DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-024-32468-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38407704
تاريخ النشر: 2024-02-26
المؤلف: Ghizlane Enaime وآخرون
الموضوع الرئيسي: جودة الزيوت الصالحة للأكل والتحليل
نظرة عامة
تسلط المراجعة الضوء على الزيادة في إنتاج نفايات معاصر الزيتون (OMWs) بسبب الطلب المتزايد على زيت الزيتون، مما يطرح تحديات بيئية كبيرة. القيود المالية التي تواجه معاصر الزيتون تعيق التخلص الفعال من النفايات، مما يستدعي الحاجة إلى استراتيجيات مبتكرة للتثمين ضمن إطار الاقتصاد الدائري. تقيم الورقة مختلف التقدمات التكنولوجية لإعادة استخدام OMW، مع التأكيد على الإمكانيات للتطبيقات في إنتاج الطاقة والزراعة وقطاعات أخرى. ومع ذلك، تشير إلى أن التثمين لـ OMWs لا يزال غير مستغل بشكل كاف، مع وجود حواجز كبيرة أمام التنفيذ على نطاق واسع، بما في ذلك العوامل التكنولوجية والتنظيمية والاجتماعية.
تؤكد الخاتمة على مسؤولية قطاع الزيتون في إدارة نفاياته بشكل مستدام، مدفوعة بوعي المجتمع وضغوط تنظيمية. تحدد المراجعة طرقًا واعدة لاستعادة الموارد من OMWs، مثل الغاز الحيوي، والبيوكربون، والأسمدة، لكنها تشدد على ضرورة اتباع نهج عقلاني للتثمين. تدعو إلى تعزيز التعاون بين أصحاب المصلحة، وزيادة وعي المستهلك، وسياسات داعمة لتسهيل الانتقال من البحث إلى التطبيق الصناعي. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على العمليات على نطاق واسع، والتقييمات التقنية والاقتصادية، وتطوير العمليات المتكاملة لتحسين تثمين OMW مع معالجة التباين الكامن في تركيبة النفايات.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية صناعة استخراج زيت الزيتون، التي تنتج أكثر من 3 ملايين طن من زيت الزيتون سنويًا، خاصة في الدول المتوسطية. لا يساهم هذا القطاع فقط في التنمية الاقتصادية والاجتماعية، بل يواجه أيضًا تحديات بسبب النفايات الكبيرة الناتجة خلال عمليات الاستخراج. تنتج الطرق التقليدية وتقنيات الاستخراج بالطرد المركزي الحديثة كميات كبيرة من نفايات معاصر الزيتون الصلبة (OMSW) ومياه الصرف من معاصر الزيتون (OMWW)، مع تقديرات تشير إلى أن إنتاج طن واحد من زيت الزيتون ينتج حوالي 0.6 طن من OMSW و1.5 م³ من OMWW. بينما تعتبر عملية الاستخراج ذات المرحلتين أكثر صداقة للبيئة، إلا أنها لا تزال تنتج نفايات شبه صلبة ذات محتوى رطوبة مرتفع.
لقد كانت إدارة نفايات معاصر الزيتون (OMWs) تاريخيًا مشكلة بسبب خصائصها غير المرغوب فيها، بما في ذلك الحموضة العالية، والملوحة، والسمية النباتية. تشكل طرق التخلص التقليدية، مثل التخزين في برك مفتوحة أو تصريفها في المسطحات المائية، مخاطر بيئية، مما يستدعي التحول نحو بدائل مستدامة. تؤكد الأبحاث الحديثة على تثمين OMWs، معتبرة إياها موارد محتملة بدلاً من مجرد نفايات. تقترح تطبيقات متنوعة لـ OMWs، بما في ذلك إنتاج الطاقة الحيوية، ومعالجة مياه الصرف، وإنشاء الأسمدة الحيوية. ومع ذلك، فإن التنفيذ على نطاق واسع لهذه الاستراتيجيات التثمين يعيقه تحديات فنية واقتصادية. تهدف الورقة إلى استكشاف المحركات، والمعرفة الحالية، والقيود، وآفاق المستقبل لتحويل OMWs إلى موارد قيمة ضمن قطاع زيت الزيتون.
طرق
تناقش هذه القسم استخدام الطرق الحرارية الكيميائية لتوليد الطاقة من نفايات معاصر الزيتون الصلبة (OMSW) ومياه الصرف من معاصر الزيتون (OMWW). تعتبر OMSW، ذات محتوى رطوبة أقل وقيمة حرارية دنيا أعلى (LHV) تتراوح بين 15.58 إلى 19.81 MJ/kg، مناسبة للاحتراق المباشر، وغالبًا ما تحل محل الوقود الأحفوري في تطبيقات التدفئة المختلفة. تشمل الأمثلة البارزة استخدام حجارة الزيتون في الغلايات المنزلية والصناعية، والتشغيل الناجح لمولد غاز صغير النطاق الذي أنتج 70 كيلووات من الكهرباء و110 كيلووات من الطاقة الحرارية من مزيج من OMSW وكتل حيوية أخرى. ومع ذلك، تتطلب التحديات مثل محتوى الرطوبة العالي، الذي يؤثر على كفاءة الاحتراق ويزيد من الانبعاثات (لا سيما CO)، طرق معالجة مسبقة لتحسين خصائص الوقود.
توصى تقنيات التحويل الحراري مثل التحلل الحراري، والتجفيف، والتغويز، والكربنة المائية (HTC) لتحسين خصائص OMSW للاحتراق. يعتبر HTC، على وجه الخصوص، مفيدًا لمعالجة الركائز ذات محتوى الرطوبة العالي مثل نفايات معاصر الزيتون ذات المرحلتين (TPOMW) دون تجفيف مكثف. تشير الدراسات إلى أن HTC يمكن أن ينتج مواد غنية بالكربون ذات محتوى طاقة كبير بينما تحافظ على الكتلة بشكل أفضل من التحلل الحراري. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت المعالجة المشتركة لـ OMSW وOMWW وعدًا في إنتاج وقود حيوي صلب مستقر وعالي الكثافة الطاقية. في المقابل، تبرز الطرق البيوكيميائية مثل الهضم اللاهوائي والتخمير لتحويل OMW ذات الحمولة العضوية العالية إلى وقود حيوي مثل الميثان، والإيثانول، والهيدروجين.
مناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على أهمية استخدام نفايات معاصر الزيتون (OMWs) ضمن إطار الاقتصاد الدائري، الذي يعزز تجديد المواد ويقلل من النفايات. يمكن تحويل OMWs، التي تعتبر غالبًا ملوثة للغاية، إلى موارد قيمة من خلال طرق استرداد متنوعة، مما يعزز استدامة سلسلة إنتاج زيت الزيتون. تسلط الورقة الضوء على إمكانيات OMWs لإنتاج الطاقة، خاصة من خلال الهضم اللاهوائي لتوليد الغاز الحيوي، حيث يمكن أن تحسن طرق المعالجة المسبقة من عوائد الميثان على الرغم من التحديات التي تطرحها الأحمال العضوية العالية والمركبات الفينولية. لقد أظهر الهضم المشترك مع الركائز الغنية بالنيتروجين أنه يعزز إنتاج الغاز الحيوي، مما يجعله استراتيجية إدارة قابلة للتطبيق.
علاوة على ذلك، تناقش هذه القسم التطبيقات الزراعية لـ OMWs، بما في ذلك استخدامها المباشر كمواد تحسين للتربة والتسميد. بينما يمكن أن يحسن الانتشار المباشر خصوبة التربة من خلال توفير العناصر الغذائية الأساسية، إلا أنه يشكل أيضًا مخاطر من السمية النباتية، والتي يمكن التخفيف منها من خلال ممارسات الإدارة الدقيقة. يمكن أن يؤدي التسميد لـ OMWs مع مواد عضوية أخرى إلى إنتاج أسمدة غنية بالعناصر الغذائية تدعم نمو النباتات دون آثار سلبية. يتم تقديم تحويل OMWs إلى بيوكربون أو هيدروكربون من خلال التحلل الحراري كنهج مبتكر لتحسين جودة التربة ودعم الممارسات الزراعية المستدامة. بشكل عام، تؤكد النتائج على ضرورة اعتماد منتجي زيت الزيتون لاستراتيجيات إدارة النفايات المتكاملة التي تتماشى مع اللوائح البيئية وتوقعات المجتمع للاستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-024-32468-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38407704
Publication Date: 2024-02-26
Author(s): Ghizlane Enaime et al.
Primary Topic: Edible Oils Quality and Analysis
Overview
The review highlights the increasing production of olive mill wastes (OMWs) due to the rising demand for olive oil, which poses significant environmental challenges. The financial constraints faced by olive mills hinder effective waste disposal, prompting the need for innovative valorization strategies within a circular economy framework. The paper assesses various technological advancements for OMW reuse, emphasizing the potential for applications in energy production, agriculture, and other sectors. However, it notes that the valorization of OMWs remains underutilized, with significant barriers to large-scale implementation, including technological, organizational, and social factors.
The conclusion underscores the olive sector’s responsibility to manage its waste sustainably, driven by community awareness and regulatory pressures. The review identifies promising avenues for resource recovery from OMWs, such as biogas, biochar, and fertilizers, but stresses the necessity for a rational approach to valorization. It calls for enhanced collaboration among stakeholders, increased consumer awareness, and supportive policies to facilitate the transition from research to industrial application. Future research should focus on large-scale operations, techno-economic assessments, and the development of integrated processes to optimize OMW valorization while addressing the inherent variability in waste composition.
Introduction
The introduction highlights the significance of the olive oil extraction industry, which produces over 3 million tons of olive oil annually, particularly in Mediterranean countries. This sector not only contributes to economic and social development but also faces challenges due to the substantial waste generated during extraction processes. Traditional methods and modern centrifugal extraction techniques yield large quantities of olive mill solid waste (OMSW) and olive mill wastewater (OMWW), with estimates suggesting that the production of one ton of olive oil results in approximately 0.6 tons of OMSW and 1.5 m³ of OMWW. While the two-phase extraction process is more eco-friendly, it still produces semi-solid waste with high moisture content.
The management of olive mill wastes (OMWs) has historically been problematic due to their undesirable characteristics, including high acidity, salinity, and phytotoxicity. Conventional disposal methods, such as storage in open ponds or discharge into water bodies, pose environmental risks, prompting a shift towards sustainable alternatives. Recent research emphasizes the valorization of OMWs, viewing them as potential resources rather than mere waste. Various applications for OMWs are proposed, including bioenergy production, wastewater treatment, and the creation of biofertilizers. However, the large-scale implementation of these valorization strategies is hindered by technical and economic challenges. The paper aims to explore the drivers, current knowledge, limitations, and future prospects of transforming OMWs into valuable resources within the olive oil sector.
Methods
The section discusses the utilization of thermochemical methods for energy generation from olive mill solid waste (OMSW) and olive mill wastewater (OMWW). OMSW, with a lower moisture content and a higher lower heating value (LHV) ranging from 15.58 to 19.81 MJ/kg, is suitable for direct combustion, often replacing fossil fuels in various heating applications. Notable examples include the use of olive stones in domestic and industrial boilers, and the successful operation of a small-scale downdraft gasifier that produced 70 kW of electricity and 110 kW of thermal energy from a mix of OMSW and other biomass. However, challenges such as high moisture content, which affects combustion efficiency and increases emissions (notably CO), necessitate pre-treatment methods to enhance fuel properties.
Thermal conversion techniques like pyrolysis, torrefaction, gasification, and hydrothermal carbonization (HTC) are recommended to improve the characteristics of OMSW for combustion. HTC, in particular, is advantageous for treating high-moisture content substrates like two-phase olive mill waste (TPOMW) without extensive drying. Studies indicate that HTC can yield carbon-rich materials with significant energy content while conserving mass better than pyrolysis. Additionally, co-hydrothermal treatment of OMSW and OMWW has shown promise in producing stable, high-energy-density solid biofuels. In contrast, biochemical methods such as anaerobic digestion and fermentation are highlighted for converting high-organic-load OMW into biofuels like methane, ethanol, and hydrogen.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the importance of utilizing olive mill wastes (OMWs) within the framework of a circular economy, which promotes the regeneration of materials and minimizes waste. OMWs, often considered highly polluting, can be transformed into valuable resources through various recovery methods, enhancing the sustainability of the olive oil production chain. The paper highlights the potential of OMWs for energy production, particularly through anaerobic digestion for biogas generation, where pretreatment methods can improve methane yields despite challenges posed by high organic loads and phenolic compounds. Co-digestion with nitrogen-rich substrates has been shown to enhance biogas production, making it a viable management strategy.
Furthermore, the section discusses the agricultural applications of OMWs, including their direct use as soil amendments and composting. While direct spreading can improve soil fertility by providing essential nutrients, it also poses risks of phytotoxicity, which can be mitigated through careful management practices. Composting OMWs with other organic materials can yield nutrient-rich fertilizers that support plant growth without adverse effects. The conversion of OMWs into biochar or hydrochar through pyrolysis is presented as an innovative approach to enhance soil quality and support sustainable agricultural practices. Overall, the findings underscore the necessity for olive oil producers to adopt integrated waste management strategies that align with environmental regulations and societal expectations for sustainability.