vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2020-10-1-114-123vuzbiochemi-333Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGYВыбор наиболее предпочтительного сырья для синтеза биодизельного топлива с позиции его выхода и физико-химических свойствSelection of the most beneficial raw materials for the synthesis of biodiesel from a standpoint of its yield and physicochemical propertiesБелозерцеваН. Е.BelozertsevaN. E.

Белозерцева Наталья Евгеньевна – аспирант.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

Natalia E. Belozertseva - Postgraduate Student, Tomsk Polytechnic University.

30 Lenin Ave., Tomsk 634050.

belozertsevanatasha@mail.ruБогдановИ. А.BogdanovI. A.

Богданов Илья Александрович – аспирант.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

Ilya A. Bogdanov - Postgraduate Student, Tomsk Polytechnic University.

30 Lenin Ave., Tomsk 634050.

bogdanov_ilya@mail.ruАлтыновА. А.AltynovA. A.

Алтынов Андрей Андреевич – аспирант.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

Andrey A. Altynov - Postgraduate Student, Tomsk Polytechnic University.

30 Lenin Ave., Tomsk 634050.

andrey_altun@mail.ruБальжановаА. Т.BalzhanovaA. T.

Бальжанова Арюна Тогмитовна – студентка.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

Aryuna T. Balzhanova - Student, Tomsk Polytechnic University.

30 Lenin Ave., Tomsk 634050.

balzhanova@mail.ruБелинскаяН. С.BelinskayaN. S.

Белинская Наталия Сергеевна - кандидат технических наук, научный сотрудник.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

Nataliya S. Belinskaya - Cand. Sci. (Engineering), Researcher, Tomsk Polytechnic University.

30 Lenin Ave., Tomsk 634050.

belinskaya@tpu.ruКиргинаМ. В.KirginaM. V.

Киргина Мария Владимировна - кандидат технических наук, доцент.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

Maria V. Kirgina - Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Tomsk Polytechnic University.

30 Lenin Ave., Tomsk 634050.

mkirgina@tpu.ruТомский политехнический университетРоссияTomsk Polytechnic UniversityRussian Federation202002042020101114123Copyright © Белозерцева Н.Е., Богданов И.А., Алтынов А.А., Бальжанова А.Т., Белинская Н.С., Киргина М.В., 20202020Белозерцева Н.Е., Богданов И.А., Алтынов А.А., Бальжанова А.Т., Белинская Н.С., Киргина М.В.Belozertseva N.E., Bogdanov I.A., Altynov A.A., Balzhanova A.T., Belinskaya N.S., Kirgina M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/333

Биодизельное топливо является одним из наиболее перспективных альтернативных источников энергии в настоящее время как в качестве топлива в чистом виде, так и в качестве смесевого компонента нефтяных дизельных топлив. Работы исследователей по всему миру показывают, что добавление биодизельного топлива к нефтяному дизелю позволяет существенно повысить экологичность данного нефтепродукта. Однако влияние на большинство регламентируемых эксплуатационных показателей является неоднозначным в связи с тем, что характеристики биодизельного топлива сильно разнятся в зависимости от исходного сырья. Цель работы – выбор наиболее предпочтительного сырья для синтеза биодизельного топлива с позиции выхода целевого продукта, физико-химических и низкотемпературных свойств. В данном исследовании биодизельное топливо синтезировано из пяти различных пищевых растительных масел (подсолнечное, горчичное, льняное, кукурузное и рыжиковое) с использованием этанола в качестве переэтерифицирующего агента и гидроксида калия в качестве катализатора. Определены основные физико-химические (плотность, динамическая и кинематическая вязкости, молекулярная масса) и низкотемпературные свойства (температуры помутнения и застывания) растительных масел, а также полученных на их основе биодизельных топлив. Установлено, что наиболее предпочтительным сырьем для синтеза биодизельного топлива с позиции выхода целевого продукта является подсолнечное масло; с позиции физико-химических свойств – подсолнечное и кукурузное масла; низкотемпературных свойств – горчичное масло; экономической составляющей – подсолнечное масло. В работе определены рекомендации по выбору наиболее предпочтительного сырья для синтеза биодизельного топлива, которые будут полезны при использовании биодизеля в качестве смесевого компонента товарных дизельных топлив.

Biodiesel presents itself as one of the most promising alternative energy sources at the present time, both as a pure fuel and a mixed component of petroleum-based diesel fuels. According to research works carried out around the world, the addition of biodiesel to diesel oil is established to significantly improve the environmental friendliness of this oil product. Nevertheless, its effect on most regulated operational indicators remains ambiguous due to the characteristics of biodiesel fuel varying greatly depending on the feed-stock. The present paper is aimed at resolving the issue of selecting the most beneficial raw material for the synthesis of biodiesel from the perspective of the target product yield, physicochemical and low temperature characteristics. In this study, biodiesel was synthesised from five different edible vegetable oils (sunflower, mustard, linseed, corn and camelina) using ethanol and potassium hydroxide as transesterifying agent and catalyst, respectively. The main physicochemical (density, dynamic and kinematic viscosity, molecular weight) and low-temperature (cloud point and pour point) properties of vegetable oils, as well as biodiesel fuels derived therefrom, are determined. According to the obtained yield values of the target product, sunflower oil is shown to be the optimal raw material for the synthesis of biodiesel. From the position of their physical and chemical properties, sunflower and corn oil appear to equally preferential, while, with regard to low temperature properties, mustard oil turns out to be the optimal feedstock. Sunflower oil was additionally determined to be a leader in terms of economics. The paper presents recommendations for choosing the most preferable raw materials for the synthesis of biodiesel, which are useful in application of biodiesel as a mixed component for commercial diesel fuels.

биодизельное топливореакция переэтерификациирастительное маслоэтанолфизико-химические свойстванизкотемпературные характеристикиbiodiesel fueltransesterification reactionvegetable oilethanolphysicochemical propertieslow temperature characteristicsРабота выполнена в Томском политехническом университете в рамках программы повышения конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров и в рамках государственного задания № 10.13268.2018/8.9.The research is carried out at Tomsk Polytechnic University within the framework of Tomsk Polytechnic University Competitiveness Enhancement Program grant and Russian State Project “Science” no. 10.13268.2018/8.9.ReferencesErdiwansyah, Mamat R., Sani M.S.M., Sudhakar K., Kadarohman A., Sardjono R.E. An over-view of Higher alcohol and biodiesel as alternative fuels in engines // Energy Reports. 2019. Vol. 5. P. 467–479. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.04.009Erdiwansyah, Mamat R, Sani MSM, Sudhakar K, Kadarohman A, Sardjono RE. An over-view of Higher alcohol and biodiesel as alternative fuels in engines. Energy Reports. 2019;5:467–479. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.04.009Марков В.А., Каськов С.И. Лобода С.С. Растительные масла как экологическая добавка к нефтяному дизельному топливу // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2018. N 7. С. 48–60. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-7-48-60Markov VA, Kaskov SI, Loboda SS. Vegetable Oils as an Environmentally Safe Additive to Petroleum Diesel Fuel. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Mashinostroenie = Proceedings of Higher Educational Institutions. Mashine Building. 2018;7:48–60. (In Russian) https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-7-48-60Dwivedi G., Jain S., Sharma M.P. Impact analysis of biodiesel on engine performance – A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol. 15. P. 4633–4641. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.089Dwivedi G, Jain S, Sharma MP. Impact analysis of biodiesel on engine performance – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011;15:4633–4641. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.089Srithar K., Balasubramanian K.A. Dual biodiesel for diesel engine -Property, performance and emission analysis // International Energy Journal. 2014. Vol. 14. Issue 3. P. 107–120.Srithar K, Balasubramanian KA. Dual biodiesel for diesel engine -Property, performance and emission analysis. International Energy Journal. 2014;14(3):107–120.Tongroon M., Saisirirat P., Suebwong A., Au-nchaisri J., Kananont M., Chollacoop N. Combustion and emission characteristics investigation of diesel-ethanol-biodiesel blended fuels in a compression-ignition engine and benefit analysis // Fuel. 2019. Vol. 255. 115728. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.115728Tongroon M, Saisirirat P, Suebwong A, Aunchaisri J, Kananont M, Chollacoop N. Combustion and emission characteristics investigation of diesel-ethanol-biodiesel blended fuels in a compression-ignition engine and benefit analysis. Fuel. 2019;255:115728. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.115728Богданов И.А., Алтынов А.А., Белинская Н.С., Киргина М.В. Исследование влияния состава прямогонных дизельных топлив на эффективность действия низкотемпературных присадок // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2018. N 11. С. 37–42.Bogdanov IA, Altynov AA, Belinskaya NS, Kirgina MV. Study of the influence of the composition of straightrun diesel fuels on the effectiveness of low-temperature additives. Neftepererabotka i neftekhimiya. Nauchno-tekhnicheskie dostizheniya i peredovoi opyt = Oil refining and petrochemistry. Scientific and technological achievements and advanced experience. 2018;11:37–42. (In Russian)Капустин В.М., Карпов С.А., Сайдахмедов А.И. Биодизельное топливо: преимущества, недостатки и перспективы промышленного производства // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2011. N 4. С. 49–54.Kapustin VM, Karpov SA, Saydakhmedov AI. Biodiesel: advantages, lacks and prospects of industrial production. Neftepererabotka i neftekhimiya. Nauchno-tekhnicheskie dostizheniya i peredovoi opyt = Oil refining and petrochemistry. scientific and technological achievements and advanced experience. 2011;4:49–54. (In Russian)Левтеров А.М., Савицкий В.Д., Левтерова Л.И. Экспериментальные исследования моторных качеств смесевого биодизельного топлива // Автомобильный транспорт. 2011. N 28. С. 81–84.Levterov A, Savitskyi V, Levterova L. Experimental researches of motor qualities of blenderized biodiesel fuel. Avtomobil'nyi transport = Auto-mobile transport. 2011;28:81–84. (In Russian)Дворецкий С.И., Зазуля А.Н., Нагорнов С.А., Романцова С.В., Рязанцева И.А. Производство биодизельного топлива из органического сырья // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2012. N 5 (39). С. 126–135.Dvoretsky SI, Zazulya AN, Nagornov SA, Romantsova SV, Ryazantseva IA. Biodiesel Production from Organic Raw Materials Voprosy sovremennoi nauki i praktiki. Universitet im. V.I. Vernadskogo = Problems of Contemporary Science and Practice. Vernadsky University. 2012;5:126–135. (In Russian)Günay M.E., Türker L., Tapan N.A. Significant parameters and technological advancements in biodiesel production systems // Fuel. 2019. Vol. 250. P. 27–41. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.03.147Günay ME, Türker L, Tapan N.A. Significant parameters and technological advancements in biodiesel production systems. Fuel. 2019;250:27–41. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.03.147Tapan N.A., Yıldırım R., Günay M.E. Ana-lysis of past experimental data in literature to determine conditions for high performance in bio-diesel production // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2016. Vol. 10. N 4. P. 422–434. https://doi.org/10.1002/bbb.1650Tapan NA, Yıldırım R, Günay ME. Analysis of past experimental data in literature to determine conditions for high performance in biodiesel production. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2016; 10(4):422–434. https://doi.org/10.1002/bbb.1650Islam A., Taufiq-Yap Y.H., Chan E.S. Moniruzzaman M., Islam S., Nabi M.N. Advances in solid-catalytic and non-catalytic technologies for biodiesel production // Energy Conversion and Management. 2014. Vol. 88. P. 1200–1218. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.04.037Islam A, Taufiq-Yap YH, Chan ES Moniruzzaman M, Islam S, Nabi MN. Advances in solid-catalytic and non-catalytic technologies for biodiesel production. Energy Conversion and Management. 2014;88:1200–1218. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.04.037Gusniah A., Veny H., Hamzah F. Ultrasonic assisted enzymatic transesterification for biodiesel production // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2019. Vol. 58. Issue 2. P. 581–589. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b03570Gusniah A, Veny H, Hamzah F. Ultrasonic assisted enzymatic transesterification for biodiesel production. Industrial and Engineering Chemistry Research. 2019;58(2):581–589. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b03570Sun S., Guo J., Duan X. Biodiesel preparation from Phoenix tree seed oil using ethanol as acyl acceptor // Industrial Crops and Products. 2019. Vol. 137. P. 270–275.Sun S, Guo J, Duan X. Biodiesel preparation from Phoenix tree seed oil using ethanol as acyl acceptor. Industrial Crops and Products. 2019;137:270–275.Yang X.X., Wang Y.T., Yang Y.T., Feng E.Z., Luo J., Zhang F., et al. Catalytic transesterification to biodiesel at room temperature over several solid bases // Energy Conversion and Management. 2018. Vol. 164. P. 112–121. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.02.085Yang XX, Wang YT, Yang YT, Feng EZ, Luo J, Zhang F, et al. Catalytic transesterification to biodiesel at room temperature over several solid bases. Energy Conversion and Management. 2018; 164:112–121. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.02.085Abbah E.C., Nwandikom G.I., Egwuonwu C.C., Nwakuba N.R. Effect of reaction temperature on the yield of biodiesel from neem seed oil // Ameri-can Journal of Energy Science. 2016. Vol. 3. N 3. P. 16–20.Abbah EC, Nwandikom GI, Egwuonwu CC, Nwakuba NR. Effect of reaction temperature on the yield of biodiesel from neem seed oil. American Journal of Energy Science. 2016; 3(3):16–20.Leung D.Y.C., Guo Y. Transesterification of neat and used frying oil: optimization for bio-diesel production // Fuel Processing Technology. 2006. Vol. 87. N 10. P. 883–890. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2006.06.003Leung DYC, Guo Y. Transesterification of neat and used frying oil: optimization for biodiesel production. Fuel Processing Technology. 2006;87 (10):883–890. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2006.06.003Singh D., Sharma D., Soni S.L., Sharma S., Kumar D. Chemical compositions, properties, and standards for different generation biodiesels: A review // Fuel. 2019. Vol. 253. P. 60–71. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.04.174Singh D, Sharma D, Soni SL, Sharma S, Kumar D. Chemical compositions, properties, and standards for different generation biodiesels: A review. Fuel. 2019;253:60–71. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.04.174Сноре М., Мяки-Арвела П., Симакова И.Л., Мюллюойа Ю., Мурзин Д.Ю. Обзор каталитических методов производства биодизельного топлива из натуральных масел и жиров // Сверхкритические флюиды: теория и практика. 2009. Т. 4. N 1. С. 3–17.Snåre M., Mäki-Arvela P., Simakova I.L., Myllyoja J., Murzin D.Yu. Overview of catalytic methods for production of next generation biodiesel from natural oils and fats. Sverkhkriticheskie flyuidy: teoriya i praktika. = Supercritical Fluids: Theory and Practice. 2009;4(1):3–17. (In Russian)Саргужиева Б.А. Реакции алкоголиза и переэтерификации в процессе производства биотоплива // Наука в центральной России. 2015. N 5 (17). С. 75–84.Sarguzhieva BA. Alcoholysis and transesterification in the production process biofuel. Nauka v tsentral'noi Rossii = Science in Central Russia. 2015;5(7):75–84. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.