Σχεδιασμός πιλοτικής μονάδας και ανάπτυξης οικονομικού μοντέλου για την απομόνωση φαινολικών ουσιών από αγροτοβιομηχανικά απόβλητα

Abstract

In the present dissertation we study 3 basic agro-industrial wastes, olive mill wastes, winery wastes and espresso coffee residues after taking the coffee drink. Emphasis was placed on the extraction and isolation of phenolic substances contained in agro-industrial waste. Phenolic substances are referred to as antioxidants of added economic value with a particularly beneficial effect on humans. They are widely used in the pharmaceutical, cosmetology and food industries. The extensive parametric study carried out in the present work sought the optimal conditions for the extraction of phenolic substances using various physicochemical processes that are environmentally friendly. The extraction of marcs (solid agro-industrial waste of wine production), the solid waste of two-phase olive mill and solid waste produced after the production of espresso coffee were studied. The main criterion for selecting the appropriate waste in order to continue in a feasibility study was to have the highest purity in polyphenols (compared only to the amount of sugars) but also in the lowest possible cost of production. extraction with various solvents, separation using membranes, concentration and freeze drying. The choice of methods was made due to the wide application of these methods in the real industry and due to the relative ease of transferring the laboratory conditions to factory conditions. Finally, we defined as optimal extraction conditions those that would give the maximum yield of extracted phenolic substances per kilo of waste, but at the same time the minimum yield of extracted sugars per kilo of waste. Once the basic parameters were defined, 3 different sub-experimental series were performed for each waste separately, in order to find the optimal combination of methods, which gives the optimal extraction results for each waste so that selecting more than 3 could be a profitable one. financially business plan. In the next step and with the data of the first part, an economic model was developed for the construction and operation of a recycling unit of this waste with different volumes so that it can be seen that most of the above waste can be profitable.Finally, a feasibility study was developed for an espresso coffee waste recycling plant, so that there is a more detailed picture of the volume of investment and operating costs that such a plant would have. The feasibility study was compared with a study by a private company (external offer), which specializes in feasibility studies and found that the investment cost that you match with the calculations of the present work, for a unit of one ton of waste espresso coffee, is of the order of 120,000 Euros. The next step is to design and analyze the procedures for collecting espresso coffee waste from the scattered cafes in a city. Both the cost of collecting and compensating the cafeterias for collecting coffee in special bins were two unknown parameters for the present work. Also, because there is no corresponding recycling material on the market, it was very difficult to estimate the selling price of the antioxidant product. In discussions with companies, they reserved the right to answer for the exact price, when they were delivered a quantity of antioxidant of high purity and large in quantity. This will set the exact selling price according to the actual purchase and will examine whether the specific business plan can have a high return on investment. This process is ongoing with own resources. This paper presents the design and analysis of the business plan based on an estimated market price.

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάμε 3 βασικά αγροτοβιομηχανικά απόβλητα, απόβλητα ελαιοτριβείου, απόβλητα οινοποιίας και υπολείμματα καφέ espresso μετά την λήψη του ροφήματος του καφέ. Η έμφαση δόθηκε στην εκχύλιση και απομόνωση των φαινολικών ουσιών που περιέχονται στα αγροτοβιομηχανικά απόβλητα. Οι φαινολικές ουσίες αναφέρονται ως αντιοξειδωτικές ουσίες προστιθέμενης οικονομικής αξίας με ιδιαίτερη ευεργετική επίπτωση στον άνθρωπο. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην φαρμακοβιομηχανία, την κοσμετολογία και στην βιομηχανία τροφίμων. Η εκτενής παραμετρική μελέτη που έγινε στην παρούσα εργασία αναζήτησε τι βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης φαινολικών ουσιών με τη χρήση διάφορων φυσικοχημικών διαδικασιών φιλικές προς το περιβάλλον. Μελετήθηκε η εκχύλιση στεμφύλων (στερεά αγροτοβιομηχανικά απόβλητα οινοπαραγωγής), ηµιστερεού αποβλήτου διφασικού ελαιοτριβείου και στερεά απόβλητα που παράγονται μετά την παρασκευή καφέ espresso. Το βασικό κριτήριο για την επιλογή του κατάλληλου αποβλήτου έτσι ώστε να συνεχίσουμε σε τεχνοοικονομική μελέτη ήταν να έχουμε τη μεγαλύτερη καθαρότητα σε πολυφαινολικά (συγκρινόμενα μόνο με τη ποσότητα σακχάρων) αλλά και στο χαμηλότερο δυνατό κόστος παραγωγής. Οι φυσικοχημικές διαδικασίες οι οποίες επιλέχτηκαν ήταν η ξήρανση, η εκχύλιση με διάφορους διαλύτες, ο διαχωρισμός με τη χρήση μεμβρανών, η συμπύκνωση και η λυοφιλίωση (freeze drying). Η επιλογή των μεθόδων έγινε λόγω της ευρείας εφαρμογής αυτών των μεθόδων στη πραγματική βιομηχανία και λόγω της σχετικής ευκολίας να μεταφερθούν οι εργαστηριακές συνθήκες σε εργοστασιακές συνθήκες. Τέλος, ορίσαμε ως βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης αυτές οι οποίες θα έδιναν τη μέγιστη απόδοση σε εκχυλιζόμενες φαινολικές ουσίες ανά κιλό αποβλήτου, αλλά παράλληλα την ελάχιστη απόδοση σε εκχυλιζόμενα σάκχαρα ανά κιλό αποβλήτου. Εφόσον ορίστηκαν οι βασικές παράμετροι έγιναν 3 διαφορετικές επιμέρους πειραματικές σειρές για το κάθε απόβλητο ξεχωριστά, έτσι ώστε να βρεθεί ο βέλτιστος συνδυασμός μεθόδων, ο οποίος δίνει τα βέλτιστα αποτελέσματα εκχύλισης για κάθε απόβλητο έτσι ώστε να επιλεγεί πιο από τα 3 θα μπορούσε να αποτελέσει ένα κερδοφόρο οικονομικά επιχειρηματικό σχέδιο. Στο επόμενο βήμα και με τα δεδομένα του πρώτου μέρους αναπτύχθηκε ένα οικονομικό μοντέλο για την κατασκευή και τη λειτουργία μιας μονάδας ανακύκλωσης αυτών των αποβλήτων με διαφορετικούς όγκους έτσι ώστε να φανεί πιο από τα παραπάνω απόβλητα μπορεί να έχει κερδοφορία. Τέλος αναπτύχθηκε τεχνοοικονομική μελέτη για μια μονάδα ανακύκλωσης αποβλήτου καφέ espresso, έτσι ώστε να υπάρχει μια πιο λεπτομερής εικόνα για τον όγκο της επένδυσης και τα λειτουργικά έξοδα τα οποία θα έχει μια τέτοια μονάδα. Η τεχνοοικονομική μελέτη συγκρίθηκε με μελέτη ιδιωτικής εταιρείας ( εξωτερική προσφορά), η οποία εξειδικεύεται στις τεχνοοικονομικές μελέτες και βρέθηκε ότι το κόστος επένδυσης το οποίο ταυτίζετε και με τους υπολογισμούς της παρούσας εργασίας, για μια μονάδα εκμετάλλευσης ενός τόνου αποβλήτου καφές espresso, είναι της τάξεως των 120.000 Ευρώ. Το επόμενο βήμα είναι ο σχεδιασμός και η ανάλυση των διαδικασιών συλλογής του αποβλήτου καφέ espresso από τις διασκορπισμένες καφετέριες σε μια πόλη. Τόσο το κόστος συλλογής αλλά και αποζημίωσης των καφετεριών για την συλλογή του καφέ σε ειδικούς κάδους ήταν δυο άγνωστες παράμετροι για την παρούσα εργασία. Επίσης, επειδή στην αγορά δεν υπάρχει αντίστοιχο υλικό ανακύκλωσης ήταν πολύ δύσκολο να εκτιμηθεί η τιμή πώλησης του αντιοξειδωτικού προϊόντος. Σε συζητήσεις με εταιρείες επιφυλάχτηκαν να απαντήσουν για την ακριβή τιμή, όταν τους παραδοθεί μια ποσότητα αντιοξειδωτικού μεγάλης καθαρότητας και μεγάλη σε ποσότητα. Έτσι θα οριστεί η ακριβής τιμή πώλησής του σύμφωνα με την πραγματική αγορά και θα εξεταστεί αν το συγκεκριμένο επιχειρηματικό πλάνο μπορεί να έχει μεγάλη επιστροφή επένδυσης. Η διαδικασία αυτή είναι σε εξέλιξη με ίδιους πόρους. Στη παρούσα εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η ανάλυση του επιχειρηματικού πλάνου βάσει μιας εκτιμώμενης τιμής αγοράς.