Παρασκευή και αξιολόγηση βιοντίζελ με πρώτη ύλη την αγριαγκινάρα και την ελαιοκράμβη με τις τεχνικές της συμβατικής και της in situ μετεστεροποίησης

Abstract

This study investigated the alkaline transesterification of Cynara cardunculus L. rapeseed and sunflower (oil and oil seeds) with methanol for the production of biodiesel. Both conventional and in situ transesterification were studied using ultrasonication (24 kHz, without external heating) or mechanical stirring (600 rpm) at 60 ºC and NaOH as a catalyst. Also, the kinetics of rapeseed and cynara oil methanolysis process via direct sonication and mechanical stirring were studied showing that the reaction rate constant is not affected by the method of stirring under specific conditions. The optimization of the in situ transesterification was studied for three different seeds (cynara, rapeseed and sunflower seeds) by applying Response Surface Methodology and investigating four different factors: amount of methanol, amount of catalyst, reaction time and seed size. Heterogeneous catalysis was also used for the transesterification of rapeseed oil using MgO and CaO as catalysts. The samples synthesized in the presence of PVA showed impressive catalytic performance whereas the activity of the samples synthesized in the absence of PVA was quite low. Lastly, the fuels produced were characterized and it was concluded that cynara, rapeseed and sunflower biodiesel properties comply with the specifications of the European Standard EN 14214, and thus the product may be used as an additive to conventional diesel.

Στη παρούσα διατριβή μελετήθηκε η αλκαλική μετεστεροποίηση σπόρων ή ελαίων αγριαγκινάρας, ελαιοκράμβης και ηλιόσπορου για την παραγωγή βιοντίζελ χρησιμοποιώντας ομογενή και ετερογενή κατάλυση. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η συμβατική και η in situ μετεστεροποίηση με μεθανόλη και NaOH ως καταλύτη εφαρμόζοντας υπέρηχους (24 kHz ) ή μηχανική ανάδευση (600 rpm, 60 ºC). Η κινητική μελέτη της συμβατικής αντίδρασης της μεθανόλυσης έδειξε ότι η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης δεν εξαρτάται από την μέθοδο ανάδευσης σε συγκεκριμένες συνθήκες. Επίσης μελετήθηκε η βελτιστοποίηση της μεθόδου της in situ μετεστεροποίησης με υπέρηχους χρησιμοποιώντας τρία διαφορετικά είδη σπόρων (αγριαγκινάρα, ελαιοκράμβη και ηλιόσπορος) και μελετώντας τέσσερις διαφορετικές παραμέτρους: μέγεθος σπόρων, συγκέντρωση μεθανόλης, συγκέντρωση καταλύτη και χρόνο αντίδρασης εφαρμόζοντας την μεθοδολογία επιφανειών απόκρισης (Response surface methodology ή RSM) έτσι ώστε να διερευνηθεί οι επίδραση των παραμέτρων αλλά και να επιτευχτεί μέγιστη απόδοση. Κατά την μελέτη της ετερογενούς κατάλυσης οι καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα MgO και CaO και παρατηρήθηκε ότι η παρουσία πολυβίνυλο αλκοόλης κατά την παρασκευή του MgO αύξησε την δραστικότητα του καταλύτη. Ο χαρακτηρισμός των τελικών προϊόντων έγινε με βάση το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN 14214 δείχνοντας ότι το βιοντίζελ που παράχθηκε στη παρούσα διατριβή από τις τρεις διαφορετικές ύλες μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο στο συμβατικό ντίζελ.