Η κλιματική αλλαγή και η επιτακτική ανάγκη για τη σταδιακή απανθρακοποίηση της ενέργειας έχουν καταστήσει την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας κεντρική προτεραιότητα σε διεθνές επίπεδο. Στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας, η τεχνολογία της αναερόβιας χώνευσης αναδεικνύεται σε μία από τις πιο υποσχόμενες μεθόδους, καθώς προσφέρει διπλό περιβαλλοντικό όφελος: την ορθολογική διαχείριση και επεξεργασία οργανικών υπολειμμάτων και την ταυτόχρονη παραγωγή βιοαερίου υψηλής ενεργειακής αξίας. Η Ελλάδα, λόγω του εκτεταμένου πρωτογενούς τομέα της, διαθέτει πλούσιο και εν πολλοίς ανεκμετάλλευτο δυναμικό αγροκτηνοτροφικών αποβλήτων. Ωστόσο, η λειτουργική συμπεριφορά των μονάδων αυτών σε πραγματικές συνθήκες πεδίου παρουσιάζει σύνθετες προκλήσεις, οι οποίες εξαρτώνται άμεσα από τη σύσταση του μίγματος τροφοδοσίας, τον τύπο των αντιδραστήρων και τις στρατηγικές διαχείρισης της βιολογικής διεργασίας.

Αντικείμενο και σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η συστηματική αξιολόγηση και η συγκριτική μελέτη της απόδοσης τριών πρότυπων μονάδων αναερόβιας χώνευσης αγροκτηνοτροφικών αποβλήτων και βιομηχανικών υποπροϊόντων κλίμακας πεδίου, οι οποίες λειτουργούν στην ευρύτερη περιοχή της Κεντρικής Μακεδονίας. Η μεθοδολογία της έρευνας βασίστηκε στη συγκέντρωση, επεξεργασία και στατιστική ανάλυση πραγματικών πειραματικών και λειτουργικών δεδομένων ενός πλήρους έτους. Στο πλαίσιο αυτό, εξετάστηκαν οι διακυμάνσεις κρίσιμων φυσικοχημικών παραμέτρων εντός των χωνευτών, όπως το pH, ο λόγος πτητικών οργανικών οξέων προς τη ρυθμιστική ικανότητα, η συγκέντρωση αμμωνιακών ιόντων και το ποσοστό των ολικών στερεών. Παράλληλα, αξιολογήθηκε η ποσοτική και ποιοτική απόδοση παραγωγής βιοαερίου με βάση τον ημερήσιο όγκο, την περιεκτικότητα σε μεθάνιο και τις προσμίξεις υδροθείου.

Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι και οι τρεις μονάδες στηρίζουν τη λειτουργία τους σε έναν σταθερό κορμό τροφοδοσίας από υγρά και στερεά κτηνοτροφικά απόβλητα, κυρίως αγελαδινή και πτηνοτροφική κοπριά. Ο κορμός αυτός εμπλουτίζεται σε μεταβλητά ποσοστά με δευτερογενή, ενεργειακά υποστρώματα και εποχικά απόβλητα της περιοχής, όπως ενσίρωμα καλαμποκιού, πούλπα φρούτων, κατσίγαρο, τυρόγαλο και υπολείμματα γαλακτοβιομηχανιών.

Από τη συγκριτική ανάλυση των δεικτών απόδοσης προέκυψε ότι η σταθερότητα της τροφοδοσίας αποτελεί τον καθοριστικό παράγοντα για τον τελικό όγκο του παραγόμενου προϊόντος. Οι μονάδες που διατήρησαν ένα ομοιογενές ιστορικό εισροών καθ' όλη τη διάρκεια του έτους παρουσίασαν υψηλότερη και πιο προβλέψιμη ημερήσια παραγωγή βιοαερίου, αποφεύγοντας τις έντονες μεταβολές. Αντίθετα, η απότομη και εποχική εισαγωγή υπολειμμάτων με υψηλό οργανικό φορτίο, όπως ο κατσίγαρος ή η πούλπα φρούτων, αναγκάζει τη μικροβιακή κοινότητα σε περιόδους προσαρμογής, προκαλώντας σποραδικές διακυμάνσεις στην απόδοση.

Όσον αφορά την ενεργειακή ποιότητα του αερίου, η περιεκτικότητα σε μεθάνιο αποδείχθηκε εξαιρετικά σταθερή και παρεμφερής και στις τρεις εγκαταστάσεις, επιβεβαιώνοντας ότι η μεθανογένεση δεν αναστέλλεται εύκολα όταν οι βασικές συνθήκες διατηρούνται εντός των επιθυμητών ορίων. Στον αντίποδα, το υδροθείο αναδείχθηκε ως η πιο ευαίσθητη παράμετρος στις αλλαγές των υποστρωμάτων, εμφανίζοντας έντονες εξάρσεις και αυξημένες τιμές κατά τις περιόδους χρήσης πρωτεϊνούχων ή θειούχων αποβλήτων, γεγονός που επιτείνει την ανάγκη για αποτελεσματικά συστήματα αποθείωσης.

Σχετικά με τη φυσικοχημική σταθερότητα των αντιδραστήρων, οι τιμές του pH παρέμειναν εντός του ιδανικού αλκαλικού εύρους όπως και ο λόγος FOS/TAC εντός του επιθυμητού εύρους τιμών, επιβεβαιώνοντας την ισχυρή ρυθμιστική ικανότητα που προσφέρει η χρήση κτηνοτροφικών αποβλήτων ως βασικό υπόστρωμα.

Το βασικό συμπέρασμα της παρούσας εργασίας είναι ότι η απόδοση των μονάδων αναερόβιας χώνευσης στην Ελλάδα καθορίζεται κυρίως από τη δυνατότητα διατήρησης μιας ισορροπημένης και ελεγχόμενης συνδιαχείρισης. Η ανάμειξη κτηνοτροφικών αποβλήτων με εποχικά υποπροϊόντα πρέπει να σχεδιάζεται με ακρίβεια ώστε να αποτρέπονται φαινόμενα βιολογικής αναστολής, στα οποία πάντως οι εγχώριες μικροβιακές κοινότητες δείχνουν αξιοσημείωτο εγκλιματισμό. Τέλος, η εργασία προτείνει την εντατικοποίηση των αυτοματοποιημένων ελέγχων σε πραγματικό χρόνο και την περαιτέρω διερεύνηση της αξιοποίησης του χωνεμένου υπολείμματος ως πιστοποιημένου οργανικού λιπάσματος, ενισχύοντας τη συνολική βιωσιμότητα των επενδύσεων βιοαερίου στον ελληνικό αγροτικό χώρο.

Climate change and the imperative need for the gradual decarbonization of energy sectors have prioritized the deployment of Renewable Energy Sources globally. Within the framework of the circular economy, anaerobic digestion stands out as one of the most promising technologies, offering a dual environmental benefit through the sustainable treatment of organic residues and the simultaneous generation of high-energy-content biogas. Despite Greece's substantial biogas production potential due to its extensive primary sector, the operational performance of field-scale anaerobic digestion plants presents complex challenges, which rely directly on feedstock composition, reactor technology, and biological process management.

The primary objective of this master’s thesis is to systematically evaluate and compare the operational performance of three field-scale anaerobic digesters processing agricultural/livestock wastes and industrial by-products in Central Macedonia, Greece. The research methodology involved gathering, processing, and statistically analyzing real-world experimental and operational data spanning a full year. Critical physicochemical parameters within the digesters were evaluated, including pH, volatile organic acids to total inorganic carbon ratio, ammonium ion concentration, and total solids percentage. Concurrently, the quantitative and qualitative efficiency of biogas production was assessed based on daily volumes, methane content, and concentrations of corrosive hydrogen sulfide impurities.

The findings demonstrate that all three facilities rely on a steady core feeding substrate composed of livestock manure, which is co-digested with variable ratios of secondary energy-rich substrates and seasonal agro-industrial residues, such as corn silage, fruit pulp, olive mill wastewater, vinasse, whey, and dairy wastes.

The comparative analysis yielded that feedstock stability is the key determining factor regarding the final volume of the generated product. Facilities that sustain a homogeneous input profile throughout the year achieve higher and more predictable daily biogas production, avoiding severe fluctuations. Conversely, the abrupt and seasonal introduction of residues with high organic loading, such as olive mill wastewater or fruit pulp, forces the microbial community into adaptation phases, causing sporadic variations in yield.

Regarding the energetic quality of the gas, methane content proved remarkably stable and comparable across all installations, confirming that methanogenic activity is not easily inhibited as long as baseline conditions remain within desired limits. On the other hand, hydrogen sulfide emerged as the most sensitive parameter to feedstock shifts, displaying distinct spikes and elevated values during periods of protein- or sulfur-rich waste utilization, which underscores the necessity for effective desulfurization systems.

As far as the physicochemical stability of the digesters is concerned, pH levels consistently fell within the optimal alkaline zone and the FOS/TAC values remained within the nominal range, demonstrating the strong buffering capacity provided by the use of cattle manure.

The overriding conclusion of this study is that the performance of anaerobic digesters in Greece is heavily dependent on sustaining a balanced and carefully managed co-digestion mixture. The blending of livestock wastes with seasonal by-products must be precisely engineered to prevent biological inhibition phenomena, such as ammonia toxicity, to which domestic microbial communities display remarkable acclimatization. Ultimately, this thesis recommends expanding real-time automated process monitoring and further exploring the commercial upgrading of digestate into certified organic fertilizers, thereby boosting the techno-economic viability of biogas investments in the Greek agricultural sector.