20.500.12556/DKUM-85286 Circular blue bioeconomy for shrimp shell waste valorization: environmental impact assessment magistrsko delo Krožno modro biogospodarstvo za valorizacijo odpadkov iz lupin kozic: ocena vplivov na okolje The seafood processing industry generates substantial amounts of waste, particularly from the shells of crustaceans. These shells currently hold limited to no value within the food sector, and the current methods of disposal can have negative impact on the natural bioecology. However, these shells still contain valuable compounds such as polymers, minerals, and polyphenols, which could be further utilized. Extracting these compounds using a biorefinery approach, which emphasizes sustainability, could be a viable solution. This master thesis aims to assess the environmental implications, using the Life Cycle Assessment methodology, of a shrimp shell biorefinery process, to produce valuable products, like proteins, chitin, astaxanthin and calcium carbonate. The laboratory-scale biorefinery process was initially upscaled to both pilot and industrial scales, based on equipment design. Also, a comparison between the calculated power demand of units and the power demand of units, derived from Aspen Capital Cost Estimator, was also done. For the laboratory, pilot and industrial sized process, the energy consumption was determined combined with the environmental impact assessment, such as global warming, eutrophication, acidification, ecotoxicity potentials and other. The functional unit was the production of 1 kg of chitin, where the capacity of the laboratory process was linearly scaled up. The evaluation of energy consumption revealed significant disparities among the different scales. Specifically, the upscaled laboratory process exhibited significantly higher energy consumption per kg of chitin (5,882.1 kWh) in comparison to the pilot (62.3 kWh) and industrial (21.1 kWh) scales. This outcome underscores the inadequacies of employing a linear scale-up in environmental analysis. Notably, centrifugation dominated electrical energy consumption at the laboratory-scale and industrial-scale, while refrigeration took over this role at the pilot-scale process. Related to impact assessment it was found that both pilot- and industrial-scale processes demonstrated lower overall environmental impacts, compared to the laboratory-scale process in all evaluated categories. Acidification, photochemical oxidation, eutrophication and global warming potential exhibited the most significant variations, with reductions ranging up to 97 %, while ozone layer depletion displayed only a 17 % decrease. Importantly, all three scales also exhibited some positive effects (unburdening the environment) due to the use of shrimp shell materials, with particularly noticeable improvements in the category of terrestrial ecotoxicity. Industrija predelave morskih sadežev povzroča veliko odpadkov, med katerimi imajo visok delež kozice. Lupine slednjih imajo v živilskem sektorju trenutno omejeno vrednost ali pa je sploh nimajo, sedanji načini njihovega odstranjevanja pa lahko negativno vplivajo na naravno bioekologijo. Vendar pa lupine kozic vsebujejo dragocene komponente, kot so polimeri, minerali in polifenoli, ki imajo visoko stopnjo uporabnosti. Pridobivanje teh spojin z uporabo biorafinerijskega pristopa, ki temelji na trajnostnih načelih, bi lahko bila izvedljiva rešitev s spopadanjem teh odpadkov. Namen magistrskega dela je oceniti okoljske vplive z uporabo metodologije ocene življenjskega cikla (LCA) za postopek biorafinerije lupin kozin v vredne produkte, kot so proteini, hitozan, astaksantin in kalcijev karbonat. Postopek biorafinerije, ki je bil izveden v laboratorijskem merilu, je bil na podlagi načrtovanja procesnih naprav povečan na pilotno in industrijsko raven. Prav tako je bila izvedena primerjava med izračunano močjo procesnih enot z močjo enot, pridobljenih iz programa Aspen Capital Cost Estimator. Za laboratorijski, pilotni in industrijski proces so bili ocenjeni poraba energije in okoljski vplivi, kot so potencial globalnega segrevanja, evtrofikacije, zakisljevanja, ekotoksičnosti in drugi. Izbrana funkcionalna enota je 1 kg hitina, pri čemer je kapaciteta laboratorijskega procesa linearno povečana. Ocena porabe energije je pokazala velike razlike med velikostno skalo proizvodnje. Pri linearno povečanem laboratorijskem postopku je bila poraba energije na kg hitina bistveno večja (5,882,1 kWh) v primerjavi s pilotnim (62,3 kWh) in industrijskim (21,1 kWh) postopkom. Ta rezultat poudarja neustreznost uporabe linearnega povečanja pri okoljski analizi. V primerih laboratorijskega in industrijskega merila je bila poraba električne energije največja pri centrifugiranju, v primeru pilotnega merila pa je to vlogo prevzelo zamrzovanje. Pri oceni vplivov je bilo ugotovljeno, da sta pilotni in industrijski postopek v primerjavi z laboratorijskim pokazala manjšo stopnjo vplivov na okolje v vseh ocenjenih kategorijah. Največje spremembe so bile pri acidifNamen magistrskega dela je oceniti okoljske vplive z uporabo metodologije ocene življenjskkega cikla (LCA) za postopek biorafinerije lupin kozin v vredne produkte, kot so proteini, hitozan, astaksantin in kalcijev karbonat Postopek biorafinerije, ki je bil izveden v laboratorijskem merilu, je bil na podlagi načrtovanja procesnih naprav povečan na pilotno in industrijsko raven. Za laboratorijski, pilotni in industrijski proces so bili ocenjeni poraba energije in okoljski vplivi, kot so potencial globalnega segrevanja, evtrofikacije, zakisljevanja, ekotoksičnosti in drugi. Izbrana funkcionalna enota je 1 kg hitina, pri čemer je kapaciteta laboratorijskega procesa linearno povečana. Ocena porabe energije je pokazala velike razlike med velikostno skalo proizvodnje. Pri linearno povečanem laboratorijskem postopku je bila poraba energije bistveno večja (5857 kWh) v primerjavi s pilotnim (133,9 kWh) in industrijskim (199,6 kWh) postopkom. Ta rezultat poudarja neustreznost uporabe linearnega povečanja pri okoljski analizi. Pri laboratorijskem merilu je bila poraba električne energije največja pri centrifugiranju, pri pilotmen in industrijskem merilu pa je to vlogo prevzelo hlajenje. Pri oceni vplivov je bilo ugotovljeno, da sta pilotni in industrijski postopek v primerjavi z laboratorijskim pokazala manjšo stopnjo vplivov na okolje v vseh ocenjenih kategorijah. Največje spremembe so bile pri acidifikaciji, fotokemični oksidaciji in evtrofikaciji, kjer so se okoljski vplivi zmanjšali od 62,7 % do 88,8 %, medtem ko se je vpliv na abiotsko izčrpavanje zmanjšal le za 2 %. Pomembna ugotovitev je tudi, da so se pri vseh treh velikostnih skalah pokazali tudi nekateri pozitivni učinki (razbremenitev okolja) zaradi uporabe materialov iz lupin kozic, kar je bilo še posebej opazno v kategoriji ekotoksičnosti zemlje. Shrimp shells Biorefinery Process design Life cycle assessment (LCA) Circular bioeconomy Process Scale-up Lupinice kozic biorafinerija načrtovanje procesa ocena življenjskega cikla (LCA) krožno biogospodarstvo povečanje obsega proizvodnje true true false [R. Pučnik] Angleški jezik Slovenski jezik Magistrsko delo/naloga 2023-08-24 14:00:13 2023-10-04 14:07:13 2024-04-11 03:45:45 0000-00-00 00:00:00 2023 0 Maribor 0 Maribor 1 spletni vir (1 datoteka PDF (XI, 81 f.)) 0000-00-00 NiDoloceno NiDoloceno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 2026-09-01 502.173/.174:66.012(043.2) 192065539 MAG_Pucnik_Rok_2023.pdf MAG_Pucnik_Rok_2023.pdf 1 284106E6B5E68546B7BB5A6958A2991F f24c58f41a4849c8f285c9e3d50eeac7ce87bda08251c4bc60a036414d17c982 99a374e1-60a0-11ee-9597-00155d000105 https://dk.um.si/Dokument.php?lang=slv&id=173194 Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo 0 0 0