Biodiesel is a renewable fuel obtained from vegetable oils or animal fats, with similar propertiesto fossil diesel fuel. It is obtained from the transesterification of the triglycerides with a shortchain alcohol in the presence of a catalyst, giving biodiesel and glycerol in two separated phases.Traditional raw materials for biodiesel production are the oils of rapeseed, sunflower, soybeanand palm. However, some alternative raw materials such as animal fats, recycled oils and nonconventional crops, are also used.This thesis is focused on the use of Cynara cardunculus oil for the production of biodiesel. Cynaracardunculus is a wild cardoon from the family of artichoke that is well adapted to theMediterranean weather. The maximum production reaches 2 tons/ha per year of seeds thatcontain up to 25 % oil, with a similar composition to sunflower oil. Thus, Cynara cardunculuscultivation may represent an alternative for abandoned cropland and a good candidate asrenewable energy source and biodiesel production.In the first part of the work, the reaction conditions where optimised for the transesterificationof unrefined Cynara cardunculus oil. The product obtained was characterised. The acid value of theoriginal oil (11.8 mgKOH/g) was higher than the values recommended for alkalinetransesterification (1-2 mgKOH/g) resulting in the formation of soaps and gels. For some of thereaction conditions, the ester and glycerol phases were not clearly separated, reflecting the needof a preesterification step in order to reduce the acid value of the oil. The preesterification stepwas optimised using different reaction temperatures, catalyst and methanol concentrations andreaction times. The best results were obtained for the reactions conducted at 60ºC, using a 6:1methanol to oil molar ratio and 0.5% sulphuric acid as catalyst. Finally, the oil was pre-treatedusing the best conditions for the preesterification, with an additional degumming step. Thetransesterification of the pre-treated oil was optimised and the results were compared to theprevious ones. The ester yield increased with the pre-treatment and the ester and glycerol phaseswere clearly separated in most of the cases, showing the advantages of the degumming andpreesterification steps.The second part of the work was the characterisation of the mixtures of biodiesel and diesel fuel.European specific normatives for both biodiesel (EN 14214) and fossil diesel fuel (EN 590) weredetailed, together with their requirements and test methods. Mixtures of both fuels at differentproportions, were analysed according to EN 590. Correlations for the mixtures were determinedwith experiments or mass balances, according to each case. There are some properties than canlimit the amount of biodiesel allowed in the mixture in order to satisfy the specifications fordiesel fuel, such as density, viscosity, distillation, oxidative stability and cold weather properties. Itwas detected the need of specific analytical methods and requirements for some of the properties.The third part of the work was the analysis of the biodegradability of mixtures of biodiesel andfossil derived fuels, such as heavy fuel oil, diesel fuel and gasoline. The CO2 evolution test wasused to analyse the biodegradation behaviour of the mixtures. In all the cases cometabolicbiodegradation was observed demonstrating that biodiesel enhances the degradation of the threefossil derived fuels analysed. The physical properties of the mixtures were also analysed.UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILICYNARA CARDUNCULUS AS AN ALTERNATIVE CROP FOR BIODIESEL PRODUCTION.Jorgelina Cecilia Pasqualino / El biodiesel es un combustible de origen renovable que se obtiene a partir de aceites vegetales ygrasas animales y posee propiedades similares a las del gasoil. Se produce mediante latransesterificación de los triglicéridos con un alcohol de cadena corta, en presencia de uncatalizador, obteniendo biodiesel y glicerol en dos fases separadas. Los aceites más utilizados en laproducción de biodiesel son los de soja, colza, girasol y palma, aunque existen alternativas comolos aceites de fritura reciclados, las grasas animales y algunos cultivos no convencionales.En este trabajo se utilizó el aceite de Cynara cardunculus para producir biodiesel. Cynaracardunculus es un cardo silvestre de la familia de la alcachofa, que se encuentra adaptado al climaMediterráneo. Su producción máxima alcanza las 2 toneladas de semilla por hectárea al año, quecontienen hasta un 25 % de aceite, con una composición similar al aceite de girasol. De estemodo, el Cynara cardunculus puede representar un cultivo alternativo para la producción debiodiesel, pudiéndose cultivar en tierras abandonadas.En la primera parte del trabajo se optimizaron las condiciones para la transesterificación de aceitede Cynara cardunculus sin refinar y se caracterizó el producto obtenido. El índice de acidez delaceite original (11.8 mgKOH/g) fue mayor al recomendado para la transesterificación alcalina (1-2 mgKOH/g), resultando en la formación de gel y jabón. En algunos casos no se produjo unaseparación clara de las fases, reflejando la necesidad de una etapa de preesterificación para reducirel índice de acidez. La preesterificación fue optimizada utilizando diferentes temperaturas,concentraciones de metanol y catalizador, y tiempos finales de reacción. Las mejores condicionesde operación se obtuvieron para la reacción realizada a 60ºC, utilizando metanol en una relaciónmolar de 6:1 con respecto al aceite, y un 0.5% de H2SO4 como catalizador. Finalmente, el aceitefue pre-tratado bajo las condiciones óptimas de preesterificación, con una etapa adicional dedegomado. La reacción de transesterificación del aceite pre-tratado fue optimizada y losresultados comparados con los de la reacción del aceite crudo. El contenido en metilésteres fuesuperior al utilizar aceite pre-tratado, y las fases de metilésteres y glicerol se separaron confacilidad en la mayoría de los casos, demostrando la utilidad de las etapas de pretratamiento.La segunda parte fue la caracterización de las mezclas de biodiesel con gasoil. Las normativaseuropeas para el biodiesel (EN 14214) y para el gasoil (EN 590) fueron detalladas junto con susrequisitos y métodos de ensayo. Las mezclas de ambos combustibles en diferentes proporcionesse analizaron de acuerdo a la norma EN 590. Las correlaciones para el comportamiento de lasmezclas se determinaron mediante experimentación y balances de materia, según el caso. Sedeterminó que algunas propiedades como la densidad, la viscosidad, la destilación, la estabilidad ala oxidación y las propiedades en frío pueden limitar la cantidad de biodiesel permitida en lamezcla para que esta cumpla con la normativa vigente para el gasoil. Se detectó la necesidad demétodos específicos de análisis y requisitos para algunas de las propiedades.La tercera parte de este trabajo consistió en el análisis de la biodegradabilidad de las mezclas debiodiesel con combustibles de origen fósil, como fuel pesado, gasoil y gasolina. Labiodegradación se determinó mediante el método de evolución de CO2. En todos los casos seobservó la presencia de cometabolismo, demostrando que el biodiesel incrementa labiodegradabilidad de los tres combustibles fósiles examinados. Se analizaron además laspropiedades físicas de las mezclas.UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILICYNARA CARDUNCULUS AS AN ALTERNATIVE CROP FOR BIODIESEL PRODUCTION.Jorgelina Cecilia Pasqualino
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_URV/oai:www.tdx.cat:10803/8545 |
| Date | 28 September 2006 |
| Creators | Pasqualino, Jorgelina Cecilia |
| Contributors | Salvadó i Rovira, Joan, Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química |
| Publisher | Universitat Rovira i Virgili |
| Source Sets | Universitat Rovira i Virgili |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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