πλήθος των συναφών, μικρού και μεσαίου μεγέθους, μονάδων επεξεργασίας και μεταποίησης παράγονται διάφορα παραπροϊόντα καθώς και υγρά ή/και στερεά απόβλητα, η εκμετάλλευση και σωστή περιβαλλοντική διαχείριση των οποίων αποτελεί μια σημαντικότατη πρόκληση διεθνώς. Γενικά, τα απόβλητα από τη μεταποίηση γεωργικών προϊόντων έχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, όπως υψηλό οργανικό φορτίο, έντονη μεταβλητότητα, εποχικότητα στην παραγωγή κ.ά., τα οποία τα καθιστούν δύσκολα διαχειρίσιμα. Επιπλέον, η μεγάλη χωρική διασπορά των μονάδων μεταποίησης δυσχεραίνει την κεντρική διαχείριση των αποβλήτων αυτών, ενώ παράλληλα η αποτελεσματική επεξεργασία τους στις μικρές μονάδες, µε σύγχρονες τεχνολογικές μεθόδους, συνεπάγεται μεγάλη οικονομική επιβάρυνση. Παράλληλα, τις τελευταίες δύο δεκαετίες έχει συντελεσθεί μεγάλη πρόοδος στην ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών και μεθόδων (τεχνολογία μεμβρανών, βιοτεχνολογικές μέθοδοι, προηγμένες οξειδωτικές μέθοδοι, κ.λπ.) οι οποίες επιτρέπουν την καθετοποιημένη επεξεργασία των παραγόμενων παραπροϊόντων και αποβλήτων, έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η ανάκτηση εμπορεύσιμων φυσικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας, η αξιοποίηση του ενεργειακού τους περιεχομένου και η πλήρης ανακύκλωση του επεξεργασμένου νερού για άρδευση ή άλλες χρήσεις. Από τις παραπάνω διαπιστώσεις είναι προφανής η ανάγκη για μια εκ νέου θεώρηση της διαχείρισης παραπροϊόντων και αποβλήτων από την επεξεργασία και τυποποίηση αγροτικών προϊόντων.

Στο παρόν άρθρο θα συνοψισθούν οι βασικές αρχές της ολοκληρωμένης διαχείρισης αγροτικών παραπροϊόντων και αποβλήτων και θα παρουσιαστούν τρία σχετικά ερευνητικά προγράμματα του Εργαστηρίου Φυσικών Πόρων και Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας (ΕΦΕΜ), του Ινστιτούτου Χημικών ∆ιεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ) του Εθνικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογίας (ΕΚΕΤΑ). Τα έργα αυτά αναφέρονται στην ολοκληρωμένη αξιοποίηση υγρών και στερεών αποβλήτων από τη μεταποίηση και τυποποίηση τριών ειδών αγροτικών προϊόντων, (α) η παραγωγή ελαιόλαδου και επιτραπέζιας ελιάς, (β) η οινοποίηση σταφυλιών και (γ) η χυμοποίηση ροδιού. Παρόλο που τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε είδους αποβλήτων επιβάλλουν την ανάπτυξη μιας συγκεκριμένης μεθόδου επεξεργασίας, κοινό τόπο αποτελεί η προσπάθεια για την πλήρη αξιοποίηση και παραλαβή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας και ταυτόχρονα την προστασία του περιβάλλοντος.

Η έννοια της ‘ολοκληρωμένης αξιοποίησης’

H ανεξέλεγκτη διάθεση των αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων μπορεί να προκαλέσει ρύπανση του εδάφους και των υδατικών συστημάτων καθώς και εκπομπές αερίων όπως μεθανίου, αμμωνίας και διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Για τους παραπάνω λόγους είναι επιβεβλημένη η αποτελεσματική επεξεργασία τους έτσι ώστε να είναι δυνατή η ασφαλής διάθεσή τους στους τελικούς αποδέκτες. Εντούτοις, τα απόβλητα αυτά, αντί να θεωρούνται και να αντιμετωπίζονται ως πρόβλημα, ουσιαστικά αποτελούν ανανεώσιμους φυσικούς πόρους οι οποίοι, μέσω ενός κατάλληλα οργανωμένου σχεδίου ολοκληρωμένης αξιοποίησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτη ύλη για κατά σειρά: α) την ανάκτηση ή/και την παραγωγή εμπορεύσιμων φυσικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας, β) την παραγωγή υψηλής διατροφικής αξίας ζωοτροφών, γ) την παραγωγή βιοκαυσίμων με μηδενικό αποτύπωμα διοξειδίου του άνθρακα δ) τη θερμική αξιοποίηση του υπολειπόμενου ενεργειακού τους περιεχομένου ε) την παραγωγή εδαφοβελτιωτικών και οργανικών λιπασμάτων και ε) την ανακύκλωση και επαναχρησιμοποίηση του επεξεργασμένου νερού για άρδευση ή άλλες χρήσεις. Η ολοκληρωμένη αυτή θεώρηση μπορεί αφενός να προσφέρει λύση σε σημαντικά προβλήματα, π.χ. οι Μεσογειακές χώρες που χαρακτηρίζονται από,ως επί το πλείστον, ανομβρία ή εποχιακές και άνισα κατανεμημένες βροχοπτώσεις μπορούν να επωφεληθούν από την επαναχρησιμοποίηση του επεξεργασμένου νερού για άρδευση καλλιεργειών, ενώ παράλληλα αναμένεται ενίσχυση των εισοδημάτων του αγροτικού και αγροτοβιομηχανικού τομέα, δημιουργία θέσεων εργασίας και ανάπτυξη της καινοτομίας και εξωστρέφειας του κλάδου.

Αξιοποίηση αποβλήτων από την μεταποίηση της ελιάς 

Η μεταποιητική βιομηχανία της ελιάς – για παραγωγή ελαιολάδου και επιτραπέζιας ελιάς – αποτελεί ένα σημαντικό τομέα της αγροτοβιομηχανικής οικονομίας τόσο της Ελλάδας όσο και άλλων χωρών της Μεσογείου. Παράλληλα, τα υγρά απόβλητα από τη μεταποίηση της ελιάς είναι ένα πολύ σοβαρό περιβαλλοντικό πρόβλημα δεδομένων των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών τους, όπως υψηλό οργανικό φορτίο, παρουσία πολυ-φαινολικών ενώσεων που προσδίδουν φυτοτοξικές και αντιμικροβιακές ιδιότητες, και έντονη χρονική και ποιοτική μεταβλητότητα. Επιπλέον, οι μονάδες επεξεργασίας ελιάς χαρακτηρίζονται από σχετικά μεγάλη χωρική διασπορά και από εποχιακή λειτουργία. Τα σοβαρά προβλήματα από τα ελλιπώς επεξεργασμένα απόβλητα είναι σημαντικά, και περιλαμβάνουν την ανάπτυξη δυσάρεστων οσμών λόγω ζυμώσεων, την περιβαλλοντική υποβάθμιση των υδάτινων αποδεκτών και την ακαταλληλότητά τους για άρδευση λόγω της φυτοτοξικότητάς τους. Οι σημαντικές δυσχέρειες στη διαχείριση, και επεξεργασία µε συμβατικά μέσα, των αποβλήτων αυτών, έχουν ως συνέπεια το ότι δεν υπάρχουν σήμερα καθιερωμένες μέθοδοι επεξεργασίας. Σκοπός του έργου είναι η ανάπτυξη μιας καινοτόμου μεθόδου η οποία βασίζεται σε δύο κύρια στάδια επεξεργασίας με τη χρήση καινοτόμων τεχνολογιών. Αρχικά, προτείνεται η συμπύκνωση και απομάκρυνση των πολυφαινολικών ενώσεων, κατά το μεγαλύτερο δυνατό ποσοστό, με χρήση τεχνολογιών μεμβρανών, αφενός για την παραλαβή καθαρής υδροξυτυροσόλης, που είναι μια οργανική ένωση µε αντιοξειδωτικές και άλλες ιδιαίτερα επωφελείς ιδιότητες για τον ανθρώπινο οργανισμό, και αφετέρου για να βελτιωθεί η βιο-αποικοδομησιμότητα των αποβλήτων.

Παράλληλα, αναπτύσσεται μία διάταξη για εκχείλιση των πολυφαινολικών συστατικών με στοιχεία μεμβρανών που επιτρέπει την ανάκτηση σημαντικών ποσοτήτων πολυφαινολικών ενώσεων με συνεχή τρόπο, βελτιωμένους ρυθμούς μεταφοράς μάζας και περιορισμό της ποσότητας των χρησιμοποιούμενων οργανικών διαλυτών. Η αξία των πολυ-φαινολικών ενώσεων είναι αρκετά υψηλή και δεδομένης της στροφής του καταναλωτικού κοινού σε τρόφιμα και προϊόντα με πρόσθετα φυσικής προέλευσης, η εμπορία των συστατικών αυτών αναμένεται να αυξήσει σημαντικά το εισόδημα των επιχειρήσεων μεταποίησης ελιάς. Στη συνέχεια προκρίνεται η ολοκληρωμένη επεξεργασία των προ-επεξεργασμένων αποβλήτων, με εφαρμογή της τεχνολογίας του βιοαντιδραστήρα μεμβρανών με στόχο την παραγωγή καθαρού νερού για ανακύκλωση και επαναχρησιμοποίηση για άρδευση ή ασφαλή διάθεση στο περιβάλλόν.

Η τεχνολογία των βιοαντιδραστήρων μεμβρανών αποτελεί ουσιαστικά εξέλιξη της συμβατικής τεχνολογίας επεξεργασίας λυμάτων ενεργοποιημένης ιλύος, στην οποία μεμβράνες μικροδιήθησης (MF) ή υπερδιήθησης (UF) αντικαθιστούν τις δεξαμενές δευτεροβάθμιας καθίζησης, απόδίδοντας εξαιρετικά υψηλής ποιότητα εκροή. H εφαρμογή της τεχνολογίας του βιοαντιδραστήρα μεμβρανών αναμένεται να εξασφαλίσει σταθερότητα λειτουργίας και παραγωγή υψηλής ποιότητας απορρεύματος, ακόμη και σε συνθήκες εντόνων διακυμάνσεων των οργανικών ρύπων, ενώ απαιτεί πολύ μικρότερο χώρο από τις συμβατικές μονάδες βιολογικής επεξεργασίας. Επιπλέον, η ποσότητα της παραγόμενης ιλύος από MBR είναι μικρότερη σε σύγκριση µε εκείνη των συμβατικών μονάδων. Ο μικρός όγκος των εγκαταστάσεων και η ευελιξία της διεργασίας δημιουργούν θετικές προοπτικές για εφαρμογή της τεχνολογίας µε διάφορους τρόπους, είτε σε κεντρικές μονάδες, είτε σε μικρά αποκεντρωμένα συστήματα επεξεργασίας.

Η καινοτομικότητα του έργου είναι σαφής και οφείλεται τόσο στην εφαρμογή προηγμένων διεργασιών μεμβρανών, που δεν έχουν μέχρι τώρα βρει εφαρμογή στο συγκεκριμένο τομέα, όσο και στην επιδιωκόμενη ανάπτυξη ολοκληρωμένης μεθόδου επεξεργασίας των αποβλήτων, περιλαμβανομένης της παραλαβής προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Η επιδίωξη διπλώματος ευρεσιτεχνίας, αλλά και η ευρεία διάχυση των αποτελεσμάτων αποτελούν επίσης στόχους του έργου.

Αξιοποίηση αποβλήτων από την οινοποίηση σταφυλιών

Η καλλιέργεια σταφυλιών αποτελεί τη μεγαλύτερη καλλιέργεια φρούτου παγκοσμίως. Περισσότερα από 60 εκατομμύρια τόνοι σταφυλιού παράγονται ετησίως σε ολόκληρο τον κόσμο και το 80% της παραγωγής οδηγείται για οινοποίηση. Τα απόβλητα της οινοποίησης, που περιλαμβάνουν τα στέμφυλα, τις οινολάσπες , τα γίγαρτα κ.λπ., αποτελούν το 20% περίπου της αρχικής μάζας των σταφυλιών τα οποία, εκτός από το ποσοστό των στέμφυλων που χρησιμοποιούνται για αλκοολική ζύμωση και την παραγωγή τσίπουρου, συνήθως οδηγούνται για απόθεση σε χώρους γύρω από το οινοποιείο. To έργο αποσκοπεί στην κατά το δυνατόν πληρέστερη αξιοποίηση των στερεών παραπροϊόντων της διαδικασίας της οινοποίησης, για ανάκτηση εμπορεύσιμων συστατικών υψηλής προστιθέμενης αξίας (κυρίως τρυγικό οξύ, πολυφαινόλες, ανθοκυανίνες) και την περαιτέρω χρήση των εναπομείναντων πολυσακχαριτών για τη ζύμωσή τους και την παραγωγή βιοαιθανόλης. Έτσι, τα ουσιαστικά αναξιοποίητα απόβλητα, που επί του παρόντος επιβαρύνουν το περιβάλλον, μπορούν να αποτελέσουν πρώτη ύλη για φυσικής προελεύσεως προϊόντα ιδιαίτερου εμπορικού ενδιαφέροντος. Η διαδικασία ανάκτησης των εμπορεύσιμων συστατικών πρόκειται να γίνει με τη βοήθεια καινοτόμων μεθόδων, όπως η συμπύκνωση και εκχύλιση με μεμβράνες, η χρήση συστημάτων ιοντοεναλλαγής, κτλ. με στόχο την ελαχιστοποίηση της χρήσης οργανικών διαλυτών. Η παραγωγή της βιοαιθανόλης θα γίνει επίσης με τη χρήση καινοτόμων μεθόδων μεμβρανών – ζύμωση σε βιοαντιδραστήρα μεμβρανών συνεχούς λειτουργίας με ταυτόχρονη απόσταξη μέσω μεμβρανών και απομάκρυνση της παραγόμενης βιοαιθανόλης – καθώς πλεονεκτούν σημαντικά έναντι των συμβατικών τεχνολογιών επειδή, μεταξύ άλλων, διεξάγονται σε ήπιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, δεν απαιτούν μεγάλη πάγια επένδυση και ενεργειακή κατανάλωση και θεωρούνται φιλικές προς το περιβάλλον. Επομένως, επιτυγχάνεται αξιοποίηση σημαντικού μέρους του ενεργειακού περιεχομένου των αποβλήτων από την οινοποίηση και παράγεται ένα βιοκαύσιμο με μηδενικό αποτύπωμα διοξειδίου του άνθρακα (CO2).

Αξιοποίηση αποβλήτων από τη χυμοποίηση ροδιού

Η ροδιά τα τελευταία χρόνια τείνει να καθιερωθεί ως μια καλλιέργεια με προοπτικές και πολλαπλά οφέλη για τους παραγωγούς, σε αρκετές περιοχές της Ελλάδας. Ήδη διάφοροι συνεταιρισμοί αγροτών καθώς και ιδιώτες αγρότες δραστηριοποιούνται στην καλλιέργεια της ροδιάς, τα φρούτα της οποίας μπορούν να καταναλωθούν είτε ωμά, είτε να οδηγηθούν για την παραγωγή χυμού. Το εδώδιμο τμήμα του καρπού είναι οι σπόροι οι οποίο περιβάλλονται από το περικάρπιο και λεπτή μεμβράνη, και αντιπροσωπεύουν το 52% του συνολικού βάρους του καρπού αποτελούμενοι κατά 80% από χυμό και 20% περίπου από σπέρματα. Τα απόβλητα από τη χυμοποίηση του ροδιού είναι μια πλούσια πηγή υδρολυόμενων τανινών, πρόδομων ουσιών για πολλές βιολογικά δραστικές ενώσεις, όπως το ελλαγικό οξύ, με σημαντική εμπορική αξία, οι οποίες χαρακτηρίζονται από αντιοξειδωτικές, αντιμικροβιακές και αντικαρκινικές ιδιότητες. Κεντρικός στόχος του έργου είναι η απομάκρυνση, μέσω εκχύλισης, των τανικών συστατικών του περικαρπίου του ροδιού και συμπύκνωσή τους με μεμβράνες για την παραλαβή τανικών συστατικών και εν συνεχεία απομόνωση του ελλαγικού οξέος έπειτα από την ενζυμική υδρόλυσή τους σε βιοαντιδραστήρα μεμβρανών. Με τον τρόπο αυτό αξιοποιούνται τα πλεονεκτήματα καινοτόμων τεχνολογιών που επιτρέπουν συνεχή και αυτοματοποιημένη λειτουργία σε ήπιες και φιλικές προς το περιβάλλον συνθήκες. Επομένως, προκύπτουν σημαντικά οικονομικά οφέλη από την εμπορική αξιοποίηση των συστατικών υψηλής προστιθέμενης αξίας που υπάρχουν στα απόβλητα της χυμοποίησης του ροδιού, ενώ παράλληλα αποφεύγεται η περιβαλλοντική επιβάρυνση από την υπόθεση/απόρριψη των στερεών υπολειμμάτων του ροδιού μετά την παραλαβή του χυμού του.

Συμπεράσματα

Η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών και μεθόδων ολοκληρωμένης αξιοποίησης των παραπροϊόντων και αποβλήτων από τη μεταποίηση αγροτικών προϊόντων αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση η οποία μπορεί να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζονται και διαχειρίζονται τα απόβλητα αυτά. Επί του παρόντος γίνονται πολλές ερευνητικές προσπάθειες τόσο σε εθνικό όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο με πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Κρίσιμο σημείο στην περαιτέρω ανάπτυξη και εφαρμογή των αποτελεσμάτων των ερευνητικών αυτών προσπαθειών είναι η αναζήτηση και καθιέρωση των βέλτιστων πρακτικών και μεθόδων, καθώς και προσέγγιση των ενδιαφερομένων από τον αγροτικό, μεταποιητικό και κατασκευαστικό τομέα της ελληνικής οικονομίας με ειδικούς ερευνητές και κατόχους της σχετικής τεχνογνωσίας. Στα πλαίσια των παραπάνω ζητούμενων το Εργαστήριο Φυσικών Πόρων και Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας (www.nrre.cperi.certh.gr) διοργανώνει υπό την αιγίδα της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Παιδείας & Θρησκευμάτων Πολιτισμού & Αθλητισμού σχετική Διημερίδα με θέμα: “Καινοτόμες μέθοδοι για ολοκληρωμένη αξιοποίηση των υπολειμμάτων από την επεξεργασία αγροτικών προϊόντων” στις 19-20 Νοεμβρίου 2013, στις εγκαταστάσεις του Εθνικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογίας (ΕΚΕΤΑ) στη Θέρμη – Θεσσαλονίκη. Σκοπός της εκδήλωσης μεταξύ άλλων είναι να συμβάλλει στην εμπέδωση σύγχρονων αντιλήψεων για ολοκληρωμένη διαχείριση φυσικών προϊόντων και παραπροϊόντων με παράλληλη εξασφάλιση περιβαλλοντικής προστασίας.

___________________________________________________________

Εμμανουήλ Η. Παπαϊωάννου,

Σωτήρης Ι. Πάτσιος και

Αναστάσιος Ι. Καράμπελας*

Εργαστήριο Φυσικών Πόρων & Εναλλακτικών

Μορφών Ενέργειας, Ινστιτούτο Χημικών Διερ-

γασιών & Ενεργειακών Πόρων, Εθνικό Κέντρο

Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ),

email: karabaj@cperi.certh.gr

Πηγή: Τεχνογράφημα