Η παρούσα διπλωματική εργασία εντάσσεται στο ερευνητικό πεδίο των καταλυτικών διεργασιών για την αξιοποίηση της βιομάζας και συγκεκριμένα στη διερεύνηση των σύγχρονων εξελίξεων και προκλήσεων που αφορούν την παραγωγή βιοπλαστικών από βιομάζα.

Η ανάγκη για εύρεση εναλλακτικών λύσεων στην χρήση πλαστικών προερχόμενων από πετρελαϊκά προϊόντα που είναι τοξικά και μολύνουν το περιβάλλον, οδήγησε στην μελέτη και ανάπτυξη μεθόδων παραγωγής βιοπλαστικών από βιολογικές πηγές και ανανεώσιμη βιομάζα μέσω καταλυτικών διεργασιών, που συγκεντρώνουν μεγάλης προσοχής τα τελευταία χρόνια.

Στην διπλωματική αυτή εργασία γίνεται κριτική ανασκόπηση των σύγχρονων καταλυτικών διεργασιών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοπλαστικών αξιοποιώντας τη βιομάζα ενώ γίνεται προσπάθεια για εκτίμηση της αποτελεσματικότητας, των προκλήσεων και προοπτικών των μεθόδων αυτών στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας και της βιώσιμης ανάπτυξης, ως φιλικές προς το περιβάλλον και οικονομικά συμφέρουσες.

Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο εξετάζεται η βιομάζα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας, ενώ παρουσιάζονται οι πηγές προέλευσής της καθώς και η χημική της σύσταση.

Η ξεχωριστή σημασία που έχουν τα βιοπλαστικά την τελευταία δεκαετία ως εναλλακτικά υλικά των προϊόντων πετροχημικής προέλευσης και η συμβολή τους στην πράσινη μετάβαση αποτυπώνονται στο δεύτερο κεφάλαιο. Παρουσιάζονται οι κατηγορίες και οι τύποι των βιοπλαστικών όπως επίσης η χρήση και οι εφαρμογές τους σε διαφορετικούς τομείς.

Οι τρόποι μετασχηματισμού της βιομάζας και οι σύγχρονες τεχνολογίες μετατροπής της σε προϊόντα προστιθέμενης αξίας, δίνονται στο τρίτο κεφάλαιο ενώ στο τέταρτο παρουσιάζονται οι δομικές μονάδες παραγωγής βιοπλαστικών και οι μέθοδοι παραγωγής των βιοπλαστικών που χρησιμοποιούνται ευρέως σε ποικίλες βιομηχανικές εφαρμογές.

Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση των καταλυτών που αξιοποιούνται για την μετατροπή της υδροξυμεθυλοφουρφουράλης, βασικής χημικής ένωσης που προέρχεται από βιομάζα και χρησιμοποιείται για την παραγωγή βιοπλαστικών προϊόντων.

Στο έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά οι προκλήσεις που έχει να αντιμετωπίσει η βιομηχανία παραγωγής βιοπλαστικών και οι κύριες εταιρείες παραγωγής ενώ στο έβδομο και τελευταίο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας δίνονται τα βασικά συμπεράσματα και προτάσεις για την μελλοντική αξιοποίηση.  

This diploma thesis falls within the research field of catalytic processes for biomass valorization, and specifically the recent developments and challenges related to the production of bioplastics utilizing biomass feedstocks.

The need for alternative solutions to the use of plastics derived from petroleum products, that are toxic and environmental pollutants, has led to the study and development of bioplastics’ production methods from biobased and renewable biomass sources through catalytic processes, that have attracted significant attention in recent years.

This thesis provides a critical review of modern catalytic processes used for bioplastics’ production, through biomass utilization, while also attempting to assess the efficiency, challenges, and prospects of these methods within the framework of the circular economy and sustainable development, as environmentally friendly and economically viable solutions.

More precisely, the first chapter explores the use of biomass as a feedstock for producing high value-added products, alongside an overview of its origins and chemical composition.

The distinctive importance of bioplastics over the last decade as alternative materials to petrochemical-based products, and their significant contribution to green transition, are highlighted in the second chapter. The categories and types of bioplastics are presented, along with their uses and applications in different sectors.

The methods of biomass transformation and modern technologies for converting biomass into value-added products are discussed in the third chapter, while the fourth chapter presents the building blocks for bioplastic production and the production methods of bioplastics that are widely used in various industrial applications.

The fifth chapter reviews the catalysts utilized for the conversion of hydroxymethylfurfural (HMF), a biomass derived key chemical compound used in the production of bioplastic products.

The sixth chapter briefly presents the challenges faced by the bioplastics production industry, as well as the major production companies, while the seventh and final chapter of this thesis provides the main conclusions and proposals for future utilization.