Стаття

Спосіб підготовки вівсяної соломи для одержання біопалива

Віта Галиш, Інна Трус, Ольга Ященко, Марина Громнадська, Павло Зубик
Анотація

Україна як провідна агропромислова держава щорічно генерує значні обсяги побічних продуктів, зокрема вівсяну солому, яка з огляду на лігноцелюлозний склад є цінним ресурсом для забезпечення потреб біоенергетики. Метою цієї роботи було дослідити ефективність обробки вівсяної соломи сумішшю оцтової кислоти та пероксиду водню для ефективної делігніфікації та одержання субстрату з високим вмістом полісахаридної складової для потенційного використання для одержання біопалива другого покоління. Застосовано математичне моделювання й аналіз регресійних рівнянь на основі експериментів із варіюванням концентрації пероксиду водню (10-30 об. %) і тривалості обробки (60-120 хв) для визначення оптимального компромісу між видаленням лігніну й збереженням целюлози. Встановлено, що витрати пероксиду водню та тривалість обробки мають переважно негативний вплив на вихід субстрату, тоді як для видалення лігніну спостерігається позитивний ефект. Показано, що оптимальними умовами є вміст пероксиду водню у суміші 30 об. % при тривалості обробки 60 хв, що забезпечує максимальне значення функції бажаності та одержання субстрату з виходом 52,8 %, вмістом лігніну 2,1 % та целюлози 66,8 %. Експериментальна перевірка цих умов підтвердила достовірність отриманої моделі: одержано субстрат з виходом 52,1 %, вмістом лігніну 2,3 % та целюлози 65,9 %. Таким чином, робота демонструє ефективність обґрунтованого підходу до переробки агропромислових відходів, відкриваючи перспективи для виробництва біопалива другого покоління. Отримані результати мають наукове й прикладне значення, оскільки підтверджують ефективність оптимізованої делігніфікації вівсяної соломи та створюють науково обґрунтовану основу для розроблення ресурсоефективних технологій виробництва біопалива другого покоління

Завантажити статтю

Отримано 01.05.2025

Доопрацьовано 10.10.2025

Прийнято 10.12.2025

https://doi.org/10.63341/esbur/2.2025.09
Сторінки 9-18

ЦИТУВАТИ

Halysh, V., Trus, I., Yashchenko, O., Hromnadska, M., & Zubyk, P. (2025). Method of preparing oat straw for biofuel production. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 16(2), 9-18. https://doi.org/10.63341/esbur/2.2025.09

Використані джерела

  1. Abolore, R.S., Jaiswal, S., & Jaiswal, A.K. (2024). Green and sustainable pretreatment methods for cellulose extraction from lignocellulosic biomass and its applications: A review. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 7, article number 100396. doi: 10.1016/j.carpta.2023.100396.
  2. Amini, E., Valls, C., & Roncero, M.B. (2021). Ionic liquid-assisted bioconversion of lignocellulosic biomass for the development of value-added products. Journal of Cleaner Production, 326, article number 129275. doi: 10.1016/j. jclepro.2021.129275.
  3. Baksi, S., Saha, D., Saha, S., Sarkar, U., Basu, D., & Kuniyal, J.C. (2023). Pre-treatment of lignocellulosic biomass: Review of various physico-chemical and biological methods influencing the extent of biomass depolymerization. International Journal of Environmental Science and Technology, 20, 13895-13922. doi: 10.1007/s13762-023-04838-4.
  4. Bao, X., Yang, M., Zhu, J., Xu, H., Dang, H., Guo, K., Long, D., Chen, X., & Lin, J. (2025). Efficient delignification of poplar and Chinese fir wood using a peroxyacetic acid/hydrogen peroxide system. Journal of Wood Science, 71, article number 44. doi: 10.1186/s10086-025-02214-z.
  5. Barbash, V.A., Antonenko, L.P., & Deykun, I.M. (2003). Methodical guidelines for laboratory work on the chemistry of plant raw materials and cellulose. Kyiv: NTUU “KPI”.
  6. Barbash, V.A., Halysh, V.V., & Deykun, I.M. (2022). Influence of peracetic delignification on biomass lignocellulosic complex. Issues of Chemistry and Chemical Technology, 4, 3-10. doi: 10.32434/0321-4095-2022-143-4-3-10.
  7. Bedru, T.K., Meshesha, B.T., Mohammed, S.A., Demesa, A.G., & Jayakumar, M. (2025). Efficient biomass fractionation via Organosolv for sustainable bioenergy production: A comprehensive review. International Journal of Chemical Engineering, 2025(1), article number 3120449. doi: 10.1155/ijce/3120449.
  8. Błaszczyk, L., Nowak, C., Pustova, Z.V., Pustova, N.V., Yasinetska, I.A., Bialkovska, O.А., & Koberniuk, O.Т. (2023). Using of millet straw for energy purposes. Podilian Bulletin Agriculture Engineering Economics, 36, 60-66. doi: 10.37406/2706-9052-2022-18.
  9. Correia, B., Matos, H.A., Lopes, T.F., Marques, S., & Gírio, F. (2024). Sustainability assessment of 2g bioethanol production from residual lignocellulosic biomass. Processes, 12(5), article number 987. doi: 10.3390/pr12050987.
  10. Dankevych, A., Perevozova, I., Nitsenko, V., Lozinska, L., & Nemish, Y. (2023). Effectiveness of bioenergy management and investment potential in agriculture: The case of Ukraine. In Circular economy for renewable energy (pp. 91-107). Cham: Springer Nature Switzerland. doi: 10.1007/978-3-031-30800-0_6.
  11. Das, N., Jena, P.K., Padhi, D., Mohanty, M.K., & Sahoo, G. (2023). A comprehensive review of characterization, pretreatment and its applications on different lignocellulosic biomass for bioethanol production. Biomass Conversion and Biorefinery, 13(2), 1503-1527. doi: 10.1007/s13399-021-01294-3.
  12. Esmaeil, M.K., Talaeipour, M., Bazyar, B., Mirshokraei, S.A., & Eslam, H.K. (2019). Two-step delignification of peracetic acid and alkali from sugar cane bagasse. BioResources, 14(4), 9994-10003. doi: 10.15376/biores.14.4.9994-10003.
  13. Geng, W., Venditti, R.A., Pawlak, J.J., & Chang, H.M. (2018). Effect of delignification on hemicellulose extraction from switchgrass, poplar, and pine and its effect on enzymatic convertibility of cellulose-rich residues. BioResources, 13(3), 4946-4963. doi: 10.15376/biores.13.3.4946-4963.
  14. Hu, M., Chen, J., Yu, Y., & Liu, Y. (2022). Peroxyacetic acid pretreatment: A potentially promising strategy towards lignocellulose biorefinery. Molecules, 27(19), article number 6359. doi: 10.3390/molecules27196359.
  15. Jayakumar, M., Gindaba, G.T., Gebeyehu, K.B., Periyasamy, S., Jabesa, A., Baskar, G., Beula, J.I., & Pugazhendhi, A. (2023). Bioethanol production from agricultural residues as lignocellulosic biomass feedstock’s waste valorization approach: A comprehensive review. Science of The Total Environment, 879, article number 163158. doi: 10.1016/j. scitotenv.2023.163158.
  16. Kundu, C., Samudrala, S.P., Kibria, M.A., & Bhattacharya, S. (2021). One-step peracetic acid pretreatment of hardwood and softwood biomass for platform chemicals production. Scientific Reports, 11, article number 11183. doi: 10.1038/ s41598-021-90667-9.
  17. Limeneh, D.Y., Abate, M.T., & Yilma, K.T. (2025). Lignocellulosic biomass pretreatment technologies: A review of recent advancements and emerging technologies. In R.K. Kapoor & K. Rajan (Eds.), Lignocellulosic biomass and enzymes (pp. 3-31). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-96-3037-0_1.
  18. Lin, Z., Ying, W., Wen, P., Lian, Z., & Zhang, J. (2023). Effect of peracetic acid generation in hydrogen peroxideacetic acid pretreatment on production of xylooligosaccharides from poplar by organic acid hydrolysis. Bioresource Technology, 376, article number 128848. doi: 10.1016/j.biortech.2023.128848.
  19. Ma, R., et al. (2021). Role of peracetic acid on the disruption of lignin packing structure and its consequence on lignin depolymerisation. Green Chemistry, 23(21), 8468-8479. doi: 10.1039/d1gc02300d.
  20. Muna, N., Fauzi, A.A.N., Setyaningsih, D., & Yuliani, S. (2019). Isolation of microfibrilated cellulose from oil palm empty fruit bunches (EFB) through peracetic acid delignification and enzyme hydrolysis. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 309(1), article number 012063. doi: 10.1088/1755-1315/309/1/012063.
  21. Nair, L.G., Agrawal, K., & Verma, P. (2023). Organosolv pretreatment: An in-depth purview of mechanics of the system. Bioresources and Bioprocessing, 10, article number 50. doi: 10.1186/s40643-023-00673-0.
  22. Novia, N., Melwita, E., Jannah, A.M., Selpiana, S., Yandriani, Y., Afrah, B.D., & Rendana, M. (2025). Current advances in bioethanol synthesis from lignocellulosic biomass: Sustainable methods, technological developments, and challenges. Journal of Umm Al-Qura University for Applied Sciences. doi: 10.1007/s43994-025-00212-x.
  23. Pascoli, D.U., Dichiara, A., Roumeli, E., Gustafson, R., & Bura, R. (2022). Lignocellulosic nanomaterials production from wheat straw via peracetic acid pretreatment and their application in plastic composites. Carbohydrate Polymers, 295, article number 119857. doi: 10.1016/j.carbpol.2022.119857.
  24. Roy, S., & Chundawat, S.P. (2023). Ionic liquid-based pretreatment of lignocellulosic biomass for bioconversion: A critical review. BioEnergy Research, 16, 263-278. doi: 10.1007/s12155-022-10425-1.
  25. Talavyria, M., Furman, I., Alexandrov, D., & Drabovskyi, A. (2025). Assessment of agricultural biomass potential in sustainable biofuel production. Economics Ecology Socium, 9(2), 109-123. doi: 10.61954/2616-7107/2025.9.2-8.
  26. Tian, D., Chen, Y., Shen, F., Luo, M., Huang, M., Hu, J., Zhang, Y., Deng, S., & Zhao, L. (2021). Self-generated peroxyacetic acid in phosphoric acid plus hydrogen peroxide pretreatment mediated lignocellulose deconstruction and delignification. Biotechnology for Biofuels, 14, article number 224. doi: 10.1186/s13068-021-02075-w.
  27. Ummalyma, S.B., Herojit, N., & Sukumaran, R.K. (2024). Alkaline hydrogen peroxide pretreatment of bamboo residues and its influence on physiochemical properties and enzymatic digestibility for bioethanol production. Frontiers in Energy Research, 12, article number 1444813. doi: 10.3389/fenrg.2024.1444813.
  28. Wen, P., Liao, H., Meng, X., Pu, Y., Zhang, J., Ragauskas, A.J., & Chen, Z. (2025). Inorganic acid-catalyzed hydrogen peroxide-acetic acid pretreatment for selective delignification of poplar. Journal of Catalysis, 449, article number 116230. doi: 10.1016/j.jcat.2025.116230.
  29. Westin, P.-O., Yang, X., Svedberg, A., Grundberg, H., & Berglund, L.A. (2021). Single step PAA delignification of wood chips for high-performance holocellulose fibers. Cellulose, 28, 1873-1880. doi: 10.1007/s10570-020-03625-5.
  30. Woźniak, A., Kuligowski, K., Świerczek, L., & Cenian, A. (2025). Review of lignocellulosic biomass pretreatment using physical, thermal and chemical methods for higher yields in bioethanol production. Sustainability, 17(1), article number 287. doi: 10.3390/su17010287.
  31. Ying, W., Sun, F., Li, X., & Zhang, J. (2023). Efficient high solid loading enzymatic hydrolysis of hydrogen peroxide/acetic acid-pretreated bamboo for monosaccharides production. Industrial Crops and Products, 197, article number 116588. doi: 10.1016/j.indcrop.2023.116588.