Τεχνο-οικονομική Ανάλυση Μονάδας Αξιοποίησης Βιομάζας Για Την Παραγωγή Βιοαερίου

Abstract

Η παρούσα τεχνοοικονομική ανάλυση μονάδας αξιοποίησης βιομάζας για παραγωγή βιοαερίου, έχει επιλεχθεί ως θέμα για την συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία, καθώς η βιώσιμη ενέργεια και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι πολύ επίκαιρα θέματα, δεδομένης της παγκόσμιας ανάγκης για μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την προώθηση των "πράσινων" τεχνολογιών. Η πτυχιακή εργασία εστιάζει στην τεχνοοικονομική ανάλυση μιας μονάδας παραγωγής βιοαερίου από βιομάζα ισχύος 1 MW που μπορεί να δώσει μια βαθύτερη κατανόηση τεχνολογικής και οικονομικής πτυχής, η οποία είναι κρίσιμη για την αξιολόγηση της βιωσιμότητας του έργου. Η βιομάζα και η παραγωγή βιοαερίου είναι τομείς που εξελίσσονται συνεχώς προσφέροντας πολλές ευκαιρίες για καινοτόμο έρευνα. Ακόμη ένας λόγος που έγινε η επιλογή του θέματος είναι ότι συνεισφέρει σε έναν τομέα που έχει σημαντικές επιπτώσεις για το μέλλον του πλανήτη και της ανθρωπότητας. Η εργασία εστιάζει στην τεχνοοικονομική αξιολόγηση μιας μονάδας αξιοποίησης βιομάζας για παραγωγή βιοαερίου, η οποία αποτελεί μια κρίσιμη εφαρμογή της κυκλικής οικονομίας. Αυτή η μέθοδος μετατρέπει τη βιομάζα, η οποία αποτελείται από διαφορετικά ήδη οργανικών αποβλήτων, σε μια προσοδοφόρα πηγή ενέργειας, συμβάλλοντας στη μείωση των απορριμμάτων και στην καλύτερη χρήση των πόρων. Το παραγόμενο βιοαέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας ή να επεξεργαστεί σε βιομεθάνιο για το δίκτυο φυσικού αερίου. Αυτή η διαδικασία μειώνει τα απόβλητα, παράγει ανανεώσιμη ενέργεια και ενισχύει την αειφορία. Η χρήση αποβλήτων για την παραγωγή ενέργειας γενικότερα ενισχύει την κυκλική οικονομία, προωθώντας την ανακύκλωση και την επαναχρησιμοποίηση πόρων. Ολοκληρώνοντας, σκοπός της έρευνας είναι να διερευνήσει σε βάθος το επενδυτικό κόστος και τη βιωσιμότητα του επενδυτικού σχεδίου, με έμφαση στην ανάλυση των λειτουργικών εσόδων και εξόδων, ώστε να προσδιοριστεί η οικονομική βιωσιμότητα και η μακροπρόθεσμη επιτυχία του. Η εργασία εκπονείται, παραπέμποντας στο θεωρητικό υπόβαθρο της βιομάζας, όπου περιγράφονται αναλυτικά οι ιδιότητες, τα πλεονεκτήματα αλλά και μειονεκτήματα της καθώς και τεχνολογίες βιομάζας γενικότερα και επιπλέον στην Ελλάδα πιο συγκεκριμένα. Έπειτα σε δεύτερο χρόνο αναλύεται το κομμάτι του βιοαερίου, δηλαδή του παραγόμενου προϊόντος, αναλυτικά οι τρόποι παραγωγής του και ειδικά τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης, όπου και επιλέγεται ως διεργασία παραγωγής του βιοαερίου. Αυτή η μελέτη, επίσης, εξετάζει τόσο την τεχνολογική όσο iii και την οικονομική σκοπιμότητα μιας τέτοιας μονάδας, δίνοντας έμφαση στο ρόλο της κυκλικής οικονομίας στη βιώσιμη ανάπτυξη. Αρχικά παρουσιάζεται αναλυτικά η χωρική τοποθέτηση της μονάδας μέσω της πολυκριτηριακής ανάλυσης ώστε να βρεθεί η βέλτιστη τοποθεσία για την εγκατάσταση της μονάδας παραγωγής βιοαερίου 1MW, ανάμεσα σε πεδινές και ημιπεδινές εκτάσεις, για την αναερόβια και αερόβια χώνευση, καταλήγοντας στις πεδινές εκτάσεις σε μονάδα αναερόβιας χώνευσης ως καλύτερη επιλογή. Έπειτα εφαρμόζοντας την ίδια μεθοδολογία συγκρίνουμε κυρίως την αναερόβια και αερόβια χώνευση (κομποστοποίηση ) για να αποδείξουμε πως η πιο κατάλληλη διεργασία είναι η αναερόβια χώνευση. Επομένως με βάση τα αποτελέσματα της πολυκριτηριακής ανάλυσης, πραγματοποιείται εκτενής οικονομοτεχνική αξιολόγηση των διεργασιών. Κύριος πυρήνας της παρούσας πτυχιακής εργασίας αποτελεί η μεθοδολογία για την αξιολόγηση επένδυσης. Το κόστος της επένδυσης και ο υπολογισμός των λειτουργικών κοστών αποτελούν βασικά θεμέλια στην τεχνοοικονομική αξιολόγηση καθώς περιλαμβάνουν δαπάνες οι οποίες σχετίζονται με την καθημερινή λειτουργία της μονάδας και συμπεριλαμβάνονται στο αρχικό κεφάλαιο το οποίο θα πρέπει να καλύψει τα πρώτα έξοδα όπως την αγορά οικοπέδου, τον ηλεκτρολογικό και μηχανολογικό εξοπλισμό, υπηρεσίες, έργα πολιτικού μηχανικού κ.α. Η αξιολόγηση επένδυσης βασίζεται κυρίως στο δείκτη Καθαρής Παρούσας Αξίας, που αντιπροσωπεύει το καθαρό όφελος ολόκληρου του κύκλου ζωής της επένδυσης, η τιμή του ΚΠΑ είναι 3.001.753 €, και ο εσωτερικός βαθμός απόδοσής είναι 18,0 %, επομένως ο δείκτης IRR αντιπροσωπεύει μια καλή απόδοση της επένδυσης. ABSTRACT This techno-economic analysis of a biomass utilization unit for biogas production has been selected as the topic of this thesis, as sustainable energy and renewable energy sources are highly relevant issues, given the global need to reduce greenhouse gas emissions and promote "green" technologies. The thesis focuses on the techno-economic analysis of a 1 MW biogas production unit from biomass, aiming to provide a deeper understanding of both the technological and economic aspects, which are critical for evaluating the project's feasibility. Biomass and biogas production are rapidly evolving sectors that offer numerous opportunities for innovative research. Another reason for selecting this topic is its contribution to a field with significant implications for the future of the planet and humanity. The study emphasizes the techno-economic evaluation of a biomass-to-biogas unit, which represents a key application of the circular economy. This method converts biomass—consisting of various types of organic waste—into a profitable energy source, helping reduce waste and making better use of resources. The biogas produced can be used as a fuel for electricity and heat generation or be processed into biomethane for injection into the natural gas grid. This process reduces waste, generates renewable energy, and enhances sustainability. The use of waste for energy production supports the circular economy by promoting recycling and resource reuse. Ultimately, the goal of this research is to thoroughly investigate the investment cost and the feasibility of the project, with an emphasis on analyzing operating revenues and expenses, in order to determine the economic viability and long-term success of the investment. The thesis is structured around the theoretical background of biomass, with detailed descriptions of its properties, advantages, disadvantages, and biomass technologies in general, as well as a specific focus on the situation in Greece. In the following sections, the focus shifts to biogas, the final product, explaining its production methods in detail—particularly anaerobic digestion, which is selected as the main production process. This study also examines both the technological and economic feasibility of such a unit, highlighting the role of the circular economy in sustainable development. v Initially, a detailed spatial placement analysis of the unit is presented using multicriteria analysis to determine the optimal location for the installation of a 1 MW biogas production plant, comparing flat and semi-flat areas. The analysis concludes that flat areas and an anaerobic digestion unit are the most suitable options. Using the same methodology, anaerobic digestion is compared with aerobic digestion (composting) to demonstrate that anaerobic digestion is the more appropriate process. Based on the results of the multicriteria analysis, an extensive techno-economic evaluation of the processes is conducted. The core of this thesis is the methodology for investment evaluation. The investment cost and the calculation of operating costs form the foundation of the techno-economic assessment, as they include expenses related to the daily operation of the unit and are part of the initial capital required to cover early-stage costs such as land purchase, electrical and mechanical equipment, services, civil engineering works, etc. The investment evaluation is mainly based on the Net Present Value (NPV) index, which represents the net benefit over the entire lifecycle of the investment. The NPV value is €3,001,753, and the Internal Rate of Return (IRR) is 18.0%, indicating a strong return on investment.