Інноваційні технології у виробництві біодизелю

Abstract

Топільницька Л.І., Русин І.Б. (керівник). Інноваційні технології у виробництві біодизелю. Бакалаврська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025 рік. Кількість сторінок – 131.

РОЗШИРЕНА АНОТАЦІЯ

Розвиток технологій виробництва біодизелю третього покоління є актуальним завданням у контексті пошуку альтернативних джерел енергії, зменшення залежності від викопного палива та зниження негативного впливу на навколишнє середовище. Біодизель третього покоління, що виробляється з мікроводоростей, має значний потенціал завдяки високій продуктивності водоростей та мінімальному впливу на продовольчу безпеку і землекористування. Мікроводорості можна культивувати на непридатних для сільського господарства землях, крім того, при цьому вони здатні ефективно поглинати вуглекислий газ (Babadi et al., 2022). Зі зменшенням запасів викопного палива та зростанням екологічних проблем, біодизель стає все більш важливим як екологічно чиста та відновлювана альтернатива традиційному дизельному паливу. Очікується, що до 2030 року суміш біодизелю з нафтовим дизелем (B30) стане стандартом, а до 2040 року біодизель може складати до 70% палива для транспорту (Athar and Zaidi, 2020). Біодизель, виготовлений з рослинних олій, тваринних жирів, мікробних олій та відпрацьованих олій є біологічно розкладним та відновлюваним. Однак, його широке застосування стримується технічними складнощами, зокрема високою вартістю сировини, викликами, пов’язаними з вибором ефективних каталізаторів та розробкою економічно вигідних технологій виробництва. Оскільки вартість сировини становить значну частину витрат на біодизель, пошук дешевих та стійких джерел є ключовим завданням (Gupta et al., 2020). Мета дослідження: обґрунтування і вибір ефективних та екологічно безпечних інноваційних технологій у виробництві біодизелю третього покоління, а також аналіз його екологічних переваг та енергоефективності. Об’єкт дослідження: інноваційні технології у виробництві біодизелю третього покоління, його екологічний вплив та енергоефективність. Предмет дослідження: вихід ліпідів та біодизелю при інноваційних методах культивування та трансестерифікації, атмосферні і рідкі викиди та енергетичний баланс біодизелю третього покоління. Проведено порівняльний аналіз трьох поколінь біодизелю з акцентом на переваги та виклики біопалива з мікроводоростей. Обґрунтовано використання сучасних технологій генетичного редагування, двофазного культивування, LED-освітлення, біокаталізу і нанотехнологій на різних етапах виробництва. Проведено порівняльний аналіз ефективності різних типів каталітичних систем, енергетичного балансу біодизелю з різних джерел, а також екологічних показників виробництва і використання біопалива. Оцінено енергетичну доцільність та екологічні переваги біодизелю третього покоління, зокрема його високий енергетичний баланс та зменшення викидів і низьку токсичність. Визначено перспективи подальшого розвитку галузі шляхом інтеграції інновацій для сталого виробництва біопалива. У межах проєкту виконано розрахунки капітальних витрат на придбання, монтаж і введення в експлуатацію нанотехнологій, щорічних експлуатаційних витрат на їх обслуговування, а також економічного ефекту, окупності та інвестиційної доцільності. Окремо здійснено розрахунок дренчерної системи пожежогасіння.Topilnytska L.I., Rusyn I.B. (curator). Innovative technologies in the production of 3rd generation biodiesel. Bachelor's qualification work. – “Lviv Polytechnic” National University, Lviv, 2025. Number of pages – 131. EXTENDED ABSTRACT The development of third-generation biodiesel production technologies is a highly relevant task in the context of the search for alternative energy sources, reducing dependence on fossil fuels, and mitigating negative environmental impacts. Third-generation biodiesel derived from microalgae holds significant potential due to the high biomass productivity of algae and their minimal impact on food security and land use. Microalgae can be cultivated on lands unsuitable for agriculture and are also capable of effectively capturing carbon dioxide (Babadi et al., 2022). As fossil fuel reserves dwindle and environmental concerns intensify, biodiesel is becoming increasingly important as a clean and renewable alternative to conventional diesel fuel. It is projected that by 2030, a biodiesel-petrodiesel blend (B30) will become the standard, and by 2040, biodiesel could constitute up to 70% of transportation fuel (Athar and Zaidi, 2020). Biodiesel produced from vegetable oils, animal fats, microbial oils, and waste oils is biodegradable and renewable. However, its widespread application is limited by technical challenges, particularly the high cost of raw materials, difficulties in selecting effective catalysts, and the development of economically viable production technologies. Since the cost of feedstock represents a major portion of biodiesel production expenses, the search for low-cost and sustainable sources is a key priority (Gupta et al., 2020). Research Objective: To substantiate and select effective and environmentally safe innovative technologies for the production of third-generation biodiesel, as well as to analyze its environmental advantages and energy efficiency. Object of the Study: Innovative technologies in the production of third-generation biodiesel, its environmental impact, and energy efficiency. Subject of the Study: Lipid and biodiesel yield under innovative methods of cultivation and transesterification, atmospheric and liquid emissions, and the energy balance of third-generation biodiesel. A comparative analysis of the three generations of biodiesel was carried out, with a focus on the advantages and challenges of algae-based biofuels. The use of modern technologies such as genetic editing, two-phase cultivation, LED lighting, biocatalysis, and nanotechnologies at various stages of production was substantiated. A comparative analysis was conducted regarding the efficiency of different types of catalytic systems, the energy balance of biodiesel from various sources, and the environmental indicators of biofuel production and use. The energy feasibility and environmental benefits of third-generation biodiesel were evaluated, particularly its high energy balance, reduced emissions, and low toxicity. Prospects for further development of the sector were identified through the integration of innovations for sustainable biofuel production. As part of the project, calculations were carried out for capital expenditures related to the acquisition, installation, and commissioning of nanotechnologies, as well as annual operating costs for their maintenance. The economic effect, payback period, and investment feasibility were also assessed. In addition, a separate calculation was performed for the deluge fire extinguishing system.