Въведение

Глицеролът (известен също като глицерин) е основен страничен продукт в производствения процес на биодизел. По принцип на всеки 100 килограма произведен биодизел се създават приблизително 10 килограма суров глицерол. Тъй като производството на биодизел бързо се разраства, се създава пренасищане на суров глицерол. Тъй като този глицерол е скъп за пречистване за употреба в хранителната, фармацевтичната или козметичната индустрия, производителите на биодизел трябва да търсят алтернативни методи за неговото унищожаване. Опитвани са различни методи за обезвреждане и оползотворяване на този суров глицерол, включително изгаряне, компостиране, анаеробно храносмилане, фуражи за животни и термохимични/биологични превръщания в продукти с добавена стойност. Целта на тази статия е да предостави обща информация по отношение на използването на отпадъчен глицерол.

суров

Характеристики на глицероловите отпадъци

Суровият глицерол, генериран от производството на биодизел, е нечист и с малка икономическа стойност. По принцип глицеролът съставлява 65% до 85% (тегл./Тегл.) От суровия поток (Gonzalez-Pajuelo et al. 2005; Mu et al. 2006). Широкият диапазон на стойностите на чистота може да се отдаде на различни методи за пречистване на глицерол или различни суровини, използвани от производителите на биодизел. Например, Thompson & He (2006) са характеризирали глицерола, произведен от различни суровини за биодизел. Авторите установяват, че синапеното семе генерира по-ниско ниво (62%) глицерол, докато соевото масло има 67,8% глицерол, а отпадъчното растително масло има най-високо ниво (76,6%) глицерол.

Метанолът и свободните мастни киселини (сапуни) са двете основни примеси, съдържащи се в суровия глицерол (Thompson & He 2006). Съществуването на метанол се дължи на факта, че производителите на биодизел използват излишния метанол, за да задвижат химическата трансэстерификация до завършване, и не възстановяват целия метанол. Сапуните, които са разтворими в глицероловия слой, произхождат от реакция между свободните мастни киселини, присъстващи в първоначалната суровина и катализатора (основата), т.е.,

В допълнение към метанола и сапуните, суровият глицерол съдържа и различни елементи като калций, магнезий, фосфор или сяра. Thompson & He (2006) съобщават, че елементите, присъстващи в глицерола на различни източници на суровини (като рапица, рапица и соя) са сходни. Калцият е в диапазона от 3-15 ppm, магнезият е 1-2 ppm, фосфорът е 8-13 ppm и сярата е 22-26 ppm. Когато обаче крамбата (многогодишно маслодайно растение) се използва като изходна суровина, суровият глицерол съдържа същите елементи, но в значително различни концентрации. Schröder & Südekum (1999) също съобщават за елементарния състав на суров глицерол от суровина от рапично масло. Установено е, че фосфорът е между 1,05% и 2,36% (тегл./Тегл.) От суровия глицерол. Калият е между 2,20% и 2,33%, докато натрият е между 0,09% и 0,11%. Кадмий, живак и арсен бяха под откриваемите граници.

Суровият глицерол, получен от алкално катализирана трансестерификация, обикновено има тъмнокафяв цвят с високо рН (11-12). Когато рН се регулира до неутрален диапазон, сапуните ще се превърнат в свободни мастни киселини, както е показано в следващото уравнение

Свободните мастни киселини в суровия глицеролов поток водят до мътен разтвор. След утаяване за определен период от време, този облачен разтвор ще бъде разделен на две прозрачни фази, като горният слой е фазата на свободните мастни киселини, а долният слой - глицероловата фаза.

Нови употреби за отпадъци от глицерол

Има различни изходи за обезвреждане и оползотворяване на суровия глицерол, генериран в инсталации за биодизел. За големите производители на биодизел суровият глицерол може да бъде рафиниран в чиста форма и след това да се използва в хранителната, фармацевтичната или козметичната промишленост. За дребните производители обаче пречистването е твърде скъпо, за да се извършва в техните производствени обекти. Суровият им глицерол обикновено се продава на големи рафинерии за надграждане. През последните години обаче, с бързото разрастване на производството на биодизел, пазарът е залят от прекомерен суров глицерол. В резултат на това производителите на биодизел получават само 2,5-5 цента/фунт за този глицерол (Johnson and Taconi, 2007). Следователно производителите трябва да търсят нови приложения с добавена стойност за този глицерол.

Проведени са много разследвания за алтернативни употреби на суров глицерол. Предложени са методи за изгаряне, компостиране, хранене на животни, термохимични преобразувания и биологични преобразувания за използване и изхвърляне на глицерол. Джонсън и Такони (2007) съобщават, че изгарянето на суров глицерол е метод, който се използва за обезвреждане. Този метод обаче не е икономичен за големи производители на биодизел. Предполага се също, че глицеролът може да се компостира (Brown 2007) или да се използва за увеличаване на производството на биогаз от анаеробни дигестри (Holm-Nielsen et al. 2008). DeFrain et al. (2004) се опитват да хранят глицерол, получен от биодизел, на млечни крави с цел предотвратяване на кетоза, но установяват, че това не е полезно.

Също така, Lammers et al. (2008) изследва допълването на диетата на растящите свине със суров глицерол. Това проучване установи, че съотношението на метаболизираната до смилаемата енергия на глицерола е подобно на царевичното или соевото масло, когато се храни на свине. Следователно изследването заключава, че „суровият глицерол може да се използва като отличен източник на енергия за отглеждане на свине“, но също така предупреждава, че малко се знае за въздействието на примесите в глицерола. Освен това Cerrate et al. (2006) са постигнали известен успех с храненето на глицерол с пилета-бройлери. Птиците, хранени с 2,5% от 5% глицеринови диети, са имали по-висок добив от гърдите, отколкото контролната група, но авторите предупреждават, че все още има загриженост относно примесите на метанол в глицерола.

Превръщането на суровия глицерол в продукти с добавена стойност чрез термохимични методи или биологични методи е алтернатива за оползотворяване на този поток отпадъци. Съобщава се, че глицеролът може да бъде термохимично превърнат в пропилей гликол (Dasari et al. 2005; Alhanash et al. 2008), ацетол (Chiu et al. 2006) или редица други продукти (Johnson & Taconi 2007). Cortright et al. (2002) са разработили процес на риформинг на водна фаза, който трансформира глицерола във водород. В момента Virent Energy Systems се опитва да комерсиализира тази технология и твърди, че натриевият хидроксид, метанолът и високите нива на рН в суровия глицерол помагат на процеса (Nilles 2005).

За биологични конверсии на суров глицерол, глицеролът служи като изходна суровина в различни ферментационни процеси. Например, Lee et al. (2001) са използвали глицерол при ферментацията на Anaerobiospirillum succiniciproducens за производството на янтарна киселина. Ферментацията на Е. coli върху глицерол води до производството на смес от етанол, сукцинат, ацетат, лактат и водород (Dharmadi et al. 2006). Глицеролът може също да се превърне в лимонена киселина от дрождите Yarrowia lipolytica. Съобщава се, че този организъм произвежда същото количество лимонена киселина, когато се отглежда върху глюкоза или суров глицерол (Papanikolaou & Aggelis 2002). Rymowicz et al. (2006) установяват, че ацетатните мутантни щамове на Y. lipolytica могат да произвеждат високи нива на лимонена киселина, като същевременно произвеждат много малко изоцитрат. Освен това е показано, че Clostridium butyricum може да използва глицерол, получен от биодизел, за да произведе 1,3-пропандиол (важен химически градивен елемент с много промишлени приложения) както в периодични, така и в непрекъснати култури. По време на ферментационния процес организмът също така произвежда странични продукти от оцетна и маслена киселина (Papanikolaou et al. 2004). Изследователите от Virginia Tech също разработват процеси на ферментация на водорасли, за да превърнат суровия глицерол във висококачествени омега-3 полиненаситени мастни киселини (Pyle et al., 2008; Athalye et al., 2009)

За допълнителна информация

  • Фураж, алтернатива за фураж за говеда може да дойде от индустрията за биодизел - статия за хранене с глицерин на говеда от AgriLife днес
  • Преобразуване на глицерол в продукти с по-висока стойност - техническа бележка от 2 страници от образователната програма за биодизел на Университета в Айдахо
  • Характеристики на суровия глицерол
  • Текущи изследователски дейности при използването на суров глицерол
  • Въведение в фермерската енергия
  • Въведение в биодизела
  • Суровини за биодизел
  • Преработка на биодизел
  • Използване на биодизел
  • Онлайн библиотека с ресурси за биодизел

    Библиография

    • Alhanash A, Kozhevnikova E F, Kozhevnikov I V (2008) Хидрогенолиза на глицерол до пропандиол над ru: полиоксомелатен бифункционален катализатор. Писма за катализа 120: 307-311.
    • Brown R (2007) Пазари за копродукти за биодизел в Уайоминг за земеделския отдел в Уайоминг. Lakewood, co: Международен център за подходящи и устойчиви технологии. Http://www.ams.usda.gov/AMSv1.0/getfile? DDocName = STELPRDC5064918
    • Cerrate S, Yan F, Wang Z, Coto C, Sacakli P, Waldroupand P W (2006) Оценка на глицерина от производството на биодизел като хранителна съставка за бройлери International Journal of Poultry Science 5: 1001-1007.
    • Chiu C W, Dasari M A, Sutterlin W R, Suppes G J (2006) Отстраняване на остатъчен катализатор от симулиран суров глицерол на биодизел за глицеролна хидрогенолиза до пропилей гликол. Промишлени и инженерни химически изследвания 45: 791-795.
    • Cortright R D, Davda R R, Dumesic J A (2002) Водород от каталитичен риформинг на получени от биомаса въглеводороди в течна вода. Природа 418: 964-967.
    • Dasari M A, Kiatsimkul P P, Sutterlin W R, Suppes G J (2005) Хидрогенолиза на ниско налягане на глицерол до пропилей гликол. Приложна катализа a-General 281: 225-231.
    • DeFrain J M, Hippen A R, Kalscheur K F, Jardon P W (2004) Хранене с глицерол за преходни млечни крави: Ефекти върху метаболитите в кръвта и ефективността на лактацията. Journal of Dairy Science 87: 4195-4206.
    • Dharmadi Y, Murarka A, Gonzalez R (2006) Анаеробна ферментация на глицерол от ешерихия коли: Нова платформа за метаболитно инженерство. Биотехнологии и биотехнология 94: 821-829.
    • Gonzalez-Pajuelo M, Meynial-Salles I, Mendes F, Andrade J C, Vasconcelos I, Soucaille P (2005) Метаболитно инженерство на клостридий ацетобутилик за промишлено производство на 1,3-пропандиол от глицерол. Метаболитно инженерство 7: 329-336.
    • Holm-Nielsen J B, Lomborg C J, Oleskowicz-Popiel P, Esbensen K H (2008) Онлайн наблюдение в близост до инфрачервена светлина на усилени с глицерол анаеробни процеси на храносмилане: Оценка на технологичните аналитични технологии Биотехнологии и биотехнология 99: 302-313.
    • Johnson D T, Taconi K A (2007) Глицериновият пренасищане: Опции за конверсия на добавена стойност на суров глицерол в резултат на производството на биодизел. Екологичен напредък 26: 338-348.
    • Lammers P J, Kerr B J, Honeyman M S, Stalder K, Dozier W A, Weber T E, Kidd M T, Bregendahl K (2008) Коригирана с азот явна метаболизуема енергийна стойност на суров глицерол за кокошки носачки. Наука за птици 87: 104-107.
    • Lee P C, Lee W G, Lee S Y, Chang H N (2001) Производство на янтарна киселина с намалено образуване на странични продукти при ферментацията на anaerobiospirillum succiniciproducens, използвайки глицерол като източник на въглерод. Биотехнологии и биотехнология 72: 41-48.
    • Mu Y, Teng H, Zhang D J, Wang W, Xiu Z L (2006) Микробно производство на 1,3-пропандиол от klebsiella pneumoniae с използване на суров глицерол от биодизелови препарати. Биотехнологични писма 28: 1755-1759.
    • Nilles D (2005) Глицеринов фактор. Списание Биодизел август/септември. Grand forks, nd: Bbi International. http://www.biodieselmagazine.com/articles/377/a-glycerin-factor/
    • Papanikolaou S, Aggelis G (2002) Производство на липиди чрез yarrowia lipolytica, отгледан върху индустриален глицерол в едноетапна непрекъсната култура. Технология на биоресурсите 82: 43-49.
    • Papanikolaou S, Fick M, Aggelis G (2004) Ефектът на концентрацията на суров глицерол върху производството на 1,3-пропандиол от clostridium butyricum. Списание за химическа технология и биотехнологии 79: 1189-1196.
    • Rymowicz W, Rywinska A, Zarowska B, Juszczyk P (2006) Производство на лимонена киселина от суров глицерол от ацетатни мутанти на yarrowia lipolytica. Химически документи-Chemicke Zvesti 60: 391-394.
    • Schröder A, Südekum K H (1999). Глицеролът като страничен продукт от производството на биодизел при диети за преживни животни. В: Сборник от 10-та международна конференция по рапицата. Регионалният институт, ООД http: //www.regional.org.au/au/gcirc/1/241.htm#TopOfPage, Канбера, Австралия.
    • Thompson J C, He B B (2006) Характеризиране на суров глицерол от производството на биодизел от множество суровини. Приложно инженерство в земеделието 22: 261-265.

    Сътрудници на тази страница

    Рецензенти

    • Джон Ван Герпен, професор, Катедра по биологично и селскостопанско инженерство, Национална образователна програма по биодизел, Университет в Айдахо
    • Дев Шреста, доцент, Катедра по биологично и селскостопанско инженерство, Национална програма за обучение по биодизел, Университет в Айдахо