Monitorování mastných kyselin v gastroodpadech se zaměřením na upotřebené kuchyňské oleje

Bc. Michael Weber

Master's thesis

Monitoring of fatty acids in gastro-wastes with focus on used cooking oils

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá aktuální problematikou výroby bionafty z upotřebených kuchyňských olejů (UCO). Upotřebené kuchyňské oleje jsou nedílnou součástí odpadních surovin z každé domácnosti, gastronomických provozů a potravinářského průmyslu. Jen v Evropské unii se ročně vyprodukuje více než 4 mil. tun těchto olejů. Pokud jsou tyto oleje správně zpětně odebrány, mohou se stát vhodnou výchozí surovinou pro výrobu bionafty. Bionafta vyrobená z odpadních olejů se dostává do popředí zájmu nejen Evropské unie a její ekologické politiky, ale může být také ekonomicky výhodným výstupním produktem pro rafinérie, jež bionaftu vyrábí. Pro experimentální část práce byly vzorky upotřebených kuchyňských olejů (UCO) poskytnuty firmou ORLEN UniCre a.s., pracoviště Litvínov. Jednalo se o 20 vzorků různého stupně upotřebení a geografického i rostlinného původu, které byly následně podrobeny analýze s ohledem na možné využití pro výrobu bionafty FAME (methylestery mastných kyselin) a bionafty HVO (hydrogenovaný rostlinný olej). Ve vzorcích UCO bylo stanoveno číslo kyselosti (obsah volných mastných kyselin) klasickou titrací. Hodnota čísla kyselosti vypovídá o stupni upotřebení oleje a zároveň je důležitým aspektem při výrobě bionafty FAME. Dále bylo stanoveno jodové číslo podle Hanuše, jehož hodnota ovlivňuje kvalitativní parametry bionafty (FAME i HVO), a profil (složení) mastných kyselin po převedení na methylestery metodou plynové chromatografie. Na základě profilu mastných kyselin lze předem odhadnout výsledné kvalitativní parametry bionafty (FAME i HVO). Dále byla hledána rychlejší (provozní) metoda oproti klasickému titračnímu stanovení čísla kyselosti. Byla testována závislost mezi absorbancí oleje rozpuštěného v hexanu při 233 nm a číslem kyselosti. Analyzované vzorky UCO vykazovaly vyšší čísla kyselosti (6,62 ± 6,45 mg KOH/g) v porovnání se vzorky olejů nepoužitých (0,34 ± 0,03 mg KOH/g). Vzorky UCO původem z České republiky měly výrazně nižší průměrné číslo kyselosti (1,88 ± 2,16 mg KOH/g) než importované vzorky UCO (9,94 mg ± 6,75 KOH/g). Na druhou stranu importované vzorky vykazovaly nižší průměrné jodové číslo (82,79 ± 30,34 g I2/100g) oproti vzorkům pocházejících z České republiky (106,80 ± 11,41 g I2/100g). Profil mastných kyselin se u vzorků s deklarovaným rostlinným původem shodoval s údaji uvedenými v literatuře a zároveň byla u všech vzorků dosažena velmi dobrá shoda mezi jodovým číslem a obsahem MUFA a PUFA. Vztah mezi absorbancí při 233 nm a číslem kyselosti se podařilo najít pouze pro oleje stejného rostlinného druhu, kde byla zjištěna poměrně silná korelační závislost mezi oběma veličinami (koeficient korelace r = 0,87). Z výsledků vyplývá, že upotřebené kuchyňské oleje a tuky jsou vhodnou surovinou pro výrobu bionafty FAME i HVO. Jako vhodnější alternativa se jeví z hlediska výsledných kvalitativních parametrů a nenáročnosti na výchozí surovinu bionafta HVO.

Abstract:

This diploma thesis deals with current topic of biodiesel production from used cooking oils (UCO). Used cooking oils are an integral part of waste materials from households, gastronomic facilities and food industry. In the European Union, more than 4 million tonnes of these waste oils are produced each year. If properly collected, these oils can become an appropriate feedstock for biodiesel production. Biodiesel produced from waste cooking oils is gaining prominence not only in the European Union and its environmental policy, but it is also an interesting (cheaper) feedstock for rafineries that produce biodiesel. For the experimental part of this diploma thesis, the samples of used cooking oils (UCO) were provided by ORLEN UniCre a.s., Litvínov. There were 20 samples of various degree of degradation and of geographical and plant origin, which were subsequently analyzed for possible use as a feedstock for the production of FAME (fatty acid methyl esters) biodiesel and HVO (hydrotreated vegetable oils) biodiesel. The acid value (free fatty acids content) was determined by classical titration. The acid value indicates degree of degradation of oils and is also an important technological aspect in the production of FAME biodiesel. Furthermore, the iodine value (Hanuš method) was determined. The iodine value affects the qualitative parameters of biodiesel (both FAME and HVO). The fatty acids profile after conversion to methylesters by gas chromatography was also determined. Based on the fatty acids profile, the final qualitative parameters of biodiesel (both FAME and HVO) can be estimated in advance. Additionally, a faster (operational) method was sought compared to the classical titration determination of the acid value. The relationship between the absorbance of oils dissolved in hexane at 233 nm and the acid value was tested. The analyzed UCO samples showed a higher average acid value (6.62 ± 6.45 mg KOH/g) compared to unused oils (0.34 ± 0.03 mg KOH/g). UCO samples originating from the Czech Republic had a lower average acid value (1.88 ± 2.16 mg KOH/g) than imported UCO samples (9.94 mg ± 6.75 KOH/g). On the other hand, the imported UCO samples showed a lower average iodine value (82.79 ± 30.34 g I2/100g) compared to the samples originating from the Czech Republic (106.80 ± 11.41 g I2/100g). The fatty acids profiles of the UCO samples with declared plant origin coincided with the data reported in the literature, and at the same time a very good agreement was achieved between the iodine value and the MUFA and PUFA contents in all samples. The relationship between the absorbance at 233 nm and the acid value was found only for the oils of the same plant origin, where a strong correlation coefficient (r = 0.87) was obtained. The results show that used cooking oils and fats are an interesting alternative for the production of both FAME biodiesel and HVO biodiesel. The HVO biodiesel appears to be a better alternative in terms of the resulting better qualitative parameters and the possibilities to use a very degradated oils as a feedstock.

Keywords

kuchyňské oleje, chemická degradace, zastoupení mastných kyselin, bionafta

Keywords

cooking oils, chemical degradation, biodiesel, fatty acids composition

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jan Táborský, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Farm Products Quality and Processing / Farm Products Quality and Processing