Technology development and pilot-scale production of biodiesel production from lipid by-products with high free fatty acid content using heterogeneous catalysts under subcritical methanol conditions
Abstract
This study presents the results of pilot-scale testing of a B100 biodiesel production system using rice bran acid oil (RBAO) and used cooking oil (UCO) as feedstocks, with a heterogeneous catalyst under subcritical methanol conditions. These feedstocks are difficult to process using conventional biodiesel technologies because of their high free fatty acid (FFA) content. In particular, RBAO contains significant amounts of water and organic impurities, which can negatively affect the esterification and transesterification processes and reduce biodiesel conversion efficiency. The pilot-scale system was operated continuously and stably at approximately 200°C, a pressure of 35 - 36 bar, and a methanol-to-oil ratio of 6:1. The results showed biodiesel conversion efficiency exceeding 98.5% for both feedstocks, while the recovery yields of purified B100 reaching 88.9% for UCO and 86.26% for RBAO. The results demonstrate that heterogeneous catalysis process under subcritical methanol conditions can effectively convert feedstocks with high acid content and substantial impurities under continuous pilot-scale operation. The technology exhibited strong potential for scale-up to industrial production of biodiesel from by-products and waste materials available in Vietnam.
References
Sabah Mohamed Farouk, Aghareed M. Tayeb, Shereen M.S. Abdel-Hamid, and Randa M. Osman, “Recent advances in transesterification for sustainable biodiesel production, challenges, and prospects: A comprehensive review”, Environmental Science and Pollution Research, Volume 31, Issue 9, pp. 12722 - 12747, 2024. DOI: 10.1007/s11356-024-32027-4.
Maya Yaghi, Sandra Chidiac, Sary Awad, Youssef El Rayess, and Nancy Zgheib, “An overview of biodiesel production via heterogeneous catalysts: Synthesis, current advances, and challenges”, Clean Technologies, Volume 7, Issue 3, 2025. DOI: 10.3390/cleantechnol7030062.
Shaikh Abdur Razzak, S.M. Zakir Hossain, Usama Ahmed, and Mohammad Mozahar Hossain, “Cleaner biodiesel production from waste oils (cooking/vegetable/frying): Advances in catalytic strategies”, Fuel, Volume 393, 2025. DOI: 10.1016/j.fuel.2025.134901.
M. Mulyatun, Jedy Prameswari, I. Istadi, and W. Widayat, “Production of non-food feedstock based biodiesel using acid-base bifunctional heterogeneous catalysts: A review”, Fuel, Volume 314, 2022. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122749.
Renhua Chen, Boyuan Xue, Fenfen Zhu, Yuqun Qiu, Huan Wang, Yuxin Wang, Huan Feng, Yiyu Wang, and Tiantian Zhou, “The application of heterogeneous catalysts in esterification/transesterification for biodiesel production”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 226, 2026. DOI: 10.1016/j.rser.2025.116262.
Qiuyun Zhang, Jialu Wang, Xiaojuan Zhang, Taoli Deng, Yutao Zhang, and Peihua Ma, “Metal oxide-based heterogeneous acid catalysts for sustainable biodiesel synthesis: Recent advances and key challenges”, RSC Advances, Volume 15, pp. 31683 - 31705, 2025. DOI: 10.1039/D5RA05017K.
Jingfeng Hua, Mimi Ji, Ping Jiao, Zhixian Yin, Qineng Xia, Lingchang Jiang, Jing Zhang, and Hu Pan, “Heterogeneous acid catalysts for biodiesel production: Effect of physicochemical properties on their activity and reusability”, Catalysts, Volume 15, Issue 4, 2025. DOI: 10.3390/catal15040396.
Sai Parameshwar, Mayank Agnihotri, Uday Bhan, Senthilkumar Nangan, Deepak Verma, Saravanan Rajendran, and Siddharth Jain, “Developments in the utilization of heterogeneous catalysts for biodiesel generation: An update on recent advancements”, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Volume 177, 2025. DOI: 10.1016/j.jtice.2024.105810.
Yeshiemabet Simeon Erchamo, Ali Shemsedin Reshad, and Yedilfana Setarge Mekonnen, “Bifunctional heterogeneous catalysts for enhanced single-step biodiesel production from high free fatty acid-containing oils: A review”, Results in Chemistry, Volume 27, 2026. DOI: 10.1016/j.rechem.2026.103401.
Nashwa Mohammed Alahmar, Nur Izyan Binti Wan Azelee, and Susilawati Toemen, “Efficient biodiesel production from waste cooking oil using a bifunctional Ce/Mn/γ-Al₂O₃ catalyst”, Scientific Reports, Volume 15, 2025. DOI:10.1038/s41598-024-82845-2.
Vũ Thị Thu Hà và cộng sự, Báo cáo “Đánh giá hiện trạng công nghệ sản xuất và thử nghiệm hiện trường nhiên liệu sinh học (biodiesel) từ mỡ cá nhằm góp phần xây dựng tiêu chuẩn Việt Nam về biodiesel ở Việt Nam”, 2008.
Vũ Thị Thu Hà và cộng sự, Báo cáo “Nâng cao năng lực nghiên cứu, thiết kế công nghệ chế tạo và ứng dụng vật liệu xúc tác dị thể và vật liệu nano trong lĩnh vực lọc dầu sinh học, sản xuất năng lượng mới vì sự phát triển bền vững”, 2019.
Vu Thi Thu Ha, Pham Anh Tai, and Tran Thi Thanh Hang, “Process of producing basic biosolvents using heterogeneous catalysts and obtained basic biosolvents by this process”, Patent No. US 10,822,572 B2, 2020.
Vũ Thị Thu Hà, Nguyễn Văn Chúc, Đỗ Thanh Hải, Phạm Minh Tứ, Đỗ Mạnh Hùng, J.W. Yoo, và Hee Jun Hyoung, “Phương pháp sản xuất liên tục biodiesel từ axít béo phế thải”, Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích, 2017.
Đỗ Mạnh Hùng, Phạm Đỗ Thanh Thùy, Nguyễn Ngọc Thụy, Đỗ Thanh Hải, Vũ Thị Thu Hà, và Hee Jun Hyoung, “Đánh giá khả năng tương thích của quá trình xúc tác dị thể sản xuất biodiesel đối với các nguồn nguyên liệu khác nhau”, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, Tập 3, Số 25, trang 27 - 31, 2014.
Vu Nguyen Hoang, Ha Vu Thi Thu, Hung Do Manh, Jeong Woo Yoo, and Hee Jun Hyoung, “Esterification of waste fatty acid from palm oil refining process into biodiesel by heterogeneous catalysis: Fuel properties of B10, B20 blends”, The 3rd International Conference on Sustainable Energy, pp. 178 - 184, 2013.
Vũ Thị Thu Hà, Mai Ngọc Chúc, J.W. Yoo, Lưu Hoàng Ngọc, Nguyễn Thị Thúy Hà, Đỗ Mạnh Hùng, Phạm Minh Tứ và Nguyễn Công Long, “Nghiên cứu và triển khai công nghệ xúc tác dị thể tiên tiến, hiệu quả, ít phát thải để sản xuất nhiên liệu sinh học biodiesel”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 6, trang 34 - 36, 2011.
Vũ Thị Thu Hà và Đỗ Mạnh Hùng, “Nghiên cứu sử dụng xúc tác dị thể để tổng hợp biodiesel trong điều kiện siêu tới hạn của ethanol”, Tạp chí Hóa học và ứng dụng, Số 4, trang 35 - 38, 2010.
Vũ Thị Thu Hà, Đỗ Mạnh Hùng, Hồ Thị Như Thương và Nguyễn Đình Lâm, “Nghiên cứu phản ứng chuyển este dầu dừa và etanol trong điều kiện siêu tới hạn để tổng hợp biodiezel”, Tạp chí Hóa học, Tập 48, Số 4, trang 414 - 418, 2010.
Vũ Thị Thu Hà và Nguyễn Đình Lâm, “Ứng dụng phương trình trạng thái SRK để tính toán thành phần hỗn hợp phản ứng tổng hợp biodiesel bằng phương pháp siêu tới hạn”, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, Tập 89, Số 5, trang 45 - 47, 2009.
Vũ Thị Thu Hà, Lê Đăng Khoa và Nguyễn Đình Lâm, “Nghiên cứu phản ứng tổng hợp biodiesel bằng phương pháp siêu tới hạn và thu glycerine độ tinh khiết cao”, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, Tập 68, Số 8, trang 40 - 43, 2007.
ASTM International, “ASTM D445-24: Standard test method for kinematic viscosity of transparent and opaque liquids (and calculation of dynamic viscosity)”. [Online]. Available: https://store.astm.org/d0445-24.html.
ASTM International, “ASTM D664-24: Standard test method for acid number of petroleum products by potentiometric titration”.
ASTM International, “ASTM D1298-12b(2017): Standard test method for density, relative density, or API gravity of crude petroleum and liquid petroleum products by hydrometer method”.
ASTM International, “ASTM D4176-14: Standard test method for free water and particulate contamination in distillate fuels (visual inspection procedures)”.
ASTM International, “ASTM D1500-12(2017): Standard test method for ASTM color of petroleum products (ASTM Color Scale)”.
ASTM International, “ASTM D874-23: Standard test method for sulfated ash from lubricating oils and additives”.
ASTM International, “ASTM D2709-22: Standard test Method for water and sediment in middle distillate fuels by centrifuge”.
Bộ Khoa học và Công nghệ, “TCVN 10480:2014 - Dầu mỡ động, thực vật - Xác định hàm lượng chất không xà phòng hóa - Phương pháp dùng dietyl ete”, 2014.
1. The Author assigns all copyright in and to the article (the Work) to the Petrovietnam Journal, including the right to publish, republish, transmit, sell and distribute the Work in whole or in part in electronic and print editions of the Journal, in all media of expression now known or later developed.
2. By this assignment of copyright to the Petrovietnam Journal, reproduction, posting, transmission, distribution or other use of the Work in whole or in part in any medium by the Author requires a full citation to the Journal, suitable in form and content as follows: title of article, authors’ names, journal title, volume, issue, year, copyright owner as specified in the Journal, DOI number. Links to the final article published on the website of the Journal are encouraged.
