Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Filtry

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2019/03/X/ST8/00794
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku (WBiNoŚ)
Tytuł
Poprodukcyjne odpady zielarskie jako surowce do produkcji biopaliwa
Streszczenie
W ostatnim dwudziestoleciu surowce roślinne odgrywają znaczącą rolę w produkcji biopaliwa. Za ich stosowaniem przemawiają liczne aspekty ekologiczne i ekonomiczne. Biorąc pod uwagę negatywną stronę produkcji i stosowania biopaliw I generacji, konieczne staje się poszukiwanie nowych źródeł wytwarzania ekologicznego paliwa. Szczególne znaczenie odgrywa zastosowanie estrów metylowych kwasów tłuszczowych (Fatty Acid Methyl Esters FAME) pochodzących z różnego rodzaju odpadów, np. leśnych, rolniczych, spożywczych. Badania wykazały, że do istotnych źródeł tych kwasów należą także poprodukcyjne odpady roślinne, które powstają podczas pakowania ziół przez zakłady pozyskujące surowce zielarskie. Badania przeprowadzono w pięciu etapach. W pierwszym etapie określono ogólną zawartość frakcji lipidowej w suchej masie odpadów zielarskich. Następnie opracowano i zoptymalizowano metodę ekstrakcji i syntezy estrów metylowych kwasów tłuszczowych w celu pozyskania FAME z próbek roślinnych. W trzecim etapie określono zawartość estrów metylowych kwasów tłuszczowych (od kwasu kapronowego C6:0 do kwasu nerwonowego C24:1) w badanych gatunkach roślin zielarskich. Kolejnym etapem było uzyskanie produktu transestryfikacji oleju rzepakowego, analiza zawartości kwasów tłuszczowych i porównanie ich składu w celu sprawdzenia efektywności zastosowanej metody do produkcji bioestrów z odpadów pochodzących z przemysłu zielarskiego. W piątym etapie dokonano izolacji i oczyszczenia mieszaniny FAME uzyskanej z wybranych surowców roślinnych poprzez wypłukiwanie wodą produktów ubocznych metanolu i glicerolu w celu oceny pod względem wybranych właściwości fizykochemicznych i zgodności z wymogami prawnymi. Do badań użyto odpady zielarskie pochodzące z „Herbapol-Lublin” SA O/Białystok. Analiza składu gatunków roślin zielarskich ujawniła ilościowe i jakościowe zróżnicowanie rodzajów kwasów tłuszczowych. Badane odpady pochodzące z przemysłu zielarskiego zawierają od 20 do 31 różnych kwasów tłuszczowych. Najmniej zawiera ich rumianek pospolity, natomiast najwięcej pokrzywa zwyczajna i senes aleksandryjski. W badaniach wykazano także, że najbardziej zróżnicowany jest skład nasyconych kwasów tłuszczowych (SFA) w porównaniu do jednonienasyconych (MUFA) i wielonienasyconych (PUFA). Wśród analizowanych gatunków zielarskich tylko cztery SFA zawiera tytoń szlachetny, podczas gdy cykoria podróżnik, pokrzywa zwyczajna i senes aleksandryjski zawierają dwanaście SFA. Stwierdzono, że materiał roślinny zawiera najczęściej 9 lub 10 PUFA, których obecność może wskazywać na dużą stabilność oksydacyjną biodiesla. Analiza składu ujawniła również, że ilość nienasyconych kwasów tłuszczowych (USFA) jest większa niż SFA. Najwięcej USFA zawierają otręby żytnie. Dominujące typy kwasów tłuszczowych to MUFA i PUFA, a badane odpady zielarskie charakteryzują się różnym stosunkiem MUFA do PUFA. Najwyższy udział MUFA odnotowano w konopiach siewnych, a najniższy w cykorii podróżnik, natomiast najwyższy udział PUFA w cykorii podróżnik, a najniższy w kruszynie pospolitej. Badania wykazały, że dominującymi FAME są kwasy tłuszczowe C18, tj. C18:3n6, C18:1n9t/c i C18:2n6, a także C16:0, które nadają się do produkcji biopaliwa. Najbogatsze w C18:3n6 odpady zielarskie to perz właściwy, herbata Figura, cykoria podróżnik i otręby żytnie. W znaczącej ilości występują także C15:1, C16:0, C20:1, C20:5n3, C22:2n6 i C24:0, których udział jest charakterystyczny dla wielu gatunków zielarskich. Pozostałe kwasy tłuszczowe (głównie SFA) mają niewielki wpływ na skład FAME, na co wskazuje zarówno niski odsetek ich udziału, jak i niska zawartość. Najwyższą koncentrację FAME ogółem zawierają otręby żytnie, herbata Figura i cykoria podróżnik. C18:3n3, C18:1n9t i C22:1n9 występują w dużych ilościach w otrębach żytnich, dziurawcu zwyczajnym i szałwii lekarskiej. Fakt ten jest szczególnie ważny ponieważ spośród wszystkich FAME, C16:0 i C18:1 są idealnymi składnikami do produkcji biodiesla. Ponadto, najwyższą zawartość C16:0 odnotowano w senesie aleksandryjskim, a także w otrębach żytnich i pokrzywie zwyczajnej. Z kolei najniższą zawartość wszystkich FAME stwierdzono w tytoniu szlachetnym, rumianku pospolitym i konopiach siewnych. W celu określenia potencjalnego zastosowania badanych odpadów zielarskich do produkcji bioestrów dokonano ich klasyfikacji na podstawie zawartości FAME z wykorzystaniem metody głównych składowych (PCA) i hierarchicznego klastrowania na głównych komponentach (HCPC). Zastosowanie wymienionych analiz statystycznych umożliwiło wskazanie gatunków roślin, dla których reakcja transestryfikacji nie prowadziłaby do produkcji biopaliwa według standardowych limitów właściwości paliwa. Na podstawie wyników wskazano, że pokrzywa zwyczajna, szałwia lekarska i senes aleksandryjski w największym stopniu nadają się do produkcji biopaliwa ze względu na wysoki poziom C16:0, C18:3n3, C18:1n9t i C22:1n9. Dodatkowo wysoka szacowana liczba cetanowa (CN) powoduje, że odpady te są obiecującym surowcem roślinnym do produkcji ekologicznego paliwa. Badania potwierdziły, że estry metylowe kwasów tłuszczowych otrzymane w procesie transestryfikacji odpadów pochodzących z przemysłu zielarskiego mogą znaleźć zastosowanie jako biopaliwo. Po raz pierwszy wskazano możliwość pozyskania i wykorzystania FAME z poprodukcyjnych odpadów roślinnych do produkcji ekologicznego paliwa. Do tej pory w publikacjach naukowych analizowano głównie zastosowanie odpadów zielarskich jako dodatku do kompostu lub pasz dla zwierząt. Uzyskane wyniki przyczyniły się do lepszego poznania roli poprodukcyjnych odpadów roślinnych jako potencjalnych surowców do wytwarzania bioestrów w aspekcie pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych. Zrealizowane działanie naukowe wyróżnia się szerokim aspektem praktycznym gdzie wyprodukowany biodiesel może w znaczącym stopniu przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych, a tym samym ograniczenia niekorzystnego wpływu paliw konwencjonalnych na środowisko przyrodnicze.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
FAME; biodiesel; energia odnawialna; transestryfikacja; właściwości fizykochemiczne

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX