Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion
Με την αύξηση των παραγόμενων αποβλήτων στον κόσμο που ζούμε εγείρεται η απορία για το πώς και αν είναι βιώσιμος αυτός ο όγκος αποβλήτων για το περιβάλλον και την ανθρώπινη ύπαρξη . Στοιχεία πολλών μελετών απαντούν αρνητικά σε αυτό το ερώτημα και αναδεικνύουν εναλλακτικές λύσεις με σκοπό την ανακύκλ...
Wedi'i Gadw mewn:
| Cyhoeddwyd yn: | Νημερτής |
|---|---|
| Prif Awdur: | |
| Fformat: | Erthygl |
| Cyhoeddwyd: |
2026
|
| Pynciau: | |
| Mynediad Ar-lein: | https://hdl.handle.net/10889/31509 |
| Tagiau: |
Dim Tagiau, Byddwch y cyntaf i dagio'r cofnod hwn!
|
| _version_ | 1878932830204985344 |
|---|---|
| author | Σταύρος Ζωιτσάκος |
| author_browse | Σταύρος Ζωιτσάκος |
| author_facet | Σταύρος Ζωιτσάκος |
| author_sort | σταυρος ζωιτσακος |
| collection | OpenAlex (Petróleo y Energía) |
| container_title | Νημερτής |
| description | Με την αύξηση των παραγόμενων αποβλήτων στον κόσμο που ζούμε εγείρεται η απορία για το πώς και αν είναι βιώσιμος αυτός ο όγκος αποβλήτων για το περιβάλλον και την ανθρώπινη ύπαρξη . Στοιχεία πολλών μελετών απαντούν αρνητικά σε αυτό το ερώτημα και αναδεικνύουν εναλλακτικές λύσεις με σκοπό την ανακύκλωση και καλύτερη επεξεργασία αυτών των αποβλήτων. Ιδιαίτερο πρόβλημα εγείρουν οι αυξημένες συγκεντρώσεις πλαστικών στο περιβάλλον όπου δημιουργούν σοβαρά προβλήματα στην πανίδα σε υδάτινα οικοσυστήματα όπως θάλασσες και ποτάμια. Με σκοπό την μείωση των πλαστικών μίας χρήσης η παγκόσμια παραγωγή στρέφεται στην χρήση βιοπλαστικών με σκοπό το μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον. Έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον εντοπίζεται στην αποδόμηση των βιοπλαστικών και ιδιαίτερα, όπως συμβαίνει και με την παρούσα διπλωματική εργασία, με την διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν βιοπλαστικά της κατηγορίας PHA σαν υποστρώματα σε μεσόφιλες συνθήκες, ενώ έγιναν και πειράματα αναερόβιας συνχώνευσης PHA μαζί με υπολείμματα φαγητού με σκοπό την μελέτη παρεμπόδισης ή μη της διεργασίας της αναερόβιας χώνευσης από το δεύτερο υπόστρωμα. Σε πρωταρχικό στάδιο έγινε η μελέτη των χαρακτηριστικών των βιοπλαστικών με τις μεθόδους της υπέρυθρης φασματοσκοπίας (IR), της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TGA) και της ηλεκτρονικής μικροσκοπία σάρωσης (SEM) αλλά και ο βιοχημικός χαρακτηρισμός του αποβλήτου τροφίμου. Στην συνέχεια διεξήχθη πείραμα καθορισμού του Βιοχημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου(BMP) με εμβόλιο αναερόβιας ιλύος που λήφθηκε από αντιδραστήρα όπου προεπωάζεται σε θερμοκρασία 37οC. Τα υποστρώματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα βιοπλαστικά PHB, PHBV, P34HB και τρεις εμπορικοί τύποι (Straw, Injection και Lamination grade PHA) με 3 επαναλήψεις στο κάθε υπόστρωμα. Το σύστημα που χρησιμοποιήθηκε ήταν το αυτόματο AMPTS II-III για αυτόματη ανάδευση, σταθερή θερμοκρασία διεργασίας, αυτόματη μέτρηση μεθανίου μέσω των παγίδων CO2 αλλά και αξιόπιστη ημερήσια καταγραφή σε υπολογιστικό σύστημα. Τα πειράματα της αναερόβιας συνχώνευσης έγιναν με τις ίδιες παραμέτρους με την διαφορά των δυο υποστρωμάτων. Χρησιμοποιήθηκε αναλογία 85/15 ανά VS για το απόβλητο φαγητού και το εκάστοτε βιοπλαστικό αντίστοιχα με την τελική ποσότητα VS L -1 να είναι ίδια με τα πειράματα της αναερόβιας χώνευσης. Η προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων στο κινητικό μοντέλο Gompertz κατέδειξε υψηλή ποιότητα προσαρμογής (R² > 0,99) και επέτρεψε τον ποσοτικό προσδιορισμό των βασικών κινητικών παραμέτρων. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι τα απόβλητα τροφίμων παρουσίασαν υψηλό βιοχημικό δυναμικό μεθανίου (464,5 ± 5,3 mL CH₄/g VS), επιβεβαιώνοντας την αυξημένη βιοαποδομησιμότητά τους. Από τα εξεταζόμενα βιοπλαστικά τύπου PHAs, το PHB εμφάνισε τη μεγαλύτερη τελική απόδοση μεθανίου (561,0 ± 16,8 mL CH₄/g VS), ακολουθούμενο από το PHBV, ενώ τα υπόλοιπα υλικά παρουσίασαν χαμηλότερες αποδόσεις. Η συγχώνευση των βιοπλαστικών με απόβλητα τροφίμων, δεν οδήγησε σε αύξηση της παραγωγής μεθανίου σε σχέση με το υπόστρωμα αναφοράς και, σε αρκετές περιπτώσεις, παρατηρήθηκε παρεμπόδιση της διεργασίας. Ειδικότερα, τα συστήματα FW+PHBV και FW+P34HB παρουσίασαν τη μεγαλύτερη μείωση της θεωρητικής απόδοσης (–12,8% και –12,5% αντίστοιχα), ενώ τα μίγματα με Straw, Injection και Lamination grade PHA εμφάνισαν μόνο ήπια παρεμπόδιση (<2%). Συνολικά, τα ευρήματα της παρούσας εργασίας καταδεικνύουν ότι τα βιοπλαστικά τύπου PHA εμφανίζουν σημαντική αναερόβια βιοαποδομησιμότητα, η οποία όμως διαφοροποιείται ανάλογα με τη χημική τους δομή. Η συνχώνευση με απόβλητα τροφίμων δεν ενισχύει την παραγωγή μεθανίου και, σε ορισμένες περιπτώσεις, οδηγεί σε παρεμπόδιση της διεργασίας. Τα ευρήματα αυτά συμβάλλουν στην κατανόηση της συμπεριφοράς των βιοπλαστικών σε συστήματα αναερόβιας χώνευσης και στη βέλτιστη διαχείρισή τους στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας. |
| first_indexed | 2026-10-13T11:13:02Z |
| format | Article |
| id | openalex-W7162355841 |
| last_indexed | 2026-10-13T11:13:02Z |
| publishDate | 2026 |
| publishDateSort | 2026 |
| record_format | oai_dc |
| spelling | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion Σταύρος Ζωιτσάκος biodegradable polymer synthesis and properties Environmental Chemistry and Analysis Anaerobic Digestion and Biogas Production polyhydroxyalkanoates biodegradation anaerobic digestion bioplastics plastic waste biodegradable plastics biogas production biodegradation kinetics biodegradation inhibition waste management composting Με την αύξηση των παραγόμενων αποβλήτων στον κόσμο που ζούμε εγείρεται η απορία για το πώς και αν είναι βιώσιμος αυτός ο όγκος αποβλήτων για το περιβάλλον και την ανθρώπινη ύπαρξη . Στοιχεία πολλών μελετών απαντούν αρνητικά σε αυτό το ερώτημα και αναδεικνύουν εναλλακτικές λύσεις με σκοπό την ανακύκλωση και καλύτερη επεξεργασία αυτών των αποβλήτων. Ιδιαίτερο πρόβλημα εγείρουν οι αυξημένες συγκεντρώσεις πλαστικών στο περιβάλλον όπου δημιουργούν σοβαρά προβλήματα στην πανίδα σε υδάτινα οικοσυστήματα όπως θάλασσες και ποτάμια. Με σκοπό την μείωση των πλαστικών μίας χρήσης η παγκόσμια παραγωγή στρέφεται στην χρήση βιοπλαστικών με σκοπό το μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον. Έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον εντοπίζεται στην αποδόμηση των βιοπλαστικών και ιδιαίτερα, όπως συμβαίνει και με την παρούσα διπλωματική εργασία, με την διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν βιοπλαστικά της κατηγορίας PHA σαν υποστρώματα σε μεσόφιλες συνθήκες, ενώ έγιναν και πειράματα αναερόβιας συνχώνευσης PHA μαζί με υπολείμματα φαγητού με σκοπό την μελέτη παρεμπόδισης ή μη της διεργασίας της αναερόβιας χώνευσης από το δεύτερο υπόστρωμα. Σε πρωταρχικό στάδιο έγινε η μελέτη των χαρακτηριστικών των βιοπλαστικών με τις μεθόδους της υπέρυθρης φασματοσκοπίας (IR), της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TGA) και της ηλεκτρονικής μικροσκοπία σάρωσης (SEM) αλλά και ο βιοχημικός χαρακτηρισμός του αποβλήτου τροφίμου. Στην συνέχεια διεξήχθη πείραμα καθορισμού του Βιοχημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου(BMP) με εμβόλιο αναερόβιας ιλύος που λήφθηκε από αντιδραστήρα όπου προεπωάζεται σε θερμοκρασία 37οC. Τα υποστρώματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα βιοπλαστικά PHB, PHBV, P34HB και τρεις εμπορικοί τύποι (Straw, Injection και Lamination grade PHA) με 3 επαναλήψεις στο κάθε υπόστρωμα. Το σύστημα που χρησιμοποιήθηκε ήταν το αυτόματο AMPTS II-III για αυτόματη ανάδευση, σταθερή θερμοκρασία διεργασίας, αυτόματη μέτρηση μεθανίου μέσω των παγίδων CO2 αλλά και αξιόπιστη ημερήσια καταγραφή σε υπολογιστικό σύστημα. Τα πειράματα της αναερόβιας συνχώνευσης έγιναν με τις ίδιες παραμέτρους με την διαφορά των δυο υποστρωμάτων. Χρησιμοποιήθηκε αναλογία 85/15 ανά VS για το απόβλητο φαγητού και το εκάστοτε βιοπλαστικό αντίστοιχα με την τελική ποσότητα VS L -1 να είναι ίδια με τα πειράματα της αναερόβιας χώνευσης. Η προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων στο κινητικό μοντέλο Gompertz κατέδειξε υψηλή ποιότητα προσαρμογής (R² > 0,99) και επέτρεψε τον ποσοτικό προσδιορισμό των βασικών κινητικών παραμέτρων. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι τα απόβλητα τροφίμων παρουσίασαν υψηλό βιοχημικό δυναμικό μεθανίου (464,5 ± 5,3 mL CH₄/g VS), επιβεβαιώνοντας την αυξημένη βιοαποδομησιμότητά τους. Από τα εξεταζόμενα βιοπλαστικά τύπου PHAs, το PHB εμφάνισε τη μεγαλύτερη τελική απόδοση μεθανίου (561,0 ± 16,8 mL CH₄/g VS), ακολουθούμενο από το PHBV, ενώ τα υπόλοιπα υλικά παρουσίασαν χαμηλότερες αποδόσεις. Η συγχώνευση των βιοπλαστικών με απόβλητα τροφίμων, δεν οδήγησε σε αύξηση της παραγωγής μεθανίου σε σχέση με το υπόστρωμα αναφοράς και, σε αρκετές περιπτώσεις, παρατηρήθηκε παρεμπόδιση της διεργασίας. Ειδικότερα, τα συστήματα FW+PHBV και FW+P34HB παρουσίασαν τη μεγαλύτερη μείωση της θεωρητικής απόδοσης (–12,8% και –12,5% αντίστοιχα), ενώ τα μίγματα με Straw, Injection και Lamination grade PHA εμφάνισαν μόνο ήπια παρεμπόδιση (<2%). Συνολικά, τα ευρήματα της παρούσας εργασίας καταδεικνύουν ότι τα βιοπλαστικά τύπου PHA εμφανίζουν σημαντική αναερόβια βιοαποδομησιμότητα, η οποία όμως διαφοροποιείται ανάλογα με τη χημική τους δομή. Η συνχώνευση με απόβλητα τροφίμων δεν ενισχύει την παραγωγή μεθανίου και, σε ορισμένες περιπτώσεις, οδηγεί σε παρεμπόδιση της διεργασίας. Τα ευρήματα αυτά συμβάλλουν στην κατανόηση της συμπεριφοράς των βιοπλαστικών σε συστήματα αναερόβιας χώνευσης και στη βέλτιστη διαχείρισή τους στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας. Νημερτής OpenAlex (Petróleo y Energía) |
| spellingShingle | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion Σταύρος Ζωιτσάκος biodegradable polymer synthesis and properties Environmental Chemistry and Analysis Anaerobic Digestion and Biogas Production polyhydroxyalkanoates biodegradation anaerobic digestion bioplastics plastic waste biodegradable plastics biogas production biodegradation kinetics biodegradation inhibition waste management composting |
| title | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion |
| title_full | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion |
| title_fullStr | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion |
| title_full_unstemmed | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion |
| title_short | Study of the biodegredation of bioplastic Polyhydroxyalkanoates (PHA) in anaerobic digestion |
| title_sort | study of the biodegredation of bioplastic polyhydroxyalkanoates (pha) in anaerobic digestion |
| topic | biodegradable polymer synthesis and properties Environmental Chemistry and Analysis Anaerobic Digestion and Biogas Production polyhydroxyalkanoates biodegradation anaerobic digestion bioplastics plastic waste biodegradable plastics biogas production biodegradation kinetics biodegradation inhibition waste management composting |
| topic_facet | biodegradable polymer synthesis and properties Environmental Chemistry and Analysis Anaerobic Digestion and Biogas Production polyhydroxyalkanoates biodegradation anaerobic digestion bioplastics plastic waste biodegradable plastics biogas production biodegradation kinetics biodegradation inhibition waste management composting |
| url | https://hdl.handle.net/10889/31509 |