ОБҐРУНТУВАННЯ ПОТЕНЦІАЛУ ОТРИМАННЯ КОМПОЗИЦІЙНОГО МОТОРНОГО ПАЛИВА З ВІДХОДІВ ВИРОБНИЦТВА РОСЛИННИХ ОЛІЙ ТА ТВАРИННИЦТВА

Автор(и)

  • Сергій Бойченко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-2489-4980
  • Софія Докшина Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-8136-8779
  • Ірина Шкільнюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8808-3570
  • Анна Яковлєва Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-7618-7129
  • Степан Зубенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-2161-5939

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2024.314631

Ключові слова:

утилізація харчових відходів, альтернативні моторні палива, композиційні моторні палива, відходоємність, паливна незалежність, декарбонізація, рециклінг, екологістика, енергоефективність.

Анотація

Харчові відходи становлять негативний вплив на довкілля за неправильного поводження. Органічні відходи під час розкладання виділяють метан – парниковий газ, що сприяє зміні клімату. Однак, правильне управління харчовими відходами та їх утилізація може суттєво зменшити їх негативний вплив. На сьогодні в Україні існує невирішене питання високої відходоємності. Відходи промислового та побутового походження часто не піддаються належному сортуванню та переробці, що призводить до їх накопичення на звалищах та сміттєзвалищах. Другим болючим питанням є паливна залежність України від країн Європи. Тому саме перспективним напрямом посилення паливної незалежності є виробництво вітчизняних альтернативних моторних палив. Виробництво останніх можна налагодити саме з харчових відходів, вирішуючи одночасно питання відходоємності та паливної залежності.

Тому метою даного дослідження є визначення потенціалу отримання вітчизняного альтернативного палива з харчових відходів. Об'єктом дослідження є утилізація харчових відходів, що утворюються в процесі діяльності ресторанного бізнесу, виробництва рослинних олій та тваринництва в Україні. Предметом дослідження є харчові відходи, їх енергетичний потенціал з метою отримання альтернативного палива. Робочою гіпотезою дослідження є те, що налагодження екологістики збору та перетворення даних відходів здатне частково вирішити енергетичну ситуацію в країні.

У наведеній статті описано шкоду, що можуть спричинити довкіллю харчові відходи, виконано аналіз світового досвіду утилізації цих відходів, здійснено аналіз найбільших мереж ресторанного бізнесу, аналіз відходів за останні роки від виробництва рослинних олій та тваринництва, проаналізовано коефіцієнти перетворення харчових відходів у композиційне моторне паливо та розрахований потенціал отримання альтернативного палива з харчових відходів для України.

У результаті дослідження було встановлено, що середній річний потенціал отримання альтернативного палива від відходів виробництва олії та рослинної сировини знаходиться у діапазоні 33,25-44,2 тис. тонн/рік, а середній річний потенціал отримання альтернативного палива від відходів продуктів тваринництва знаходиться у діапазоні 2,65-5,2 тис. тонн/рік. Обсяги виробництва палива від відходів ресторанного бізнесу потенційно значно більші. Проте доступ до цих даних, нажаль, поки обмежений. Отже, сумарний річний потенціал отримання альтернативного палива з відходів виробництва олії та рослинної сировини, а також продуктів тваринництва знаходиться у діапазоні 35,9-49,4 тис. тонн/рік. Висунута нами гіпотеза підтверджена результатами цих досліджень.

 Дослідження виконуються у рамках проєкту «Розроблення технологічних рішень отримання композиційних моторних палив із вторинної сировини для підвищення енергетичної безпеки» за рахунок державного бюджету згідно наказу Міністерства освіти і науки України №1572 від 27.12.2023 р. «Про затвердження переліку проєктів фундаментальних наукових досліджень, прикладних наукових досліджень, науково-технічних (експериментальних) розробок, виконавцями яких є заклади вищої освіти та наукові установи, що належать до сфери управління Міністерства освіти і науки України, які пройшли конкурсний відбір та фінансування яких розпочнеться з 2024 року за рахунок коштів Державного бюджету України» (реєстраційний номер 0124U000973).

Посилання

Sustainable development goals: Ukraine. National report. Ministry of Economic Development and Trade of Ukraine. (2024, 20 February). UNDP. [In Ukrainian]. Retrieved from: URL: https://www.undp.org/uk/ukraine/publications/цілі-сталого-розвитку-національна-доповідь-2017

Ukraine has increased fuel imports 12 times in six months. (2023, 2 September). Ukrainska ENERGETUKA. [In Ukrainian]. Retrieved from: https://ua-energy.org/uk/posts/ukraina-za-pivroku-narostyla-import-palnoho-v-12-raziv

Wan Nur Aifa Wan Azahar, Mastura Bujang, Ramadhansyah Putra Jaya, Mohd Rosli Hainin, Azman Mohamed, Norzita Ngad, Dewi Sri Jayanti. The potential of waste cooking oil as bio-asphalt for alternative binder – An overview. Jurnal Teknologi. (2016). 78(4). Рр. 111-116. https://doi.org/10.11113/jt.v78.8007

Anh N. Phan, Tan M. Phan. Biodiesel production from waste cooking oils. Fuel. (2008). Vol. 87, Iss. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.07.008

Rating of the largest restaurant chains in Ukraine: top ten leaders. (2024, 20 February). 24 Biznes [In Ukrainian]. Retrieved from: https://24tv.ua/business/desyat-naybilshih-restorannih-merezh-ukrayini-hto-uviyshov-do_n2465086

From drink holders to biofuel: what McDonald's recycles waste into. (2024, 20 February). VGORODE [In Ukrainian]. Retrieved from: https://kiev.vgorode.ua/news/dosuh_y_eda/a1176163-vid-trimachiv-dlja-napojiv-do-biopaliva-na-shcho-pererobljujut-vidkhodi-v-makdonaldz

Puzata Khata restaurant chain. (2024, 28 February). TRUBOLIuB [In Ukrainian]. Retrieved from: https://trubolub.com.ua/uk/projects/set-restoranov-puzata-hata/

Kiriukhina D.V., Illiash O.E. (2021). Analysing the state of the food industry's industrial waste management system. II Mizhnarodna naukovo-praktychna konferentsiia “VinSmartEco” 20-21 travnia 2021 r.: zbirnyk materialiv. (pp. 118-120). Retrieved from: https://docs.academia.vn.ua/handle/123456789/556 [In Ukrainian]

Waste generation by classification groups of the state waste classifier. (2024, 20 February). Derzhavna sluzhba statystyky Ukrainy [In Ukrainian]. Retrieved from: https://www.ukrstat.gov.ua/operativ/menu/menu_u/ns.htm

Paramita Dwi Sukmawati. Optimization Of Used Cooking Oil Into Biodiesel With Sulfated Zirconia Zeolit Catalyst. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia "Kejuangan". (2016). J5. URL: https://core.ac.uk/outputs/305078934

Joshi, S., Hadiya, P., Shah, M. et al. Techno-economical and Experimental Analysis of Biodiesel Production from Used Cooking Oil. Biophys Econ Resour Qual 4, 2 (2019).DOI: https://doi.org/10.1007/s41247-018-0050-7

Mohamed A. Zayed, Mamoun S. M. Abd El-Kareem, N. H. S. Zaky. Gas Chromatography-Mass Spectrometry Studies of Waste Vegetable Mixed and Pure Used Oils and Its Biodiesel Products.

Journal of Pharmaceutical and Applied Chemistry. (2017). Vol. 2, Iss: 1, Рp. 30-37. URL: https://www.researchgate.net/publication/317596936_Gas_Chromatography-Mass_Spectrometry_Studies_of_Waste_Vegetable_Mixed_and_Pure_Used_Oils_and_Its_Biodiesel_Products

Jafar A. Ali, Ribwar K. Abdulrahman, Mohammed H. S. Zangana. The Production of Biodiesel from Animal Tallow to be Used for Electric Generators: A Case Study. Scientific & Academic Publishing. (2015). Vol. 5, Iss: 1, pp 17-23. doi:10.5923/j.ep.20150501.03

Feddern, V., Cunha, A., De Pra, M. C., de Abreu, P. G., Santos Filho, J. I. dos, Mayumi, M., … Coldebell, A. (2011). Animal Fat Wastes for Biodiesel Production. InTech. doi: 10.5772/26691

Chávez-Fuentes, J.J., Capobianco, A., Barbušová, J. et al. Manure from Our Agricultural Animals: A Quantitative and Qualitative Analysis Focused on Biogas Production. Waste Biomass Valor. (2017). 8, Pp. 1749–1757 https://doi.org/10.1007/s12649-017-9970-5

S. Senthilkumar, S. Ganesan, D Krishana Prasad, K. Krishana Kumar, M. Kannan. Review on usage of animal waste oil in diesel engine. AIP Conference Proceedings. (2020). Vol. 2311, Iss: 1, pp 020002. https://doi.org/10.1063/5.0033969

A. I. M. Idris, A. Salmiaton, Rozita Omar. Pyrolysis—Solvent Extraction of Chicken Fats and Skins for Bio-oil Production. Energy Sources. Part A. Recovery, Utilization, and Environmental Effects. (2015). Vol. 37. Iss. 23. Pp. 2543-2549. DOI: 10.1080/15567036.2012.675411

Tamrat Tesfaye, Bruce Sithole, Deresh Ramjugernath. Valorisation of Waste Chicken Feathers: Green Oil Sorbent. International Journal Of Chemical Sciences. (2018). Vol. 16, Iss: 3, pp 1-13. DOI: 10.21767/0972-768X.1000282

M.M. Mushtruk, Yu.H. Sukhenko, I.H. Britchenko. (2019). Waste from processing plants as a raw material for diesel biofuel production. VIII Mizhnarodna naukovo-praktychna konferentsiia vchenykh, aspirantiv i studentiv «Naukovi zdobutky u vyrishenni aktualnykh problem vyrobnytstva ta pererobky syrovyny, standartyzatsii i bezpeky prodovolstva»: Zbirnyk prats. (pp. 247- 248). K.: RVV NUBiP Ukrainy [In Ukrainian].

Bahar Riazi, James Mosby, Byron Millet, Sabrina Spatari, Sabrina Spatari. Renewable diesel from oils and animal fat waste: implications of feedstock, technology, co-products and ILUC on life cycle GWP. Resources Conservation and Recycling (Elsevier). (2020). Vol. 161, pp 104944. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.104944

Pollardo, A.A., Lee, Hs., Lee, D. et al. Effect of supercritical carbon dioxide on the enzymatic production of biodiesel from waste animal fat using immobilized Candida antarctica lipase B variant. BMC Biotechnol. (2017). 17, 70. DOI: https://doi.org/10.1186/s12896-017-0390-1

Ivana B. Banković-Ilić, Ivan J. Stojković, Olivera S. Stamenković, Vlada B. Veljković, Yung-Tse Hung. Waste animal fats as feedstocks for biodiesel production. Renewable & Sustainable Energy Reviews (Pergamon). (2014). Vol. 32, pp 238-254.

Richard L. Skaggs, André M. Coleman, Timothy E. Seiple, Anelia Milbrandt. Waste-to-Energy biofuel production potential for selected feedstocks in the conterminous United States. Renewable & Sustainable Energy Reviews. (2018). Vol. 82, Iss: 3, pp 2640-2651.

Hashim, M., Akbar, A., Safi, S.Z., Arshad, M., Gul, Z. (2023). Valorization of Animal Waste for the Production of Sustainable Bioenergy. In: Arshad, M. (eds) Climate Changes Mitigation and Sustainable Bioenergy Harvest Through Animal Waste. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-26224-1_17

Hemanandh Janarthanam, Sridhar Raja Sundara Raju Kachupalli, Senthil Kumar Jayapalan, Ganesan Subbiah, Purusothaman Mani, M. Velkumar, S. Siva Adithya. Emission and performance analysis of thermochemical conversion of bio-oil using waste animal fat. Vol. 2311, Iss: 1, pp 020020. URL: https://pubs.aip.org/aip/acp/article-abstract/2311/1/020020/1027704/Emission-and-performance-analysis-of?redirectedFrom=fulltext

Barua, P., Dhana Raju, V., Soudagar, M.E.M., Hossain, N. (2022). Animal Fat-Derived Biodiesel and Nano-Technology Applications. In: Guldhe, A., Singh, B. (eds) Novel Feedstocks for Biofuels Production. Clean Energy Production Technologies. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-19-3582-4_11

Gokul Raghavendra Srinivasan, Shalini Palani, Ranjitha Jambulingam. Optimised Production of Biodiesel Synthesised from Waste Animal Fat. Journal of Biofuels. (2018). Vol. 9, Iss: 1, pp 17-24. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Optimised-Production-of-Biodiesel-Synthesised-from-Srinivasan-Palani/b4144313e4bd3b24c97ba9617e9de01ac4bcc36d

Dandan Pang, Hao Tan, Rongshu Zhu, Feng Ouyang. Producing biodiesel from waste animal oil by modified ZnO. International Journal of Green Energy. (2017). Vol. 14, Iss: 8, pp 703-711. https://doi.org/10.1080/15435075.2017.1324793

Zacharie Merlin Ayissi, Alain Fokoua Fongain, Leonel Tsafack Dongmo, Hossain Nazia, R. Alloune, Innocent Ndoh Mbue, Ruben Mouangue. An Overview of Energy Recovery from Local Slaughterhouse-Based Gallus gallus domesticus Greasy Residues and Latest Applications. Journal of Combustion. (2022). Vol. 2022, pp 1-11. URL: https://www.hindawi.com/journals/jc/2022/3512194/

Zhiliang Zhang, Jianbing Ji. Waste Pig Carcasses as a Renewable Resource for Production of Biofuels. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. (2015). Vol. 3, Iss: 2, pp 204-209. URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/sc500591m?src=recsys

W.A. Chishty, T. Chan, P. Canteenwalla, C.R. Davison, J. Chalmers. (2017). Benchmarking data from the experience gained in engine performance and emissions testing on alternative fuels for aviation. Journal of the Global Power and Propulsion Society, 195–210. DOI: https://doi.org/10.22261/S5WGLD

Serhii Boichenko, Andrii Pushak, Petro Topilnytskyi, Kazymir Leida. (2017). Motor fuels: properties and quality: textbook, in general. ed. Prof. S. Boichenko. K.: «Tsentr uchbovoi literatury» [in Ukrainian].

Sergii Boichenko, Olexander Aksionov, Petro Topilnytskyi, Andrii Pushak, Kazimierz Lejda. (2019). Selected aspects of providing the chemmotological reliability of the engineering: Monograph, under the general editorship of prof. Sergii Boichenko. К.: Center for Educational Literature, 2019. 342 p. DOI: https://doi.org/10.18372/38195

Boichenko S., Yakovlieva А., Lejda K., Kurdel P. Modern Road Transport´s Operational materials. Technical University of Košice, 2020. 279 p. ISBN: 978-80-553-3646-64.

Machynskyi O.Ia., Topilnytskyi P.I. (2011). Hydrocracking: Monograph. Lviv: Vydavnytstvo Lvivskoi politekhniky [in Ukrainian].

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-17

Номер

Розділ

ЕНЕРГЕТИКА СТАЛОГО РОЗВИТКУ