Синтез біопалива на основі тригліцеридів рослинного походження з використанням метилового та етилового спиртів

Abstract

Сучасні дослідження в галузі альтернативної енергетики зосереджені на розробці ефективних методів отримання біопалива з відновлюваної сировини. У даній роботі представлено комплексний аналіз процесу переестерифікації тригліцеридів соняшникової, ріпакової та соєвої олій з використанням метилового та етилового спиртів. Метою дослідження є оптимізація технологічних параметрів синтезу для підвищення виходу та якості кінцевого продукту. Процес переестерифікації досліджувався за різних температурних режимів (60–65 °C для метанолу, 75–78 °C для етанолу) при молярному співвідношенні спирт : олія 6:1. В якості каталізаторів застосовувалися гомогенні (KOH, NaOH) та гетерогенні (CaO, MgO) системи з концентрацією 0,8–1,0 % від маси сировини. Тривалість реакції становила 60–90 хв, а її перебіг контролювався методами газової хроматографії та ЯМР-спектроскопії. Експериментально встановлено, що використання метанолу забезпечує вищий вихід біопалива (95–97 %) порівняно з етанолом (90–92 %). Однак етилові естери демонструють кращі низькотемпературні характеристики, що робить їх перспективними для використання в холодному кліматі. Найвищу активність серед каталізаторів показав KOH, тоді як гетерогенні системи потребували більш тривалого часу реакції. На підставі отриманих даних розроблено технологічну схему, яка включає етапи очищення сировини, переестерифікації, сепарації гліцеринової фази та дистиляції естерів. Запропоновано методи рекуперації побічних продуктів, що дозволяє знизити собівартість процесу на 15–20 %. Особливу увагу приділено використанню біоетанолу, що забезпечує створення повністю відновлюваного палива. Отримані результати підтверджують ефективність запропонованої методики для виробництва біопалива другого покоління. Перспективними напрямами подальших досліджень є: оптимізація гетерогенного каталізу, застосування мікробних ліпаз та комплексне використання нехарчової олійної сировини. Впровадження таких технологій сприятиме розвитку низьковуглецевої енергетики та зменшенню залежності транспортного сектору від нафтопродуктів.

Modern research in alternative energy focuses on developing efficient methods for producing biofuel from renewable feedstocks. This study presents a comprehensive analysis of the transesterification process of sunflower, rapeseed, and soybean triglycerides using methanol and ethanol. The research aims to optimize synthesis parameters to enhance yield and product quality. The transesterification process was investigated under varying temperature conditions (60–65 °C for methanol, 75–78 °C for ethanol) at a molar alcohol-to-oil ratio of 6:1. Homogeneous (KOH, NaOH) and heterogeneous (CaO, MgO) catalysts were used at concentrations of 0.8–1.0 % by weight of feedstock. The reaction duration was 60–90 min, monitored using gas chromatography and NMR spectroscopy. Experimental results showed that methanol ensured higher biofuel yield (95–97 %) compared to ethanol (90–92 %). However, ethyl esters exhibited superior low-temperature properties, making them more suitable for cold climates. Among catalysts, KOH demonstrated the highest activity, while heterogeneous systems required longer reaction times. A technological scheme was developed, comprising feedstock purification, transesterification, glycerol phase separation, and ester distillation. Proposed byproduct recovery methods reduced production costs by 15–20 %. Special emphasis was placed on bioethanol use, enabling fully renewable fuel production. The results confirm the efficiency of the proposed method for second-generation biofuel production. Future research directions include optimizing heterogeneous catalysis, applying microbial lipases, and utilizing non-edible oil feedstocks. Implementing such technologies will advance low-carbon energy and reduce the transportation sector’s dependence on petroleum products.