Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Φυτικής Παραγωγής, Α.Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης Το γλυκό σόργο ως ενεργειακή καλλιέργεια για την παραγωγή βιο-αιθανόλης Δρ. Κ. Δήμας Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Φυτικής Παραγωγής, Α.Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης Ημερίδα: «Παραγωγή Βιοαιθανόλης από Γλυκό Σόργο»

Βιο-καύσιμα (2003/30/ΕΚ) Υγρά ή αέρια καύσιμα που παράγονται από βιομάζα και χρησιμοποιούνται στις μεταφορές

Χρησιμοποίησε φυτικό έλαιο ως καύσιμο μηχανών το 1895 Είδη βιο-καυσίμων Βιο-ντίζελ (biodiesel) Βιο-αιθανόλη (bioethanol) Βιοαέριο Βιομεθανόλη Βιοδιμεθυλαιθέρας Βιο-ΕΤΒΕ Βιο-ΜΤΒΕ Βιοϋδρογόνο Χρησιμοποίησε φυτικό έλαιο ως καύσιμο μηχανών το 1895 Rudolf Diesel

Λόγοι που οδήγησαν στην παραγωγή βιο-καυσίμων Οδηγίες της Ε.Ε. Αύξηση ενεργειακής ανεξαρτησίας Μείωση ρύπανσης ατμόσφαιρας - αιθαλομίχλη - αύξηση της θερμοκρασίας Εξάντληση αποθεμάτων ορυκτού πετρελαίου Εναλλακτικές γεωργικές καλλιέργειες Γεωργικές και βιομηχανικές επενδύσεις

Μείωση της ρύπανσης ατμόσφαιρας Φαινόμενο του θερμοκηπίου Δημιουργείται κυρίως από το διοξείδιο του άνθρακα που εκλύεται στην ατμόσφαιρα από: τη χρήση του ορυκτού άνθρακα, του ορυκτού πετρελαίου, του φυσικού αερίου (Το 21% των εκπεμπόμενων αερίων οφείλονται στις μεταφορές) Είναι υπεύθυνο: για την άνοδο της θερμοκρασίας την άνοδο της στάθμης της θάλασσας 3. αποσταθεροποίηση του κλίματος της γης

Βιο-καύσιμα και ‘φαινόμενο θερμοκηπίου’ Απελευθέρωση στην ατμόσφαιρα Παραλαβή σακχάρων Άλεση Ενεργειακά φυτά – χρησιμοποίηση CO2 Καύσιμο μεταφορών Απελευθέρωση στην ατμόσφαιρα Απόσταξη - αιθανόλη

Ο κύκλος του διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα

Οφέλη από την παραγωγή και χρήση του βιο-καυσίμων στη χώρα μας Καλλιέργειες μη ανταγωνιστικές Ανάπτυξη ανταγωνιστικών καλλιεργειών (για παραγωγή ενέργειας) Δημιουργία νέων θέσεων απασχόλησης Αύξηση εισοδήματος αγροτών Διατήρηση αγροτικού πληθυσμού Μείωση εξάρτησης από πετρέλαιο Προστασία του περιβάλλοντος

Τα κυριότερα είδη φυτών που χρησιμοποιούνται για παραγωγή βιο-αιθανόλης Ζαχαροκάλαμο (Saccharum officinale) Γλυκό σόργο (Sorghum bicolor) Ζαχαρότευτλα (Beta vulgaris) Αραβόσιτος (Zea mays) Σιτάρι μαλακό (Triticum aestivum) Κριθάρι (Hordeum vulgare) Καλάμι (Arudo donax)

Αποδόσεις διαφόρων ενεργειακών φυτών σε υγρά βιο-καύσιμα (ΚΑΠΕ, 2006) Βιο-καύσιμο Βιο-ντίζελ Βιο-αιθανόλη Καλλιέργεια Ηλίανθος Ελαιοκράμβη Άγρια αγκινάρα Σόγια Βαμβάκι Γλυκό σόργο Ζαχαρότευτλα Αραβόσιτος Σιτάρι-Κριθάρι Μέση απόδοση σε (kg/στρ) 150-300 100-150 160-420 120-160 5000-8000 4000-6000 800-1200 150-800 Μέση απόδοση σε βιοκαύσιμο (L/στρ) 60-115 30-40 30-50 20-25 500-800 400-600 240-360 45-240

Διαδικασία παρασκευής βιο-αιθανόλης από σάκχαρα, άμυλο ή κυτταρίνη Θειικό οξύ Κυτταρίνη Σάκχαρα 190-215 oC Ινβερτάση Ζυμάση Σάκχαρα (C12H22O11) + Νερό (H2O) Καταλύτες a-αμυλάση glu-αμυλάση απόσταξη Βιο-αιθανόλη (2C2H5OΗ) Άμυλο + Νερό (H2O) (Ξηρή άλεση) Άμυλο + Νερό (H2O) (Υγρή άλεση)

Παραγωγή βιολογικών καυσίμων στην Ε.Ε Χώρες Γερμανία Γαλλία Ιταλία Δανία Αυστρία Αγγλία Ισπανία Σουηδία Σύνολο Βιοντίζελ (Mg) 715.000 357.000 273.000 41.000 32.000 9.000 6.000 1.000 1.434.000 Βιο-αιθανόλη (Mg) - 77.200 180.000 52.300 309.500

Ερωτήματα σχετικά με τα ενεργειακά φυτά Ανάπτυξη ενεργειακών φυτών στην Ελλάδα Ποιες γεωργικές πρώτες ύλες θα χρησιμοποιηθούν Ποιες καλλιέργειες Σε ποιες περιοχές θα καλλιεργηθούν Ποιες είναι οι απαιτούμενες εκτάσεις Τελικό κόστος της βιο-αιθανόλης ανταγωνιστικό της βενζίνης του ορυκτού πετρελαίου Επιλογή κατάλληλων ποικιλιών ειδικά για την παραγωγή βιο-αιθανόλης (τα χαρακτηριστικά του χυμού επηρεάζουν τη ζύμωση των ζαχάρων)

Καλλιέργεια γλυκού σόργου Καλλιεργείται περισσότερο στην Ινδία, Νιγηρία, Η.Π.Α, Σουδάν, Κίνα, Αργεντινή Καλλιεργείται για την παραγωγή σιροπιού Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζει ενδιαφέρον για την παραγωγή βιο-αιθανόλης Στη χώρα μας η καλλιέργεια του είναι πολύ περιορισμένη

Χαρακτηριστικά καλλιέργειας γλυκού σόργου Εκτεταμένο ριζικό σύστημα Μικρό μέγεθος φύλλων Κηρώδες επίχρισμα στα φύλλα Μηχανισμός συστροφής φύλλων Ωσμωτικό δυναμικό Άνοιγμα στοματίων

Χαρακτηριστικά καλλιέργειας γλυκού σόργου Στελέχη πολύ χυμώδη με υψηλή περιεκτικότητα σε ζάχαρα Φυτά υψηλόσωμα (έως και 6 m) Αντοχή στο πλάγιασμα και σε ορισμένες ασθένειες (βελτιωμένες ποικιλίες)

Πλεονεκτήματα καλλιέργειας Αντοχή σε συνθήκες καταπόνησης (αλατότητας και περιορισμένης υγρασίας) Υψηλή φωτοσυνθετική ικανότητα (C4 φυτό) Ανθεκτικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες Ανθεκτικότητα στην ξηρασία και στην υπερβολική υγρασία Ανθεκτικότητα στην αλατότητα Μεγάλη παραγωγή βιομάζας

Αντοχή του γλυκού σόργου στην ξηρασία Η αντοχή στην ξηρασία οφείλεται: Μικρό ρυθμό ανάπτυξης του υπέργειου τμήματος μέχρι το ριζικό σύστημα να αναπτυχθεί κανονικά Μεγάλο βάρος και όγκος ρίζας, μεγάλος λόγος ρίζα/βλαστοί Μεγαλύτερο μόνιμο ριζικό σύστημα και μικρότερη φυλλική επιφάνεια από το καλαμπόκι Ικανότητα μείωσης του οσμωτικού δυναμικού, διατήρηση της σπαργής κατά τη διάρκεια της ξηρασίας Ικανότητα διατήρησης σχετικά υψηλού υδατικού δυναμικού με την αύξηση της ξηρασίας του εδάφους Μείωση απωλειών νερού λόγω μορφολογικών χαρακτηριστικών των φύλλων (παχιά εφημερίδα, κηρώδες επίχρισμα, μηχανικά κύτταρα που μειώνουν τη διαπνοή)

Μειονεκτήματα γλυκού σόργου Εξαντλεί την εδαφική υγρασία, θρεπτικά στοιχεία και υποβαθμίζει την δομή του εδάφους Τα φυτικά υπολείμματα ευνοούν την ανάπτυξη των μικροοργανισμών του εδάφους που ανταγωνίζονται τις επόμενες καλλιέργειες για το Ν Τα φυτικά υπολείμματα ορισμένων ποικιλιών επηρεάζουν την ανάπτυξη μερικών καλλιεργούμενων φυτών (αλληλοπάθεια)

Φυτά σόργου σε διάφορα στάδια ανάπτυξης

Ανάπτυξη φυτών-προσαρμοστικότητα Ο βιολογικός κύκλος διαρκεί 80-180 ημέρες Το φύτρωμα και η ανάπτυξη των φυτών έχουν την ίδια πορεία με αυτή του αραβοσίτου Το αδέλφωμα ξεκινά δύο εβδομάδες μετά το φύτρωμα έως και μετά την άνθηση Αναπτύξει νέα αδέλφια μετά το θερισμό

Επίδραση της έντασης φωτισμού στο ρυθμό φωτοσύνθεσης C4 και C3 φυτών 50 40 Ρυθμός φωτοσύνθεσης (mg CO2/dm2/h) 30 Σιτάρι (C3) 20 10 32,3 53,8 Ένταση φωτισμού (Lux x103) Επίδραση της έντασης φωτισμού στο ρυθμό φωτοσύνθεσης C4 και C3 φυτών

Καλλιεργητική τεχνική (σπορά) Ακολουθεί οποιαδήποτε καλλιέργεια Έχει αρνητικές επιδράσεις στις επόμενες καλλιέργειες Εποχή σποράς: 2 εβδομάδες μετά τη σπορά του αραβοσίτου (θερμοκρασία εδάφους 16 οC) Αποστάσεις σποράς: 70-100 cm Αποστάσεις στη γραμμή: 10-15 cm Ποσότητα σπόρου: 3-4 kg/στρ Βάθος σποράς: 3-6 cm

Λίπανση - άρδευση) Σόργο για παραγωγή ζυμώσιμων ζαχάρων Απαιτεί το 36% της αζωτούχο λίπανσης που εφαρμόζεται στο καλαμπόκι (από 20-22 σε 7-14 kg/στρ.) Ενδεικτικά συνιστάται 10-15 kg Ν/στρ. Οι απαιτήσεις σε ποσότητα και είδος λιπασμάτων είναι παρόμοιες με του αραβοσίτου Η μεγάλη ποσότητα αζώτου πρέπει να αποφεύγεται Οι αποδόσεις αυξάνονται με την άρδευση Ο αριθμός των αρδεύσεων εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες Συνήθως γίνονται τρεις αρδεύσεις (Geng κ. α. 1989)

Συγκομιδή γλυκού σόργου για την παραγωγή βιο-αιθανόλης και σιροπιού Παραγωγή βιο-αιθανόλης Στο στάδιο της φυσιολογικής ωρίμανσης του σπόρου Μεγαλύτερη απόδοση σε στελέχη Μεγάλη απόδοση σε καρπό Υψηλή περιεκτικότητα σε ζαχαρόζη στα στελέχη Υψηλότερες τιμές Brix Παραγωγή σιροπιού Όταν οι σπόροι βρίσκονται στο στάδιο της ζύμης Πρωιμότερη συγκομιδή δημιουργεί προβλήματα κατά τη διάρκεια της διαύγασης του σιροπιού (μεγάλης περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη)

Αποδόσεις γλυκού σόργου Σε πειραματικούς αγρούς στο Βόρειο Έβρο Αποδόσεις σε βιομάζα κυμαίνονται από 1.8 έως και 10 tn/στρ. Η περιεκτικότητα σε χυμό από 65 έως 80% Η περιεκτικότητα σακχάρων στο χυμό κυμαίνεται από 9 έως 15% Η απόδοση σε ζάχαρη από 360 έως 4.500 kg/στρ. Με τη ζύμωση μπορεί να παραχθούν 380-560 lit/στρ. αιθανόλη (Vermerris κ. α. 2008) Σε πειραματικούς αγρούς στο Βόρειο Έβρο βιομάζα 12 tn/στρ., ζάχαρα 10%, βιο-αιθανόλη 700 lit/στρ. (Μελλίδης κ. α. 2000)

Έρευνα που διεξάχθηκε στο Α.Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης για το γλυκό σόργο

Λόγοι διεξαγωγής της έρευνας Περιορισμένα δεδομένα σχετικά με: Δυνατότητα αξιοποίησης αλατούχων εδαφών (παραγωγή βιο-καυσίμων) Περιορισμένη άρδευση Αξιολόγηση διαφόρων ποικιλιών γλυκού σόργου

Ποικιλίες σόργου που αξιολογήθηκαν στο πείραμα Sugar graze (γλυκό σόργο) M81-Ε (γλυκό σόργο) Urja (γλυκό σόργο) Topper-76-6 (γλυκό σόργο) Susu (χορτοδοτικό) KN-300-78034 (καρποδοτικό)

Στοιχεία πειράματος Εγκατάσταση Περιοχή εγκατάστασης Πειραματικό σχέδιο Παράγοντας Α Παράγοντας Β Παράγοντας Γ Ομάδες Μέγεθος τεμαχίων : 25 Μαΐου 2007, 2008 (σπορά) : Αγρόκτημα Α.Τ.Ε.Ι./Θ. : Παραγοντικό 2 x 2 x 6 : 2 (Αλατότητα εδάφους, 2,0-3,5 ή 4,5-6,5 dS/m) : 2 (Άρδευση, 60 ή 120 mm) : 6 ποικιλίες : Τέσσερις (4) : 5 x 3 m

Στοιχεία πειράματος Πυκνότητα καλλιέργειας : 9-10.000 σπόροι/στρ Άρδευση μετά τη σπορά Λίπανση Αγωγιμότητα νερού άρδευσης : 9-10.000 σπόροι/στρ : 20 mm νερού : 50 kg/στρ 26-10-13 25 kg/στρ 33,5-0-0 : 0,8 dS/m

Αρδεύσεις (στάγδην) μετά το φύτρωμα της καλλιέργειας Στοιχεία πειράματος Αρδεύσεις (στάγδην) μετά το φύτρωμα της καλλιέργειας 1η άρδευση στις 17/07 με 10 ή 20 mm 2η άρδευση στις 24/07 με 10 ή 20 mm 3η άρδευση στις 31/07 με 10 ή 20 mm 4η άρδευση στις 15/08 με 10 ή 20 mm 5η άρδευση στις 21/08 με 10 ή 20 mm 6η άρδευση στις 11/09 με 10 ή 20 mm

Επίδραση της αλατότητας του εδάφους στο φύτρωμα έξι ποικιλιών σόργου 2,0-3,5 dS/m Ε.Σ.Δ. 4,5-6,5 dS/m 0,05 80 60 Επιβιώσαντα φυτά σόργου (%) 40 20 Sugar graze M81 Urja Topper Susu KN-300 Υβρίδια σόργου Επίδραση της αλατότητας του εδάφους στο φύτρωμα έξι ποικιλιών σόργου

M81 3,0 Ε.Σ.Δ. Urja 0,05 2,5 Sugar graze Topper-76 2,0 Susu Ξηρό βάρος σόργου (Mg/στρ) KN-300 1,5 1,0 0,5 2,0-3,5 4,5-6,5 2,0-3,5 4,5-6,5 dS/m 120 mm άρδευση 60 mm άρδευση Επεμβάσεις Επίδραση της άρδευσης και της αλατότητας του εδάφους στο ξηρό βάρος έξι ποικιλιών σόργου

Άρδευση 120mm, Αγωγιμότητα 5Mmhos/cm 8 Άρδευση 60mm, Αγωγιμότητα 10Mmhos/cm 6 Απόδοση σόργου σε χυμό (Mg/στρέμμα) 4 2 Σακχαροδοτικά Χορτ/κό Καρπ/κό Τύποι σόργου Επίδραση της άρδευσης και της αλατότητας του εδάφους στην απόδοση σε χυμό του σόργου κατά το 2007

Άρδευση 120mm, Αγωγιμότητα 5Mmhos/cm 15 Άρδευση 60mm, Αγωγιμότητα 10Mmhos/cm 10 Συγκέντρωση σακχάρων σε χυμό σόγου (%) 5 Σακχαροδοτικά Χορτ/κό Καρπ/κό Τύποι σόργου Επίδραση της άρδευσης και της αλατότητας του εδάφους στη συγκέντρωση σακχάρων στο χυμό του σόργου κατά το 2007

13,5-12,6 11,7-10,6 13,6-10,7 13,0-11,8 11,2-11,2 11,7-11,9 Brix M81 3,0 Ε.Σ.Δ. Urja 0,05 2,5 Sugar graze Topper-76 2,0 Susu Απόδοση σε σιρόπι (Mg/στρ) KN-300 1,5 1,0 0,5 2,0-3,5 4,5-6,5 2,0-3,5 4,5-6,5 dS/m 120 mm άρδευση 60 mm άρδευση Επεμβάσεις Επίδραση της άρδευσης και της αλατότητας του εδάφους στην απόδοση σε σιρόπι έξι ποικιλιών σόργου

Η αύξηση της αλατότητας Δεν επηρέασε σημαντικά Συμπεράσματα Η αύξηση της αλατότητας Δεν επηρέασε σημαντικά Την απόδοση των ποικιλιών σόργου σε ξηρή μάζα και σιρόπι Το ποσοστό σακχάρων στο σιρόπι

Ο περιορισμός της άρδευσης Συμπεράσματα Αντίθετα Ο περιορισμός της άρδευσης Μείωσε σημαντικά Την απόδοση σε βιομάζα και σιρόπι Το ποσοστό σακχάρων στο σιρόπι

Η ποικιλία Μ81-Ε παρείχε τη μεγαλύτερη απόδοση σε βιομάζα και σιρόπι Συμπεράσματα Η καλλιέργεια του γλυκού σόργου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιοποίηση μετρίως αλατούχων εδαφών σε περιοχές με μειωμένες εισροές νερού άρδευσης Η ποικιλία Μ81-Ε παρείχε τη μεγαλύτερη απόδοση σε βιομάζα και σιρόπι

Συμπεράσματα Η βιο-αιθανόλη μπορεί να υποκαταστήσει (μερικώς) τη βενζίνη από το ορυκτό πετρέλαιο Κατάλληλες οι κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής για την καλλιέργεια του γλυκού σόργου

Γενικό Συμπέρασμα Θα συμβάλλει Η καλλιέργεια του γλυκού σόργου για την παραγωγή βιο-αιθανόλης Θα συμβάλλει Δημιουργία νέων θέσεων εργασίας Αύξηση εισοδήματος των αγροτών Διατήρηση αγροτικού πληθυσμού