In Situ Transesterification of Spirulina Microalgae to Produce Biodiesel Using Microwave Irradiation
Description
The present technology of transesterification of vegetable oils to produce biodiesel, which is suited to replace petrodiesel, has economic challenges, and therefore, alternative sources are being explored. Microalgae, a renewable, third-generation biofuel resource, have the potential to become a viable feedstock due to their high oil content and environmentally friendly nature. The present study investigates the effect of microwave irradiation on the simultaneous extraction and transesterification of algae lipids to produce fatty acid methyl ester (FAME), in a batch reaction system using sulphuric acid catalyst. In situ transesterification combines the two steps of lipid extraction and transesterification into a single step. The microwave synthesis unit comprised of a 3-neck round bottom flask inside a 1300-Watt microwave oven, fitted with a quick-fit condenser and having an external stirrer. Response surface methodology (RSM) was used to analyse the influence of process variables, dry algae to methanol ratio 1 : 4 − 1 : 14 g / ml , algae biomass to catalyst ratio 1 : 0.0032 − 1 : 0.0368 wt % , and reaction time 1 − 11 min , at 500 rpm stirring rate for in situ reaction. FAME was analysed using gas chromatography (GC). The total lipid content of Arthrospira Spirulina platensis microalgae biomass was found to be 10.7 % by weight. The algae biomass also contained proteins at 51.83 % , moisture content at 7.8 % , and ash content 14.30 % by weight. RSM gave the optimum process conditions as dry algae biomass feed to methanol wt / vol ratio of 1 : 9, catalyst concentration of 2 wt % , and reaction time of 7 minutes for a maximum FAME yield of 83.43 wt % . The major fatty acid composition of FAME was palmitic 43.83 % , linoleic 38.83 % , and linolenic 19.41 % . FAME properties obtained according to European Standards (EN 14214) and American Society for Testing and Materials (ASTM D 6751) standards were as follows: flash point 16 4 o C calorific value 32,911 kJ / kg , acid value 0.475 KOH / g , viscosity 4.45 m m 2 / s , and specific gravity 0.868 . The study showed that Arthrospira Spirulina platensis microalgae lipid FAME met the biodiesel standards (EN 14214 and ASTM D 6751) and has the potential to replace petrodiesel. Microwave irradiation increased the reaction rate resulting in a reduced reaction time of 7 minutes (as compared to 8 hours for conventional heating) and therefore was found to be a superior heating mode as compared to conventional heating.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تواجه التكنولوجيا الحالية لتحويل الزيوت النباتية لإنتاج الديزل الحيوي، المناسب لاستبدال الديزل البترولي، تحديات اقتصادية، وبالتالي، يتم استكشاف مصادر بديلة. تتمتع الطحالب الدقيقة، وهي مورد متجدد للوقود الحيوي من الجيل الثالث، بالقدرة على أن تصبح مادة وسيطة قابلة للحياة بسبب محتواها العالي من النفط وطبيعتها الصديقة للبيئة. تبحث هذه الدراسة في تأثير تشعيع الموجات الدقيقة على الاستخراج المتزامن وتحويل دهون الطحالب لإنتاج إستر ميثيل الأحماض الدهنية (FAME)، في نظام تفاعل دفعي باستخدام محفز حمض الكبريتيك. يجمع التحويل الموضعي بين خطوتي استخراج الدهون والتحويل في خطوة واحدة. تتكون وحدة تركيب الميكروويف من قارورة ذات قاع دائري برقبة 3 داخل فرن ميكروويف بقدرة 1300 واط، ومزودة بمكثف سريع التركيب ومزودة بوسيلة تقليب خارجية. تم استخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحليل تأثير متغيرات العملية، ونسبة الطحالب الجافة إلى الميثانول 1 : 4 − 1 : 14 جم / مل ، ونسبة الكتلة الحيوية للطحالب إلى المحفز 1 : 0.0032 − 1 : 0.0368 ٪ بالوزن ، وزمن التفاعل 1 − 11 دقيقة ، بمعدل تقليب 500 دورة في الدقيقة للتفاعل في الموقع. تم تحليل الشهرة باستخدام كروماتوغرافيا الغاز (GC). تم العثور على إجمالي محتوى الدهون في الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة Arthrospira Spirulina platensis بنسبة 10.7 ٪ بالوزن. كما احتوت الكتلة الحيوية للطحالب على بروتينات بنسبة 51.83 ٪ ، ومحتوى رطوبة بنسبة 7.8 ٪ ، ومحتوى رماد بنسبة 14.30 ٪ بالوزن. أعطى RSM ظروف العملية المثلى كعلف الكتلة الحيوية للطحالب الجافة إلى نسبة الميثانول بالوزن / الحجم 1 : 9، وتركيز المحفز بنسبة 2 ٪ بالوزن ، ووقت رد الفعل 7 دقائق للحصول على أقصى عائد للشهرة بنسبة 83.43 ٪ بالوزن . كان تكوين الأحماض الدهنية الرئيسية للشهرة هو النخيل 43.83 ٪ ، واللينوليك 38.83 ٪ ، واللينولين 19.41 ٪ . كانت خصائص الشهرة التي تم الحصول عليها وفقًا للمعايير الأوروبية (EN 14214) ومعايير الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM D 6751) على النحو التالي: نقطة الاشتعال 16 4 o C القيمة الحرارية 32,911 kJ / kg ، قيمة الحمض 0.475 KOH / g ، اللزوجة 4.45 m m 2 / s ، والجاذبية النوعية 0.868 . أظهرت الدراسة أن Arthrospira Spirulina platensis microalgae lipid FAME استوفت معايير الديزل الحيوي (EN 14214 و ASTM D 6751) ولديها القدرة على استبدال الديزل البترولي. أدى تشعيع الموجات الدقيقة إلى زيادة معدل التفاعل مما أدى إلى تقليل وقت التفاعل بمقدار 7 دقائق (مقارنة بـ 8 ساعات للتدفئة التقليدية) وبالتالي وجد أنه وضع تسخين متفوق مقارنة بالتدفئة التقليدية.Translated Description (French)
La technologie actuelle de transestérification des huiles végétales pour produire du biodiesel, qui convient pour remplacer le pétrodiesel, présente des défis économiques et, par conséquent, des sources alternatives sont à l'étude. Les microalgues, une ressource renouvelable de biocarburant de troisième génération, ont le potentiel de devenir une matière première viable en raison de leur teneur élevée en huile et de leur nature respectueuse de l'environnement. La présente étude étudie l'effet de l'irradiation par micro-ondes sur l'extraction et la transestérification simultanées des lipides d'algues pour produire de l'ester méthylique d'acide gras (EMAG), dans un système de réaction par lots utilisant un catalyseur à l'acide sulfurique. La transestérification in situ combine les deux étapes de l'extraction des lipides et de la transestérification en une seule étape. L'unité de synthèse par micro-ondes se compose d'un flacon à fond rond à 3 cols à l'intérieur d'un four à micro-ondes de 1300 watts, équipé d'un condenseur rapide et d'un agitateur externe. La méthodologie de surface de réponse (RSM) a été utilisée pour analyser l'influence des variables de processus, du rapport algues sèches/méthanol 1 : 4 − 1 : 14 g / ml , du rapport biomasse d'algues/catalyseur 1 : 0,0032 − 1 : 0,0368 % en poids et du temps de réaction 1 − 11 min , à une vitesse d'agitation de 500 tr/min pour une réaction in situ. FAME a été analysé par chromatographie en phase gazeuse (CG). La teneur totale en lipides de la biomasse de microalgues d'Arthrospira Spirulina platensis s'est avérée être de 10,7 % en poids. La biomasse d'algues contenait également des protéines à 51,83 % , une teneur en humidité à 7,8 % et une teneur en cendres de 14,30 % en poids. Le RSM a donné les conditions de processus optimales telles que l'alimentation en biomasse d'algues sèches pour un rapport poids / volume de méthanol de 1 : 9, une concentration de catalyseur de 2 % en poids et un temps de réaction de 7 minutes pour un rendement maximal en FAME de 83,43 % en poids . La principale composition en acides gras de FAME était palmitique 43,83 % , linoléique 38,83 % et linolénique 19,41 % . Les propriétés de FAME obtenues selon les normes européennes (EN 14214) et les normes de l'American Society for Testing and Materials (ASTM D 6751) étaient les suivantes : point d'éclair 16 4 o C pouvoir calorifique 32 911 kJ / kg , indice d'acide 0,475 KOH/ g , viscosité 4,45 m 2 / s et densité 0,868 . L'étude a montré que la RENOMMÉE lipidique des microalgues Arthrospira Spirulina platensis répondait aux normes biodiesel (EN 14214 et ASTM D 6751) et avait le potentiel de remplacer le pétrodiesel. L'irradiation par micro-ondes a augmenté la vitesse de réaction, ce qui a entraîné une réduction du temps de réaction de 7 minutes (par rapport à 8 heures pour le chauffage conventionnel) et s'est donc avéré être un mode de chauffage supérieur par rapport au chauffage conventionnel.Translated Description (Spanish)
La tecnología actual de transesterificación de aceites vegetales para producir biodiesel, que es adecuado para reemplazar al petrodiesel, tiene desafíos económicos y, por lo tanto, se están explorando fuentes alternativas. Las microalgas, un recurso renovable de biocombustible de tercera generación, tienen el potencial de convertirse en una materia prima viable debido a su alto contenido de petróleo y su naturaleza respetuosa con el medio ambiente. El presente estudio investiga el efecto de la irradiación de microondas en la extracción y transesterificación simultánea de lípidos de algas para producir éster metílico de ácidos grasos (FAME), en un sistema de reacción por lotes utilizando catalizador de ácido sulfúrico. La transesterificación in situ combina los dos pasos de extracción de lípidos y transesterificación en un solo paso. La unidad de síntesis de microondas consta de un matraz de fondo redondo de 3 bocas dentro de un horno de microondas de 1300 vatios, equipado con un condensador de ajuste rápido y con un agitador externo. Se utilizó la metodología de superficie de respuesta (RSM) para analizar la influencia de las variables del proceso, la relación de algas secas a metanol 1 : 4 − 1 : 14 g / ml , la relación de biomasa de algas a catalizador 1 : 0.0032 − 1 : 0.0368 % en peso y el tiempo de reacción 1 -11 min , a una velocidad de agitación de 500 rpm para la reacción in situ. FAME se analizó mediante cromatografía de gases (GC). Se encontró que el contenido total de lípidos de la biomasa de microalgas Arthrospira Spirulina platensis era del 10,7 % en peso. La biomasa de algas también contenía proteínas al 51,83 % , contenido de humedad al 7,8 % y contenido de cenizas al 14,30 % en peso. RSM proporcionó las condiciones óptimas del proceso como alimentación de biomasa de algas secas a una relación peso / volumen de metanol de 1 : 9, concentración de catalizador de 2 % en peso y tiempo de reacción de 7 minutos para un rendimiento máximo de FAME de 83.43 % en peso . La principal composición de ácidos grasos de FAME fue palmítico 43.83% , linoleico 38.83% y linolénico 19.41% . Las propiedades de FAME obtenidas de acuerdo con los estándares europeos (EN 14214) y los estándares de la American Society for Testing and Materials (ASTM D 6751) fueron las siguientes: punto de inflamación 16 4 o C valor calorífico 32,911 kJ / kg , índice de acidez 0.475 Koh / g , viscosidad 4.45 m m 2 / s y gravedad específica 0.868 . El estudio mostró que Arthrospira Spirulina platensis microalga lipídica FAME cumplía con los estándares de biodiesel (EN 14214 y ASTM D 6751) y tiene el potencial de reemplazar al petrodiesel. La irradiación por microondas aumentó la velocidad de reacción, lo que resultó en un tiempo de reacción reducido de 7 minutos (en comparación con 8 horas para el calentamiento convencional) y, por lo tanto, se encontró que era un modo de calentamiento superior en comparación con el calentamiento convencional.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحويل الموضعي للطحالب الدقيقة سبيرولينا لإنتاج الديزل الحيوي باستخدام إشعاع الميكروويف
- Translated title (French)
- Transestérification in situ de microalgues de spiruline pour produire du biodiesel par irradiation aux micro-ondes
- Translated title (Spanish)
- Transesterificación in situ de microalgas de espirulina para producir biodiésel mediante irradiación de microondas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3114028529
- DOI
- 10.1155/2020/8816296
References
- https://openalex.org/W1984846625
- https://openalex.org/W1988601390
- https://openalex.org/W1991933346
- https://openalex.org/W1994399184
- https://openalex.org/W2012458810
- https://openalex.org/W2018633132
- https://openalex.org/W2038783256
- https://openalex.org/W2047722735
- https://openalex.org/W2050253355
- https://openalex.org/W2057396845
- https://openalex.org/W2066298098
- https://openalex.org/W2078066212
- https://openalex.org/W2088353547
- https://openalex.org/W2102764178
- https://openalex.org/W2122437201
- https://openalex.org/W2122654038
- https://openalex.org/W2126860935
- https://openalex.org/W2153191374
- https://openalex.org/W2163642090
- https://openalex.org/W2523190723
- https://openalex.org/W2543130271
- https://openalex.org/W2549442546
- https://openalex.org/W2626687579
- https://openalex.org/W4210975641
- https://openalex.org/W4211020597
- https://openalex.org/W4237948290
- https://openalex.org/W4246981006