Συντάχθηκε 16-02-2026 13:33
Τόπος: Μ3 - Κτίριο ΜΗΧΟΠ, Μ3.108, ΔΙΑ ΖΩΣΗΣ
Έναρξη: 24/02/2026 11:00
Λήξη: 24/02/2026 12:00
Τίτλος εργασίας: «Συγκέντρωση CO2 από βιοαέριο με χρήση διαχωρισμού με υδρίτες σε συνδυασμό με μετασχηματισμό του σε οργανική ύλη σε βιοαντιδραστήρα»
(Αγγλικά): «CO₂ Capture from Biogas Using Gas Hydrate Separation Coupled with Bioreactor-Based Conversion to Organic Matter»
Tριμελής εξεταστική επιτροπή:
1. Kαθηγητής Νικόλαος Πασαδάκης, σχολής ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπων)
2. Ι. Οικονομόπουλος Senior Geoscientist (HELLENIQ ENERGY)
3. Ε. Παυλοπούλου (Ερευνήτρια Β', ΙΤΕ)
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία αναλύει μια καινοτόμο προσέγγιση για τη διαχείριση του βιοαερίου. Συνδυάζει τον διαχωρισμό του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) μέσω της τεχνολογίας των υδριτών αερίων με τον μετασχηματισμό του σε οργανική ύλη. Στο πλαίσιο των τεχνολογιών Δέσμευσης και Αξιοποίησης Άνθρακα (CCU), η μελέτη επικεντρώνεται στην ποσοτική αποτίμηση της δέσμευσης του CO2 σε κρυσταλλικό πλέγμα και τη βιολογική αξιοποίηση του από το μικροφύκος Chlorella vulgaris.
Το πειραματικό μέρος της εργασίας εστιάζει στον προσδιορισμό των θερμοδυναμικών συνθηκών σχηματισμού και αποδόμησης υδριτών CO2 σε εργαστηριακό αντιδραστήρα. Μέσω της ανάλυσης του φακέλου φάσεων και της εφαρμογής καταστατικών εξισώσεων πραγματικών αερίων, επιτεύχθηκε ακριβής ποσοτικός προσδιορισμός της κατανάλωσης αερίου. Υπολογίστηκαν τα moles του CO2 σε τρία βασικά στάδια (αρχική φόρτωση, κατάσταση υγρού-αερίου και ισορροπία υδρίτη), επιβεβαιώνοντας ότι η τεχνολογία των υδριτών μπορεί να επιτύχει υψηλά ποσοστά δέσμευσης, τα οποία στην παρούσα μελέτη έφτασαν το 81,53% (Tallarou et al., 2024).
Στο δεύτερο σκέλος, διερευνάται η βιομετατροπή του δεσμευμένου άνθρακα σε βιομάζα εντός φωτοβιοαντιδραστήρα. Το CO2 που ανακτάται από την αποδόμηση των υδριτών χρησιμοποιείται ως η κύρια πηγή άνθρακα για την καλλιέργεια της Chlorella vulgaris. Μέσα από επτά (7) διαφορετικές πειραματικές σειρές, αναλύθηκε η επίδραση του εμπλουτισμού με CO2 στην κυτταρική πυκνότητα και την παραγωγή ξηράς βιομάζας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η σταδιακή παροχή άνθρακα από τους υδρίτες ευνοεί την ανάπτυξη, ωστόσο προσδιορίστηκαν κρίσιμα όρια τοξικότητας και οξίνισης του μέσου που μπορούν να αναστείλουν τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα.
Η μελέτη ολοκληρώνεται με έναν θεωρητικό υπολογισμό του δεσμευμένου άνθρακα, συσχετίζοντας τη μάζα των moles που καταναλώθηκαν στον αντιδραστήρα υδριτών με την οργανική ύλη που παρήχθη. Η επιτυχής σύζευξη των δύο σταδίων προσφέρει ένα ολοκληρωμένο μοντέλο κυκλικής οικονομίας, αποδεικνύοντας ότι η τεχνολογία υδριτών αποτελεί μια αξιόλογη μέθοδο συγκέντρωσης CO2, η οποία, σε συνδυασμό με τη χρήση μικροφυκών, κλείνει αποτελεσματικά τον κύκλο του άνθρακα, μειώνοντας το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των βιομηχανικών διεργασιών.
Λέξεις-κλειδιά: Υδρίτες CO2, Βιοαέριο, Ποσοτικός Προσδιορισμός Moles, Chlorella vulgaris, Βιομάζα, Βιοδέσμευση, Κυκλική Οικονομία (CCU).
Abstract
This diploma thesis explores an innovative approach to biogas management. It focuses on separating carbon dioxide (CO2) with gas hydrate technology and using it for biomass production. In response to global efforts to address climate change and the adoption of Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) technologies, this study aims to optimize hydrate formation kinetics and CO2 sequestration by microalgae.
The experimental part of the thesis identifies the conditions for the formation and dissociation of CO2 hydrates in a lab-scale reactor. By studying the phase envelope and using real-gas equations, the study accurately measured gas use. CO2 moles were tallied at three points—start, during liquid-water-gas, and at hydrate balance—showing that hydrate methods can capture up to 81.53% CO2 in this study (Tallarou et al., 2024).
In the second stage, captured carbon is converted into biomass in a photobioreactor. CO2 released from hydrate dissociation serves as the carbon source for cultivating Chlorella vulgaris. Seven experimental series analyzed how CO2 enrichment affects cell density and dry biomass production. Results show that a gradual supply of carbon from hydrates promotes growth, but toxicity and medium acidification can inhibit photosynthesis.
The study concludes with a theoretical calculation of sequestered carbon, first linking the moles consumed in the hydrate reactor to the organic matter produced in the subsequent stage. By successfully coupling these two stages, the process forms a circular economy model. This integration demonstrates that hydrate technology efficiently concentrates CO2, and, when paired with microalgae utilization, closes the carbon cycle, ultimately reducing the environmental footprint of industrial processes.
Keywords: CO2 Hydrates, Biogas, Quantitative Mole Determination, Chlorella vulgaris, Biomass, Carbon Capture and Utilization (CCU).
