SYNTHESIS OF BIOFUEL FROM PLANT-BASED TRIGLYCERIDES USING METHANOL AND ETHANOL
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.2.1.1Keywords:
biodiesel, transesterification, alternative fuels, catalytic systems, renewable energyAbstract
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.
References
Столяренко Г. С., Орлов С. П., Фоміна Н. М., Ющенко С. Л. Проблеми виробництва біодизелю в Україні / Збалансований (сталий) розвиток України – пріоритет національної політики // Матеріали всеукраїнської наукової екологічної конференціїю К.: Центр екологічної освіти та інформації, 2010. С. 351–355.
Yusoff, Mohamad & Xu, Xuebing & Guo, Zheng. (2014). Comparison of Fatty Acid Methyl and Ethyl Esters as Biodiesel Base Stock: a Review on Processing and Production Requirements. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 91. 10.1007/s11746-014-2443-0
Gotovuša, Mia & Huzjak, Paula & Zadravec, Ivana & Zadravec, Martina & Vuković, Jelena & Faraguna, Fabio. (2024). Biodiesel from Higher Alcohols for Removal of Crude Oil Spills from Coastal Sediments. Sustainability. 16. 8574. 10.3390/su16198574
Isler, Asli & Karaosmanoğlu, Filiz. (2023). Fatty Acid Ethyl Esters Obtained From Safflower Oil: A Fully Renewable Biofuel. Journal of Energy Resources Technology. 145. 1-38. 10.1115/1.4062870.
Ragupathy, Hariprasath & Venkatanagaraju, Erumalla. (2022). Effect of Ultrasonication in Lipid Extraction and Production of Biodiesel from Groundnut Shells. Ecology, Environment and Conservation. 28. 535-539. 10.53550/EEC.2022.v28i01.081
Ющенко С. Л., Столяренко Г. С. Виробництво етилових естерів жирних кислот як біодизеля – приклад переходу до збалансованого природокористування // Ситник К. М., Білявський Г. О., Вадзюк С. Н., Разметаєв С. В., Тимочко Т. В. – Збалансований розвиток України – шлях до здоров’я і добробуту нації // Матеріали Українського екологічного конгресу, 21 вересня 2007 р. – К. : Центер екологічної освіти та інформації, 2007. – С. 444.
Ющенко С. Л., Столяренко Г. С., Мислюк Є. В. Застосування явища кавітації і кавітаційного реактору для інтенсифікації процесів хімічної технології // Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного техноло- гічного університету (технічні науки). Тематичний випуск «Сучасні проблеми технології неорганічних речовин» / Дніпродзержинськ: ДДТУ. 2008. С. 14.
Bacha, Abir & Alonazi, Mona & Alharbi, Mona & Horchani, Habib & Abdelmalek, Imen. (2022). Biodiesel Production by Single and Mixed Immobilized Lipases Using Waste Cooking Oil. Molecules. 27. 8736. 10.3390/ molecules27248736
Badve MP, Alpar T, Pandit AB, Gogate PR, Csoka L (2015) Modeling the shear rate and pressure drop in a hydrodynamic cavitation reactor with experimental validation based on KI decomposition studies. Ultrason Sonochem 22:272–277. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.05.017
Xun Sun, Gaoju Xia, Weibin You, Xiaoqi Jia, Sivakumar Manickam, Yang Tao, Shan Zhao, Joon Yong Yoon, Xiaoxu Xuan, Effect of the arrangement of cavitation generation unit on the performance of an advanced rotational hydrodynamic cavitation reactor, Ultrasonics Sonochemistry, Volume 99 2023, 106544, ISSN 1350-4177, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106544
Bimestre TA, Júnior JAM, Botura CA, Canettieri E, Tuna CE (2020) Theoretical modeling and experimental validation of hydrodynamic cavitation reactor with a Venturi tube for sugarcane bagasse pretreatment. Biores Technol 311:123540. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123540
Calıskan, Y.; Yatmaz, H. C.; Bektas, N. Photocatalytic oxidation of high concentrated dye solutions enhanced by hydrodynamic cavitation in a pilot reactor. Process Saf. Environ. Prot. 2017, 111, 428–438.
Ющенко С. Л., Столяренко Г. С., Мислюк Є. В. Застосування явища кавітації і кавітаційного апарату для інтенсифікації процесів хімічної технології // Збірник матеріалів конференції IV Української науково-технічної конференції з технології неорганічних речовин, 14–16 жовтня 2008 р., Дніпродзержинськ : ДДТУ, 2008.
