Heterogeneous catalytic conversion of non-edible lipid biomass to biochemicals

Abstract

The use of fuel increases consistently given the high demand for energy. This demand is mostly met by fossil fuels. Considering the uncertainties connected to fossil fuel reserves and the related natural effects of their use, the interest in renewable energy is continuously growing. Plant biomass, being renewable, has been pointed out as the potential equivalent to petroleum for the sustainable production of fuels, chemicals, and carbon-based materials. Biofuels, such as biodiesel from plant oils are becoming attractive as an alternative to petrodiesel and believed to be the future fuels for the transportation sector. Biodiesel is considered as the fastest growing industry worldwide because of its natural advantages and production from renewable assets. Still, high costs and the constrained accessibility of plant oil resources limit the wider use of this alternative biofuel. Feedstocks that compete with food crops have been put in question for their sustainability as the food process show an upsurge. Use of the type of catalysts is an additional factor that contributes to the total production expenses. The usage of homogenous catalysts multiplies the processing stages. From the perspective of ensuring widespread consumption of biodiesel, the utilization of cost-effective lipid biomass and catalysts is a key. The prime objective of the present PhD thesis is to use an active and inexpensive heterogeneous catalyst for the conversion of non-edible lipid biomass to biochemicals, with an emphasis on biodiesel. Additionally, the thesis attempted to integrate the processing stages for biodiesel production through the reactive extraction methodology. The latter part of the present thesis includes the mathematical modelling of the experimental findings, which would allow the design engineers to select the suitable operating parameters for the respective process.

Bruken av drivstoff øker konsekvent grunnet den høye etterspørselen etter energi. Dette kravet dekkes stort sett av fossilt brensel. Grunnet usikkerheten knyttet til fossile reserver og konsekvenser ved bruk, er interessen for fornybar energi stadig voksende. Biomasse fra planter, som er fornybar, har blitt pekt ut som det potensielle alternativet til petroleum for bærekraftig produksjon av drivstoff, kjemikalier, og karbonbaserte materialer. Biodrivstoff, for eksempel biodiesel fra planteoljer, er et godt alternativ til petrodiesel og antas å være det fremtidige drivstoffet for transportsektoren. Biodiesel er regnet som den raskest voksende industrien over hele verden på grunn av sine naturlige fortrinn og produksjon fra fornybare ressurser. Høye kostnader og begrenset tilgjengelighet av planteoljeressurser begrenser større bruk av dette alternative biobrenselet. Råstoffer som konkurrerer med matproduksjon har blitt utfordret på bærekraft ettersom matproduksjonen øker. Bruk av katalysatorer er en ytterligere faktor som bidrar til de totale produksjonskostnadene. Bruken av homogene katalysatorer øker antall behandlingstrinn. Fra perspektivet om å sikre utbredt forbruk av biodiesel, er utnyttelse av kostnadseffektiv lipid biomasse og katalysatorer en nøkkel. Hovedmålsettingen for denne avhandlingen er å bruke en aktiv og rimelig heterogen katalysator for konvertering av ikkespiselig lipid biomasse til biokjemikalier, med vekt på biodiesel. I tillegg har arbeidet forsøkt å integrere behandlingstrinn for biodieselproduksjon gjennom reaktiv utvinningsmetodikk. Den siste delen av avhandlingen er en matematisk modellering av de eksperimentelle funn, som tillater designingeniører til å velge passende rammebetingelsene for de respektive prosessene.