Brock, Damian
(2019)
New concept of completely sustainable biofuels and further applications of glycerol derivatives.
PhD, Universität Regensburg.
Date of publication of this fulltext: 11 Jun 2019 11:33
Abstract (English)
Within the scope of this thesis, a new concept of completely sustainable biofuels was developed and patented, which enables the usage of high amounts of vegetable oils and glycerol derivatives simultaneously in mixtures with biodiesel. This concept significantly enhances the profitability of biodiesel production and thus strongly contributes to the sustainability of future biofuels. Besides their ...
Abstract (English)
Within the scope of this thesis, a new concept of completely sustainable biofuels was developed and patented, which enables the usage of high amounts of vegetable oils and glycerol derivatives simultaneously in mixtures with biodiesel. This concept significantly enhances the profitability of biodiesel production and thus strongly contributes to the sustainability of future biofuels. Besides their successful implementation, the presence of these glycerol derivatives leads to further advantages due to their amphiphilic character. For the first time, natural, hydrophilic antioxidants, which are even more effective than the currently utilised, synthetic and highly toxic hydroquinones, can be solubilised in vegetable oil-containing biofuels without any additives. Further, water can be implemented into several biofuel formulations, so-called hydrofuels, without the necessity of surfactants, due to the presence of glycerol derivatives. During the investigations on ethanol as biofuel component, considerable contributions to ethanol-containing biofuels were achieved. The presence of nanostructures in these formulations could finally be indisputably verified and the term ethanolotrope was introduced to describe the decisive compound for this structuring. By precisely specifying the nanostructured areas of these mixtures, the influence of these structures on relevant physicochemical parameters of biofuels could be shown.
As a result of the versatile properties of the glycerol derivatives in biofuel formulations, their applicability in completely different, industrial processes was also investigated. After developing a simple extraction, detection and isolation method, it could be shown that some of these derivatives could be used as extracting agents for valuable antioxidants from vegetable oils. With regard to the biofuel concept, this extraction process could be realised before the biofuel formulation and within the same facilities, since the glycerol derivative is added to the vegetable oil anyway. Based on the research contract of WIGO Chemie GmbH, different alternatives to ethanol as freezing point depressants were also investigated. With one of the glycerol derivatives reducing the freezing point of water significantly, this request could be successfully fulfilled as well.
Besides several publications, these results let to many subsequent, industrial projects and collaborations, due to the direct applicability and versatility of the developed concept. While the Handelshaus Runkel will start selling its own biofuel in Austria this year, which will most likely make use of the biofuel concept, even more experiments are currently performed at the Volkswagen AG, the University of Applied Sciences Coburg and the GLACONCHEMIE GmbH.
Translation of the abstract (German)
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde ein neues Konzept bezüglich vollständig nachhaltiger Biotreibstoffe entwickelt und patentiert, das die gleichzeitige Verwendung von hohen Anteilen von Pflanzenölen sowie Glycerinderivaten in Mischungen mit Biodiesel ermöglicht. Dieses Konzept erhöht die Profitabilität der Biodieselproduktion deutlich und leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit ...
Translation of the abstract (German)
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde ein neues Konzept bezüglich vollständig nachhaltiger Biotreibstoffe entwickelt und patentiert, das die gleichzeitige Verwendung von hohen Anteilen von Pflanzenölen sowie Glycerinderivaten in Mischungen mit Biodiesel ermöglicht. Dieses Konzept erhöht die Profitabilität der Biodieselproduktion deutlich und leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit von zukünftigen Biotreibstoffen. Zusätzlich zur erfolgreichen Implementierung führt die Anwesenheit dieser Glycerinderivate, aufgrund ihrer amphiphilen Eigenschaften, zu weiteren Vorteilen. Zum ersten Mal ist es möglich, natürliche, hydrophile Antioxidantien, die sogar noch effektiver als die momentan genutzten, synthetischen und hochgiftigen Hydrochinone sind, in Pflanzenöl enthaltenden Biotreibstoffen ohne Additive zu verwenden. Des Weiteren kann Wasser durch die Anwesenheit der Glycerinderivate in zahlreiche Biotreibstoffe, sogenannte Hydrofuels, ohne die Notwendigkeit von Tensiden implementiert werden. Während der Untersuchungen zu Ethanol als Biotreibstoffkomponente konnten weitere Erkenntnisse gewonnen werden. So wurde das Auftreten von Nanostrukturen in Ethanol enthaltenden Biotreibstoffen nachgewiesen und hierfür der Fachbegriff Ethanolotrop für die ausschlaggebende Komponenten eingeführt. Da die vorliegenden Nanostrukturen präzise identifiziert wurden, konnte der Einfluss jener auf relevante, physikalisch-chemische Parameter gezeigt werden.
Aufgrund der vielseitigen Eigenschaften der Glycerinderivate in den Biotreibstoffen wurde zusätzlich deren Anwendbarkeit in weiteren, industriellen Prozessen untersucht. Nach der Entwicklung einer möglichst einfachen Extraktions-, Detektions- und Aufreinigungsmethode konnte nachgewiesen werden, dass manche dieser Derivate als Extraktionsmittel für wertvolle Antioxidantien in Pflanzenölen eingesetzt werden können. Im Hinblick auf das Biotreibstoffkonzept könnte dieser Extraktionsprozess vor der Biotreibstoffformulierung, bei der das Glycerinderivat ohnehin zum Pflanzenöl hinzugegeben wird, umgesetzt werden. Ausgehend von einem Forschungsauftrag der WIGO Chemie GmbH wurden außerdem verschiedene, alternative Substanzen zu Ethanol als Gefrierpunktserniedriger untersucht. Da ein Glycerinderivat den Gefrierpunkt von Wasser erheblich senken konnte, wurde diese Aufgabe ebenfalls erfolgreich erfüllt.
Neben mehreren Publikationen führten diese Ergebnisse, wegen der direkten Anwendbarkeit und Vielseitigkeit des entwickelten Konzepts, zu einer Reihe von weiteren Industrieprojekten und Kooperationen. Während das Handelshaus Runkel in diesem Jahr in Österreich damit beginnen wird, seinen Biotreibstoff, bei dem höchstwahrscheinlich das Biotreibstoffkonzept verwendet werden wird, zu verkaufen, werden aktuell noch weitere Experiment bei der Volkswagen AG, der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Coburg und GLACONCHEMIE GmbH durchgeführt.
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