Use of mild reaction conditions to improve quality parameters and sustainability during biolubricant production

Abstract

The use of alternative sources to produce less pollutant biofuels and biomaterials, replacing petroleum-derived products, is becoming an important issue for international organizations, governments, and society. Thus, biodiesel and biolubricant production has been increasingly researched, offering promising results. These products present some advantages such as sustainability or biodegradability, among others. However, some of their quality parameters can be altered during storage, mainly due to their low oxidative stability. Consequently, auto-oxidation processes can take place, increasing viscosity or acid number, which can compromise their marketability. To avoid these inconveniences, some alternatives have been presented, such as the use of antioxidants, vegetable oil selection or the promotion of mild chemical conditions during production. The aim of this work was to assess the use of vacuum during biolubricant production from high-oleic safflower oil through double transesterification with methanol and 2-ethyl-2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol to obtain mild chemical conditions. Under these circumstances (working pressure at 210 mmHg) and compared to previous studies, temperature and catalyst addition could be reduced from 140 to 100 °C and from 0.5 to 0.3%, respectively, increasing the reaction yield from 92.9 to 94.69% and improving the quality of the biolubricant, with 30% increase in viscosity index.

El uso de fuentes alternativas para producir biocombustibles y biomateriales menos contaminantes, en reemplazo de los derivados del petróleo, se está convirtiendo en un tema importante para los organismos internacionales, los gobiernos y la sociedad. Por lo tanto, la producción de biodiesel y biolubricantes ha sido cada vez más investigada, ofreciendo resultados prometedores. Estos productos presentan algunas ventajas como la sostenibilidad o la biodegradabilidad, entre otras. Sin embargo, algunos de sus parámetros de calidad pueden verse alterados durante el almacenamiento, principalmente debido a su baja estabilidad oxidativa. En consecuencia, pueden tener lugar procesos de autooxidación, aumentando la viscosidad o el índice de acidez, lo que puede comprometer su comerciabilidad. Para evitar estos inconvenientes se han presentado algunas alternativas, como el uso de antioxidantes, la selección de aceites vegetales o la promoción de condiciones químicas suaves durante la producción. El objetivo de este trabajo fue evaluar el uso de vacío durante la producción de biolubricantes a partir de aceite de cártamo alto en oleico mediante doble transesterificación con metanol y 2-etil-2-(hidroximetil)-1,3-propanodiol para obtener condiciones químicas suaves. En estas circunstancias (presión de trabajo a 210 mmHg) y en comparación con estudios previos, se pudo reducir la temperatura y la adición de catalizador de 140 a 100 °C y de 0,5 a 0,3 %, respectivamente, aumentando el rendimiento de la reacción de 92,9 a 94,69 % y mejorando la calidad del biolubricante, con aumento del 30% en el índice de viscosidad.